刺參對不同生境中沉積物粒度的選擇

趙 鵬, 楊紅生

(1.中國科學院 海洋研究所 海洋生態與環境重點實驗室, 山東 青島266071; 2.中國科學院 研究生院, 北京100049)

刺參對不同生境中沉積物粒度的選擇

趙 鵬1,2, 楊紅生1

(1.中國科學院 海洋研究所 海洋生態與環境重點實驗室, 山東 青島266071; 2.中國科學院 研究生院, 北京100049)

2009年 5月 26日～6月 16日采集日照前三島海域(90.67 g±23.542 g)、青島膠州灣海域(53.96 g±14.742 g)、煙臺養殖圍堰(82.99 g±32.942 g)的刺參(Apostichopus japonicus)。使用 CILAS 940L 型激光粒度儀對刺參腸道內含物及自然沉積物的粒度進行分析。結果表明, 野外調查中, 刺參腸道內含物與表層沉積物的粒度有顯著差異。刺參攝食的顆粒中, 90%以上的顆粒粒徑為1～80 μm。刺參對沉積物顆粒粒度的選擇在不同養殖系統中沒有差異。正常生長階段, 刺參成體攝食的顆粒大小與刺參的體質量呈負相關。

刺參(Apostichopus japonicus); 粒度選擇性; 分布; 攝食

仿刺參(Apostichopus japonicus), 也稱刺參, 屬棘皮動物門(Echinodermata), 海參綱(Holothuroidea),

手目(Aspidochirotida), 刺參科(Stichopodidae)。主要分布于北太平洋沿岸淺海, 多棲息于巖礁、亂石或沙泥底, 伴有大型藻類叢生和大葉藻繁茂的平靜海區[1]。在東亞地區, 刺參是經濟價值很高的海水養殖對象[2]。

手目海參攝食沉積物, 食物主要由無機物、有機碎屑、微生物、糞便組成[3]。這些物質主要以微粒的形式被攝食。相關研究表明, 海參綱部分生物對食物的粒度具有選擇性。某些海參傾向于攝食粒度較小的沉積物[4], 而另一些種類選擇攝食較大顆粒的沉積物, 也有報道指出某些種類的攝食無粒度選擇性[5,6]。此外海參在沉積物上的斑塊分布也與沉積物粒度有關。國內外對刺參粒度選擇性的相關研究較少。研究刺參對沉積物度的選擇性, 有助于進一步認識刺參攝食和分布機制, 尋找適合的養殖場所、設計合理的養殖模式。

刺參也被認為是一種潛在的生物修復物種[7]。生物修復是指利用自然界中某些生物對污染物的吸收、積累、降解、轉移和轉化等作用, 減少或消除環境污染, 恢復或重建受損生態系統的過程[7]。刺參的攝食和排糞影響微生物群落結構, 進而降低沉積物粒度和有機物含量[8]。研究刺參對沉積物的粒度選擇性有助于了解刺參在底棲生態系統物質循環中的作用,建立合理有效的生境修復模式。

本研究選擇養殖池塘、外海島嶼和淺海海灣的刺參, 比較腸道內含物及自然沉積物的粒度, 研究刺參攝食對沉積物粒度的選擇性。同時比較自然海區中有、無刺參分布的沉積物斑塊的粒度, 揭示刺參分布與沉積物粒度之間的關系。

1 材料與方法

1.1 腸道內含物及沉積物粒度分析

2009年5月26日～6月16日, 分別采集日照前三島海域、青島膠州灣海域、煙臺養殖圍堰等不同地點刺參及沉積物樣品(圖1)。日照前三島海域是外海島嶼刺參自然分布區; 青島膠州灣海域是淤泥質淺海海灣, 目前底播養殖刺參; 煙臺圍堰屬海岸帶灘涂圍堰, 目前底播養殖刺參。每個地點不同站位采集4組刺參, 每組3頭,稱濕質量,結果見表1; 使用直徑2 cm的柱狀采泥器采集每頭刺參口下方1cm厚的表層沉積物。在日照前三島海域無刺參分布的區域內使用柱狀采泥器采集 6個站位表層自然沉積物樣品。

