應用穩定同位素分析遼東灣池塘仿刺參的食性

王 擺，田甲申，董 穎，陳 仲，周遵春，宋 鋼，張淑麗

( 1.遼寧省海洋水產科學研究院，遼寧省海洋生物資源和生態學重點實驗室，遼寧 大連 116023； 2.凌海市達蓮海珍品養殖有限責任公司，遼寧 錦州 121211 )

仿刺參(Apostichopusjaponicus)是黃、渤海重要底棲生物類群，亦是我國北方重要海水增養殖品種之一。海水池塘養殖是仿刺參主要的養殖方式之一。遼東灣海水池塘位于我國沿海最北端，具有顯著的地域特點。每年11月下旬至翌年3月上旬為池塘的冰封期，水溫為-4～0 ℃；夏季池塘水溫升至23 ℃以上時，不同規格的仿刺參陸續進入夏眠；春季和秋季池塘水溫適宜，仿刺參攝食旺盛。其中，春季化冰后仿刺參的免疫力處于低谷期[1]，亦是各種病害的高發期。掌握池塘仿刺參周年的攝食規律對其生態健康養殖具有重要意義。張寶琳等[2]通過胃含物法分析發現，山東靈山島淺海巖礁區仿刺參主要攝食動植物碎屑和沉積物。金波昌等[3]利用碳穩定同位素法分析人工飼料對仿刺參幼參的生長貢獻發現，人工飼料對幼參的食物貢獻隨著養殖密度的增加而升高，養殖密度為35 個/m2時，人工飼料的食物貢獻率最大，為(29.48±3.31)%。與傳統胃含物法相比，碳氮穩定同位素法根據消費者穩定同位素比值與其食物相應同位素比值相近的原則來判斷其食物來源，分析食物貢獻比例[4]。碳氮穩定同位素技術在分析植食性動物、肉食性動物，無脊椎動物、脊椎動物的食性，及陸生和水生生態系統的營養級和食物網結構中得到了廣泛的應用[5-8]。Feng等[9]利用碳氮穩定同位素技術研究了山東靖海灣混養池塘的營養級關系，發現幾種大型藻對仿刺參的餌料貢獻率較高。Wen等[10]報道了試驗條件下幾種大型藻對仿刺參的餌料貢獻率。目前，有關遼東灣池塘仿刺參的食性特征研究鮮見報道。

為探明遼東灣生態養殖池塘仿刺參的食性特征，筆者采用碳氮穩定同位素技術檢測生態養殖池塘中仿刺參的肌肉、體壁、消化管和消化管內含物，以及浮游植物、浮游動物、顆粒有機物、底棲硅藻和表層底泥的δ13C和δ15N值，運用IsoSource線性混合模型計算出生態養殖池塘仿刺參的食物來源，為海水池塘仿刺參的生態健康養殖提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 養殖池塘

仿刺參生態池塘位于遼東灣的濱海潮上帶(N 40°53.46′，E 121°29.53′)，池塘面積6.67 hm2，水深1.4～2.0 m。春季至秋季每次的活汛期(約15 d)換水1次，換水量約為池塘總體水量的50%。養殖過程中不投餌。池塘的仿刺參采取輪捕輪放的投苗養殖方式，秋季投放體質量3.5～4.5 g/頭的幼參，投放密度6.5×104～8.5×104頭/hm2。采捕規格100 g以上的成參，年采捕量為900～1100 kg/hm2。池塘底部放置以石塊為材料的參礁和聚乙烯網礁，養殖期間池塘內未出現底棲大型藻類。

1.2 樣品采集

分別于2016年3月25日、5月19日、7月7日、9月29日、12月1日采集池塘的仿刺參、浮游植物、浮游動物、顆粒有機物和底棲硅藻、表層底泥(-1～0 cm)，樣品立即用5%的甲醛溶液固定，4 ℃保存，帶回實驗室進行預處理，仿刺參的取樣數量為3～5頭，體質量為(46.0±5.3) g。池塘海水鹽度、水溫、pH和溶解氧采用多參數水質分析儀(YSI Professional plus，美國YSI)現場測定。

1.2 樣品處理

仿刺參取肌肉、體壁、消化管等組織和消化管內含物，Whatman GF/F濾膜過濾水樣獲得顆粒有機物、浮游植物和浮游動物樣品，使用1 mol/L鹽酸對顆粒有機物、浮游生物、底泥和消化管內含物進行3 h酸化，去除碳酸鹽的影響，用去離子水沖洗。所有樣品在冷凍干燥機(Christ Alpha 2-4 LD plus，德國)中-80 ℃凍干后，瑪瑙研缽充分磨勻，底泥和消化管內含物再經80目篩絹過濾后，用于δ15N測定。仿刺參各組織和魚、蝦、貝類樣品用脫脂溶液(甲醇∶氯仿∶水=2∶1∶0.8)浸泡除脂[11]，超純水水洗后，再烘干至恒等質量，經瑪瑙研缽研磨后，與其他樣品用于δ13C測定。

