珊瑚的室內(nèi)循環(huán)海水生態(tài)養(yǎng)殖模式的構(gòu)建

黃 敏，王榮霞，王永波，蒲利云，唐賢明

(1.海南省海洋與漁業(yè)科學(xué)院，海口 571126；2.海南省熱帶海水養(yǎng)殖技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室，海口 571126)

珊瑚屬于腔腸動物門(Coelenterata)珊瑚蟲綱(Anthozoa)，在熱帶和亞熱帶海域中均有分布。珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)是海洋的“熱帶雨林”，海洋中由珊瑚骨骼堆積而成的珊瑚礁具有保護(hù)海岸、維護(hù)生物多樣性、維持漁業(yè)資源等重要功能[1-2]。因此，珊瑚礁在海洋生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)著極其重要的地位。近年來，受全球氣候變化和地區(qū)性人類活動的影響，珊瑚資源正在急劇衰退，開展珊瑚人工繁育是解決珊瑚資源衰退的主要途徑之一[3-4]。此外，珊瑚人工繁育還有助于開展珊瑚的基礎(chǔ)生物學(xué)和珊瑚礁生物活性物質(zhì)資源開發(fā)等科學(xué)研究。目前國內(nèi)外對珊瑚研究多集中在生物學(xué)和生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，對珊瑚的人工養(yǎng)殖報道較少[5-6]。國內(nèi)對于珊瑚養(yǎng)殖的報道只限于少數(shù)的幾個品種，包括鹿角珊瑚和尖銳軸孔珊瑚[7-8]。當(dāng)前，珊瑚室內(nèi)人工養(yǎng)殖主要在控溫、控光的水族缸中進(jìn)行，并對養(yǎng)殖種類的最優(yōu)養(yǎng)殖條件進(jìn)行研究，如：李澤鵬等[9]研究了主要環(huán)境因子對濱珊瑚的脅迫作用，認(rèn)為石珊瑚在25～28 ℃之間具有一定的抗溫機(jī)制，并且當(dāng)磷酸鹽濃度高于30 μmol·L-1時，石珊瑚會白化而死亡；李衛(wèi)東等[10]探索出一種肉質(zhì)軟珊瑚的人工擴(kuò)繁方法，可以實(shí)現(xiàn)軟珊瑚在水族缸內(nèi)的快速人工擴(kuò)繁。筆者通過對珊瑚室內(nèi)水族缸養(yǎng)殖模式進(jìn)行試驗研究，以期構(gòu)建高效穩(wěn)定的珊瑚循環(huán)海水生態(tài)系統(tǒng)，為珊瑚人工繁育、推動海洋生物資源保護(hù)與利用等研究提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗材料氣泡珊瑚(Plerogyrasinuosa)、腎形真葉珊瑚(Euphylliaancora)、長須飛盤(Heliofungiaactiniformis)、綠紐扣珊瑚(Protopalythoasp.)和鹿角珊瑚(Acroporacervicornis)等試驗材料均采自三沙市西沙海域，經(jīng)消毒處理后運(yùn)至海南省海洋與漁業(yè)科學(xué)院瓊海科研基地循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中進(jìn)行暫養(yǎng)，待其生長穩(wěn)定后，選取氣泡珊瑚、腎形真葉珊瑚、長須飛盤和綠紐扣珊瑚骨骼直徑在5～15 cm的個體，鹿角珊瑚選擇芽高1～10 cm的個體開始進(jìn)行試驗。