-45℃冷凍干燥刺參腸道內容物和沉積物樣品。使用CILAS 940L型激光粒度儀分析沉積物粒度, 獲得-1～12Ф(0.3～2 000 μm)范圍內 0.25Ф間隔的粒度分布。測樣前向樣品中加入0.5 mol/L的六偏磷酸鈉[NaPO3]6分散劑5 mL并超聲波振蕩分散。對粒徑大于1 430 μm的顆粒稱質量, 計算其百分比。

圖1 采樣點位置圖Fig.1 The map of study sitesP. 日照前三島(35°08.268′N, 119°54.389′E); H.青島膠州灣(36°10.956′N, 120°18.785′E); Y.煙臺養殖圍堰(36°35.315′N,120°57.845′E )P. Qiansandao Island in Rizhao(35°08.268′N, 119°54.389′E); H. Jiaozhou Bay in Qingdao(36°10.956′N, 120°18.785′E); Y. a Culture pond in Yantai(36°35.315′N, 120°57.845′E)

表1 刺參的濕體質量Tab.1 Wet weights and sampling numbers of sea cucumbers

1.2 數據分析

使用SPSS 16統計軟件對腸道內容物與沉積物粒度百分含量進行t檢驗, 對腸道內容物、有或無刺參分布的沉積物粒度進行單因素方差分析, 對刺參體質量、不同養殖系統的沉積物粒度和腸道內容物粒度進行 Pearson相關性檢驗。以 0.05作為差異顯著性水平。數據以平均數±標準差表示。

2 結果

2.1 腸道內含物與沉積物之間粒徑分布的比較

在青島膠州灣海域(圖 2), 腸道內含物與自然沉積物的相比, 相同粒徑范圍在腸道內含物和沉積物之間的差異均不顯著(P＞0.05), 粒度分布的趨勢一致。腸道內含物中, 粒徑1～5 μm之間的顆粒所占比例最大, 為40.57%; 1～40 μm顆粒占總體的92.89%。

在煙臺養殖圍堰(圖 3), 腸道內含物與沉積物的相比, 除20～40 μm的顆粒外, 相同粒度的顆粒占總體的比例在腸道內含物和沉積物之間的差異顯著(P＜0.05), 其中 10～20 μm 和大于 80 μm 顆粒的粒度占總體的比例差異極顯著(P＜0.01)。腸道內含物中,粒徑小于40 μm的顆粒所占的比例高于自然沉積物,粒徑大于40 μm的顆粒所占的比例低于自然沉積物。腸道內含物中, 粒徑在 1～5 μm 的顆粒占 22.54%;40～80 μm 的顆粒占 33.06%。

在日照前三島海域(圖4), 除40～100 μm的顆粒外, 相同粒度的顆粒占總體的比例在腸道內含物和自然沉積物之間差異極顯著(P＜0.01)。腸道內含物中,粒徑小于80 μm的顆粒所占的比例高于自然沉積物,粒徑大于80 μm所占的顆粒的比例低于自然沉積物。腸道內含物中, 粒徑為1～5 μm的顆粒所占的比例最大, 為27.93%; 1～80 μm的顆粒占91.28%; 140～250 μm的顆粒占0.28%。

圖2 青島膠州灣海域刺參腸道內含物與自然沉積物粒度的比較Fig. 2 Particle size comparison between sea cucumber gut contents and the natural sediments from the Jiaozhou Bay, Qingdao

圖3 煙臺養殖圍堰刺參腸道內含物與自然沉積物粒度的比較Fig.3 Particle size camparison between sea cucumber gut contents and the natural sediments from a culture pond at Yantai

圖4 日照前三島刺參腸道內含物與自然沉積物的粒度比較Fig. 4 Particle size comparison between sea cucumber gut contents and the natural sediments from Qiansandao Island at Righao

膠州灣海域采集的刺參腸道內含物中沒有粒徑大于1 430 μm的顆粒。在煙臺養殖圍堰中只有一頭刺參腸道內含物有0.3%的顆粒粒徑大于1 430 μm。在日照前三島海域, 粒徑大于1 430 μm的顆粒刺參腸道內含物占1.71%。

野外調查表明, 刺參腸道內含物與表層沉積物的粒度有明顯差異。刺參腸道內含物中 90%以上的顆粒的粒徑為1～80 μm (圖5)。隨著自然沉積物粒度在不同生境中逐漸變粗, 刺參腸道內含物與表層沉積物粒度的差異逐漸顯著。所調查的刺參腸道內含物中未發現粒徑大于2 000 μm的顆粒。