1.3 碳氮穩定同位素測定

所有樣品在遼寧省海洋水產科學研究院穩定同位素實驗室測定，穩定同位素質譜儀為菲尼根Flash 2000 HT型元素分析儀(美國)和菲尼根Delta V Advantage同位素比率質譜儀(美國)相連而成，測定15N、13C。穩定C、N同位素的自然豐度為：

δX=([R樣品/R標準]-1)×103

式中，X代表13C或15N。R代表13C/12C或15N/14N。δ13C值是相對于PDB標準的自然豐度，δ15N值是相對空氣中氮氣的豐度[12-14]。

為保證結果準確性，同一樣品的碳、氮穩定同位素分別進行測定。每個樣品測定3個平行樣品，為保持試驗結果的準確性和儀器的穩定性，每測定5個樣品后插測1個標準樣。δ15N精密度<±0.15‰，δ13C精密度<±0.15‰。

1.4 數據處理

使用SPSS 17.0統計軟件對數據進行分析處理，檢測結果以平均值±標準差表示。采用IsoSource線性混合模型[15]計算餌料貢獻率。采用Origin 7.5作圖。

2 結果與分析

2.1 池塘海水理化參數周年變化

仿刺參池塘的理化參數周年變化見表1，海水溫度周年變化較大，0.7～27.4 ℃，冬季水溫最低，夏季水溫最高，春季和秋季水溫適中。海水的溶解氧與溫度呈顯著的負相關關系(r2=0.931，P<0.05)。海水鹽度和pH周年變化不大。

表1 樣品采集時池塘海水溫度、鹽度、pH和溶解氧

2.2 仿刺參的δ15N和δ13C值特征

通過比較海水養殖池塘仿刺參不同組織和消化管內含物的δ15N和δ13C值發現，肌肉組織的δ13C值最高，其次是體壁，消化管組織的δ13C值最低；仿刺參體壁的δ15N值最高，其次是肌肉，消化管組織的δ15N值最低(表2)。

2.3 不同餌料對仿刺參餌料貢獻率

采用IsoSource軟件計算得出不同類別餌料對仿刺參的平均餌料貢獻率見表3、圖1。試驗結果顯示，各采樣月底棲硅藻對仿刺參的平均餌料貢獻率最高，為78.5%～85.7%。其中，3月底棲硅藻的平均貢獻率為85.4%，表層底泥、顆粒有機物、浮游植物和浮游動物的平均貢獻率分別為7.9%、2.1%、2.2%和2.3%；5月底棲硅藻的平均餌料貢獻率為78.5%，表層底泥、顆粒有機物、浮游植物和浮游動物的平均貢獻率分別為7.5%、3.0%、3.3%和7.7%；7月底棲硅藻的平均餌料貢獻率為85.7%，表層底泥、顆粒有機物、浮游植物和浮游動物的平均貢獻率分別為3.1%、3.4%、3.6%和4.2%；9月底棲硅藻的平均餌料貢獻率為78.5%，表層底泥、顆粒有機物、浮游植物和浮游動物的平均貢獻率分別為3.6%、5.1%、5.6%和7.1%；12月底棲硅藻的平均餌料貢獻率為79.4%，表層底泥、顆粒有機物、浮游植物和浮游動物的平均貢獻率分別為6.2%、4.2%、4.8%和5.2%。表明遼東灣海水養殖池塘仿刺參的主要食物來源為底棲硅藻，其次為表層底泥、浮游動物、浮游植物和顆粒有機物。

表2 仿刺參不同組織的δ15N和δ13C值 ‰

表3 不同餌料對仿刺參的平均餌料貢獻率 %

圖1 不同餌料對仿刺參的平均餌料貢獻率

不同類別餌料對仿刺參消化管內含物δ13C值的平均貢獻率見表4、圖2。試驗結果顯示，各采樣月底棲硅藻對消化管內含物δ13C值的平均貢獻率最高，為25.8%～74.5%。其中，3月底棲硅藻的平均貢獻率為74.4%，表層底泥、顆粒有機物、浮游植物和浮游動物的平均貢獻率分別為13.5%、3.9%、4.0%和4.2%；5月底棲硅藻的平均餌料貢獻率為48.3%，表層底泥、顆粒有機物、浮游植物和浮游動物的平均貢獻率分別為17.7%、7.5%、18.3%和18.3%；7月底棲硅藻的平均餌料貢獻率為74.5%，表層底泥、顆粒有機物、浮游植物和浮游動物的平均貢獻率分別為5.6%、6.0%、6.4%和7.5%；9月底棲硅藻的平均餌料貢獻率為63.4%，表層底泥、顆粒有機物、浮游植物和浮游動物的平均貢獻率分別為6.3%、8.7%、9.5%和12.0%；12月底棲硅藻的平均餌料貢獻率為25.8%，表層底泥、顆粒有機物、浮游植物和浮游動物的平均貢獻率分別為22.2%、15.3%、17.3%和19.4%。試驗結果表明，仿刺參主要攝食底棲硅藻、底泥以及沉降的浮游動植物和顆粒有機物。