1.2養(yǎng)殖設(shè)施與設(shè)備珊瑚養(yǎng)殖裝置包括珊瑚養(yǎng)殖缸、水處理缸和燈光架。養(yǎng)殖缸內(nèi)設(shè)置對流泵。水處理缸內(nèi)用隔板分隔為過濾室、蛋分除沫室、微生物室和抽水室，其中，過濾室填充過濾材料，蛋分除沫室里設(shè)置蛋白除沫器；微生物室里滋生有微生物；抽水室設(shè)置功率為2 000 L·h-1的抽水泵。海水從珊瑚養(yǎng)殖缸中出來，經(jīng)過砂濾、棉濾后引入蛋白分離器中進(jìn)行有機(jī)物的分解，再通過微生物系統(tǒng)，最后返回到養(yǎng)殖缸中。海水的循環(huán)周期控制在大約6 h循環(huán)1次，每天循環(huán)4次。經(jīng)過循環(huán)處理的海水，氨氮濃度控制在0～0.01 mg·L-1, 硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮濃度控制在0～0.005 mg·L-1, 溶解氧含量在4 mg·L-1以上。在養(yǎng)殖缸上方安置燈光架，利用定時器使LED燈上午6：00開，下午18：00關(guān)，模擬日出、日落的自然現(xiàn)象，為珊瑚的生長提供光源。

1.3實(shí)驗環(huán)境以5種珊瑚為樣本，每種珊瑚養(yǎng)殖實(shí)驗組設(shè)置3個平行，每立方水體的養(yǎng)殖密度為15株。培育光照條件：光波長為380～415 nm，色溫值25 000～30 000 K。

1.4養(yǎng)殖管理在珊瑚養(yǎng)殖期(1年)對養(yǎng)殖水溫、鹽度、pH、光照強(qiáng)度、氨氮、溶解氧等環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行定期監(jiān)測，每個月測定3～5次，分別利用溫度計、鹽度計、pH計和水下照度計定期監(jiān)測珊瑚養(yǎng)殖缸內(nèi)水質(zhì)指標(biāo)水溫、鹽度、pH和水下光照強(qiáng)度，同時利用國標(biāo)方法(GB 17378.4-2007 海洋監(jiān)測規(guī)范 第4部分：海水分析)測定溶解氧和營養(yǎng)鹽的濃度(氨氮、亞硝基氮和硝基氮等)。

養(yǎng)殖水溫控制在24～28 ℃。當(dāng)氣溫低于24 ℃時利用加熱棒對養(yǎng)殖水體進(jìn)行加溫，當(dāng)溫度高于28 ℃時則使用空調(diào)制冷室內(nèi)溫度以降低水溫。

養(yǎng)殖鹽度控制在25～35。由于養(yǎng)殖基地海南省瓊海市屬于亞熱帶氣候溫度較高，因此，珊瑚缸中的水蒸發(fā)較快，鹽度比較高，通過每天監(jiān)測水體鹽度，及時調(diào)節(jié)養(yǎng)殖水體鹽度。

養(yǎng)殖水體的pH控制在8.0～8.5。用KH添加劑(NaHCO3)控制水體硬度值在7～12。用鈣添加劑(CaCl2)調(diào)節(jié)鈣的含量控制在0.04%～0.05%。鈣添加劑不能和KH添加劑一起加入，這2類添加劑的添加時間至少間隔在1 h以上。

1.5生物學(xué)觀察及測量

1.5.1 生長狀態(tài)觀察定期觀察氣泡珊瑚、腎形真葉珊瑚、長須飛盤和綠紐扣珊瑚水螅體的伸展?fàn)顟B(tài)，拍照記錄珊瑚的生長狀態(tài)。

1.5.2 鹿角珊瑚的珊瑚枝生長的測量選取水族缸中生長狀況良好的50株鹿角珊瑚，每月1日測量鹿角珊瑚的芽高、芽長和體質(zhì)量，計算出鹿角珊瑚的平均生長率。其中，測量珊瑚枝的最高點(diǎn)到珊瑚的底座為珊瑚的芽高；選取珊瑚枝中最長的1枝(做好標(biāo)記，保證每次選取的為同一枝)，測量該枝條的長度為珊瑚的芽長。