圖5 不同生境刺參腸道內含物粒度的比較Fig. 5 Particle size comparison among the gut contents of sea cucumbers from different habitats

2.2 自然沉積物粒度與刺參分布

日照前三島海域(表 2), 有刺參棲息的沉積物斑塊上, 沉積物以極粗砂和礫石、粉砂為主, 所占比例為38.91%和22.92%; 細砂和粗砂的比例為12.68%和12.48%。而無刺參棲息的沉積物斑塊上, 沉積物以粉砂、細砂、中砂為主, 所占比例分別為 40.72%、26.37%和15.09%。有刺參分布的沉積物斑塊上的粉砂、細砂、中砂的比例顯著小于無刺參分布的沉積物斑塊(P＜0.05); 而粗砂、極粗砂和礫石的比例顯著高于無刺參分布的沉積物斑塊(P＜0.05)。

對比刺參腸道內含物與兩種沉積物, 刺參腸道內含物主要由粉砂和粗黏土組成, 所占比例分別為61.88%和23.40%。刺參腸道內含物中細黏土、粗黏土和粉砂的比例顯著高于有刺參分布的沉積物斑塊(P＜0.05), 而細砂、中砂、粗砂、極粗砂和礫石的比例顯著低于有刺參分布的沉積物斑塊(P＜0.05)。刺參腸道內含物中細黏土、粗黏土和粉砂的比例顯著高于無刺參分布的沉積物斑塊(P＜0.05); 細砂、中砂的比例顯著低于無刺參分布的沉積物斑塊(P＜0.05); 粗砂、極粗砂和礫石的比例與無刺參分布的沉積物斑塊沒有顯著差異(P＞0.05)。

表2 刺參腸道、有刺參分布和無刺參分布的斑塊上的沉積物粒級比較Tab. 2 Particle classification comparison among gut contents, habitats and non-habitats

2.3 粒度的中值與刺參體質量、環境的相關性

對 3個海區刺參腸道內含物中值粒度與刺參體質量、養殖系統沉積物粒度中值所做的相關性分析表明, 腸道內含物中值粒度與刺參體質量呈明顯的負相關(P=0.017), Pearson相關系數為－0.395; 與不同養殖系統沉積物粒度中值的相關性不顯著(P=0.247)。

3 討論

3.1 刺參對沉積物粒度的選擇

野外調查表明, 刺參攝食的沉積物的粒度與自然沉積物存在明顯差異。刺參傾向于選擇 1～80 μm的顆粒, 刺參對大于80 μm的顆粒傾向于不選擇, 刺參不選擇大于2 000 μm的顆粒。在粒度小于63 μm的膠州灣淤泥質海區, 由于自然沉積物顆粒較小,刺參腸道內含物與沉積物的粒度分布一致, 刺參對沉積物粒度的選擇性不明顯。而在養殖圍堰內和日照前三島周圍, 隨著沉積物的粒度變粗, 刺參對沉積物的粒度的選擇性逐漸明顯。刺參腸道內含物粒度的最大值受自然沉積物粒度的影響, 隨自然沉積物變粗而增大。但從相關性分析看, 刺參腸道內含物與自然沉積物的粒度中值并相關性不顯著。這一方面可能是由于刺參對沉積物粒度具有選擇性, 選擇能力不易受生境的沉積物粒度的影響; 另一方面可能是由于海參更容易獲得某一粒度的沉積物。一些學者通過野外調查認為海參綱生物存在著粒度選擇性。對刺參科的研究表明, 大多數種類對沉積物粒度或有機物組成有選擇性, 有的種類對二者均有選擇性[6]。如生活在泥沙底的Stichopus tremulus選擇攝食較大顆粒的沉積物[10];S. variegatus與和它共處同一生境的其他 3種海參相比對粒度具有選擇性[11];S.chloronotus選擇粒徑在250 μm左右的顆粒。辛那參科海參Mesothuria intestinalis傾向于攝食較細沉積物[12]。其他一些種類如Isostichopus badionotus和許多海參科海參如Holothuria mexicana等的攝食沒有粒度選擇性[7]。同為棘皮動物的海膽也存在著對食物粒度的選擇。