表4 不同餌料對仿刺參消化管內含物δ13C值的平均貢獻率 %

圖2 不同餌料對仿刺參消化管內含物δ13C值的貢獻率

3 討 論

3.1 仿刺參的δ15N和δ13C值的周年變化

穩定碳氮同位素在食性研究中，通過對比動物不同組織與餌料的δ13C值，可以獲得各組織對餌料的轉化率[16]。通過比較仿刺參不同組織的δ15N和δ13C值發現，肌肉組織的δ13C值最高，其次是體壁、消化管組織，表明肌肉組織對食物的轉化率低于體壁組織和消化管組織。體壁的δ15N值最高，其次是肌肉、消化管組織。研究結果發現，仿刺參的δ15N和δ13C值具有顯著的周年變化特點，這可能與池塘理化參數、仿刺參不同季節攝食的餌料和其自身新陳代謝規律有關。Sun等[17]研究發現，仿刺參的δ15N和δ13C值具有季節變化特征，其δ13C值季節變化較大，δ15N值較為穩定。

3.2 仿刺參的食性特征

仿刺參攝食過程中主要依靠觸手抓或掃，將附著物表面的無機物、有機碎屑、藻類等一并吞入消化管中[3,18]。胃含物法分析表明，山東靈山島淺海巖礁區仿刺參主要攝食動植物碎屑和沉積物[2]。本研究采用碳氮穩定同位素技術發現，底棲硅藻對遼東灣池塘生態養殖的仿刺參的平均餌料貢獻率周年變化為78.5%～85.7%，表明仿刺參主要食物來源為底棲硅藻。Feng等[9]利用碳氮穩定同位素技術研究發現，山東靖海灣混養池塘大型藻對仿刺參的餌料貢獻率較高。這可能與池塘的生物環境差異有關，山東靖海灣混養池塘位于潮間帶，每日利用潮汐進行海水交換，大型藻類資源豐富。Wen等[10]報道，試驗條件下幾種大型藻可作為仿刺參主要的餌料。與之相比，本研究的生態養殖池塘每月換水2～3次，池塘中無大型藻類，初級生產者主要為浮游植物和底棲硅藻，其中，底棲硅藻主要為圓篩藻屬(Coscinodiscus)。

遼東灣池塘生態養殖的仿刺參周年經歷春季快速生長期、夏眠期、秋季快速生長期和越冬期，快速生長期為仿刺參攝食的活躍期。劉曉威等[19]對大連地區仿刺參池塘底棲硅藻初級生產狀況的周年變化研究發現，池塘底棲硅藻初級生產力均值為(3.52±0.21) g/(m2·d)，變化為1.12～7.63 g/(m2·d)，最高值出現在8月，最低值出現在3—4月，春季底棲硅藻初級生產力隨著水溫上升有明顯升高的趨勢，秋季隨著水溫降低棲硅藻初級生產力逐漸下降。王吉橋等[20]研究發現，仿刺參消化管的長度和蛋白酶、淀粉酶的活力具有周年變化特性，2月消化管長度達到峰值，是體長的4.6～5.9倍，蛋白酶和淀粉酶作為仿刺參的主要消化酶在4—5月酶活力達到最高值。對比幾種餌料對仿刺參消化管內含物δ13C值的平均貢獻率發現，不同月份中底棲硅藻的δ13C值最高，為25.8%～74.5%，其中，12月出現最低值。水溫接近0 ℃后，池塘中底棲硅藻的生物量降低[19]，同時低溫影響了仿刺參攝食的活躍程度，導致底棲硅藻對消化管內含物δ13C值的平均貢獻率出現最低值。此外，低溫雖然降低了仿刺參消化管中消化酶的活力，但消化管長與體長比較大[21]，可能對仿刺參吸收同化消化管內含物中底棲硅藻的能力影響不大。

因此，在遼東灣地區，穩定和改善池塘底質環境，提高底棲硅藻初級生產力，在春季、秋季仿刺參攝食活躍期和快速生長期進行適當餌料投喂，增加仿刺參有效攝食量，增強其免疫力，對池塘生態健康養殖仿刺參具有重要意義。為進一步提高遼東灣海水池塘仿刺參養殖技術和池塘的養殖效益，還應深入開展混養池塘仿刺參、混養生物的食性特征和餌料投喂策略研究，為海水池塘仿刺參的生態健康養殖提供科學依據。