2 結(jié)果與分析

2.1水質(zhì)參數(shù)變化在循環(huán)水養(yǎng)殖過程中水溫、pH值、硬度和鈣含量保持穩(wěn)定，水溫為24.3～28.0 ℃，pH為8.0～8.3，鈣質(zhì)濃度維持在0.04%～0.05%，硬度KH維持在6～8(表1)。養(yǎng)殖水體中鹽度、氨氮、亞硝基氮和溶解氧等指標(biāo)的變化易受外界環(huán)境影響，但監(jiān)測發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗的這幾個環(huán)境因子在循環(huán)水水族缸培養(yǎng)系統(tǒng)基本保持穩(wěn)定。

2016-02-05紐扣珊瑚放入水族缸中，在2016-03-17發(fā)現(xiàn)，紐扣珊瑚排放出精子和卵子，進(jìn)行體外受精后，受精卵隨著海水漂浮，經(jīng)過數(shù)天后沉降，固著在水族缸底部。經(jīng)過半個月左右，在水族缸底看到小個體的紐扣珊瑚(圖1)。表2顯示的是紐扣珊瑚在整個自然繁育過程中水質(zhì)的變化情況。在紐扣珊瑚自然繁殖的過程中，珊瑚養(yǎng)殖水體的水質(zhì)各項指標(biāo)均表現(xiàn)穩(wěn)定。

2.2水下光照條件對珊瑚生長的影響從圖2可見，20 000～30 000 Lx光照強(qiáng)度下的珊瑚比10 000 Lx左右光強(qiáng)的珊瑚生長旺盛,而30 000 Lx以上的光強(qiáng)對珊瑚生長有一定的抑制，說明較高的光照強(qiáng)度對珊瑚的生長具有一定的促進(jìn)作用，但過強(qiáng)的光強(qiáng)對珊瑚生長卻具有一定的抑制作用。圖2結(jié)果表明，光照強(qiáng)度對珊瑚生長的促進(jìn)作用可能存在一個飽和點(diǎn)，例如，氣泡珊瑚在超過30 000 Lx的光照條件下珊瑚水螅體只表現(xiàn)為部分伸展。不同珊瑚的光飽和點(diǎn)是不同的，光飽和點(diǎn)的確定還需要進(jìn)一步的研究。

表1 珊瑚養(yǎng)殖水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果

表2 紐扣珊瑚繁育過程中水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果

2.3鹿角珊瑚的生長變化鹿角珊瑚屬于造礁珊瑚中的一種，其生長變化的研究對海洋生態(tài)環(huán)境修復(fù)起著重要的作用。由表3可知，從2016年4～10月，鹿角珊瑚的相對生長保持在一個穩(wěn)定的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，珊瑚芽長的相對增長率為2.84%～3.42%，芽高的相對增長率為2.28%～2.79%，而質(zhì)量的相對增長率為2.28%～3.02%。從養(yǎng)殖成活率來看，鹿角珊瑚在實(shí)驗過程中沒有出現(xiàn)死亡，成活率為100%。而且在實(shí)驗過程中鹿角珊瑚沒有出現(xiàn)白化現(xiàn)象。

表3 鹿角珊瑚的生長指標(biāo)變化

3 討 論

珊瑚室內(nèi)水族缸養(yǎng)殖是珊瑚人工繁育最常用的方式之一。水族缸系統(tǒng)通過人工控制為珊瑚生長繁育提供了一個適宜的環(huán)境，水溫、光照、營養(yǎng)鹽、pH、水體鈣質(zhì)、硬度等主要因素是珊瑚養(yǎng)殖與繁育的關(guān)鍵所在。維持養(yǎng)殖水體的水質(zhì)穩(wěn)定是珊瑚封閉循環(huán)水養(yǎng)殖的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)室內(nèi)水族飼養(yǎng)系統(tǒng)維持難度大，含氮營養(yǎng)鹽處理能力較弱，難以維持飼養(yǎng)珊瑚所需的較苛刻的貧營養(yǎng)鹽環(huán)境。李琰等[11]研究了“柏林系統(tǒng)”中活石對氨氮和硝基氮的去除效率，發(fā)現(xiàn)活石能夠有效去除氨氮，然而對NO3-去除效果較差。周智等[12]通過在珊瑚養(yǎng)殖水體中添加乙醇作為碳源,能顯著降低珊瑚養(yǎng)殖水體中無機(jī)氮鹽的含量，并維持其鈣鎂離子含量和堿度，從而改善珊瑚養(yǎng)殖系統(tǒng)的水質(zhì)狀況。筆者利用砂濾、棉濾輔助微生物過濾的方法可以有效地去除水體中的含氮營養(yǎng)鹽，而且整個水族缸養(yǎng)殖系統(tǒng)易于維持，簡潔高效。