3.2 沉積物粒度與刺參分布

生境選擇性是指生物主動從異質環境中選擇適宜的沉積物斑塊。海參在自然海區經常呈斑塊分布。沉積物的粒度差異產生不同的生態位和食物斑塊,海參對沉積物粒度的選擇性實際上反映出其對特定微生境的斑塊選擇性, 刺參科的S.chloronotus和S.variegatus對底棲微藻含量高的生境具有明顯的選擇性[13]。本研究中, 日照前三島海域是刺參的自然棲息地, 對這里刺參生境斑塊所做的研究表明, 雖然刺參選擇攝食粒徑在1～80μm的黏土、粉砂、細砂, 但刺參傾向于分布粗砂、極粗砂和礫石比例高的海底,而不分布在以粉砂、細砂和中砂為主的海底。刺參食物的粒度與其分布區的粒度存在明顯的差異。刺參不分布與其食物粒度相近、粒級較細的沉積物表面, 而分布在粒度與其食物差異明顯的較粗的沉積物上。這可能是由于刺參運動時, 管足需要吸附顆粒物表面來完成運動過程, 而過細的顆粒不能提供足夠的表面積供管足吸附, 致使刺參行動困難。其他海參也有類似的分布特征, 由于在不穩定的軟泥上行動困難, I.badionotus分布在底質條件穩定的巖礁區,而在軟泥上沒有分布[5]。與細與中等粒度的沉積物相比, 紅海的 H.atra, Bohadschia marmorata 和H.leucospilota更愿意在粗糙的沉積物上攝食[14]。

3.3 粒度選擇性與刺參體質量

海參成體傾向于攝食更細的沉積物以滿足生長、性腺發育和產卵的需求; 而中等個體的海參則傾向于攝食較粗的沉積物。在繁殖季節, 海參攝食更細的沉積物[15]。一些海參對小顆粒沉積物的攝食偏好很可能是因為食物隨粒徑減小而呈指數增長[16]。本研究中, 刺參腸道內含物粒度的中值與刺參體質量呈明顯的負相關?？紤]到所研究刺參的體質量為75.87g±28.99g, 屬刺參成體, 這種相關性可解釋為個體大的刺參為滿足性腺發育和生殖的需要, 傾向于攝食有機物含量豐富的細顆粒。

致謝: 中國科學院海洋研究所激光粒度室王紅莉老師對樣品的測定進行了指導, 養殖生態與環境調控實驗室王清博士研究生對數據處理和分析提供了寶貴建議, 在此一并感謝。

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Selectivity of particle size by sea cucumber Apostichopus japonicus in different culture systems

ZHAO Peng1,2, YANG Hong-sheng1
(1.Key Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences, Oceanology of Institute, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Aug., 23, 2009

Apostichopus japonicus; particle selectivity; distribution; feeding

During May 26th2009 to June 16th2009, Apostichopus japonicus were collected from the Jiaozhou Bay at Qingdao(53.96 g ±14.742 g), culture pond at Yantai(82.99 g ±32.942 g), and Qiansandao at Rizhao(90.67 g±23.542 g),. Particle sizes of the gut contents and the natural sediments were analyzed and compared by using CILAS 940L Laser Particle Size Analyzer. The results revealed that A. japonicus showed obvious selectivity towards different sizes of particles. Of the particles ingested by A. japonicus, the diameters of 90 percent of the particles were between 1～80 μm. There was no obviously different selectivity in different habitats. To adult sea cucumbers , the mid-value of particle sizes in gut contents was negatively correlated with the body weight.

Q959.269

A

1000-3096(2010)04-0011-06

2009-08-23;

2009-11-22

國家科技支撐計劃項目(2006BAD09A02); 國家 863計劃項目(2006AA10A411); 國家海洋局海洋公益性重點項目(200805069); 創新研究群體科學基金項目(40821004)

趙鵬(1983-), 男, 遼寧沈陽人, 碩士研究生, 主要從事養殖環境的生物修復研究, 電話： 0532-82898705, E-mail： zp-zp@ 163.com;楊紅生, 通信作者, E-mail： hshyang@126.com

(本文編輯： 梁德海)