珊瑚對環(huán)境有機(jī)物營養(yǎng)鹽的變化很敏感，蟲黃藻需要利用營養(yǎng)鹽充分進(jìn)行光合作用產(chǎn)生足夠的能量供給珊瑚[13]；然而高濃度的營養(yǎng)鹽(尤其是有機(jī)物營養(yǎng)鹽)會造成藻類爆發(fā)從而影響珊瑚的生長和繁殖。筆者采用的蛋白分離器產(chǎn)生的氣泡表面張力可以吸附水中的有機(jī)物，因而有效的減少水體中有機(jī)物的含量。通過有效地控制水族缸內(nèi)水質(zhì)條件，5種珊瑚的生長狀況均良好，鹿角珊瑚的芽高、芽長和質(zhì)量的相對增長也很穩(wěn)定，而且成活率高，沒有發(fā)生白化現(xiàn)象。易于養(yǎng)殖的紐扣珊瑚在適宜條件下也自然繁殖產(chǎn)生了幼體。

珊瑚的生長與其體內(nèi)寄生的蟲黃藻的光合作用效率和珊瑚本身的代謝速率密切相關(guān)，而溫度是影響光合作用和新陳代謝的最重要因子之一。研究結(jié)果表明，寒潮或高溫均會導(dǎo)致珊瑚白化、抗病力下降等問題，而且成為珊瑚礁迅速退化的主要原因[14-15]。因此，在進(jìn)行珊瑚人工繁育時要注意不同種類珊瑚的最適宜溫度及耐受溫度。適宜的水質(zhì)條件有利于珊瑚的自然繁殖，本實(shí)驗將水溫控制在24～28 ℃條件下，5種珊瑚的生長狀況均良好，且紐扣珊瑚繁殖產(chǎn)生了小珊瑚。

光照是影響珊瑚生長的重要環(huán)境因子，光照對蟲黃藻的光合作用是必不可少的，而造礁珊瑚的骨骼生長主要依靠光來促進(jìn)鈣化作用[16]。SCHUTTER等研究了4種光照條件對叢生盔形珊瑚(Galaxeafascicularis)骨骼生長和凈光合作用的長期影響,結(jié)果表明，珊瑚斷枝的生長隨光照強(qiáng)度增加而增加，凈光合作用也隨光照強(qiáng)度增加而增加[17]。通常認(rèn)為，多數(shù)造礁石珊瑚對光照強(qiáng)度要求較高，而軟珊瑚對光照強(qiáng)度的要求更低。ROCHE等[16]在對軟珊瑚(Sinulariaflexibilis)在不同光照條件下的培養(yǎng)研究中發(fā)現(xiàn)，低光強(qiáng)度下生長的珊瑚蟲黃藻密度顯著增加，而高光強(qiáng)度下光合色素濃度反而降低。

綜上所述，珊瑚的水族缸養(yǎng)殖模式在可控條件下是完全可行的，關(guān)鍵在于建立穩(wěn)定的海水生態(tài)系統(tǒng)。生物多樣性豐富的眾多珊瑚品種，對溫度、光照和營養(yǎng)鹽等理化條件有不同的需求，因此，珊瑚人工繁殖研究應(yīng)以構(gòu)建室內(nèi)珊瑚培養(yǎng)海水生態(tài)系統(tǒng)為切入點(diǎn)，根據(jù)不同珊瑚品種的環(huán)境需求和養(yǎng)殖特點(diǎn)，探索不同珊瑚的養(yǎng)殖模式。