應(yīng)用穩(wěn)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(chǎn)科學(xué)研究院，遼寧省海洋生物資源和生態(tài)學(xué)重點實驗室，遼寧 大連 116023； 2.凌海市達(dá)蓮海珍品養(yǎng)殖有限責(zé)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(yǎng)殖品種之一。海水池塘養(yǎng)殖是仿刺參主要的養(yǎng)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(guī)格的仿刺參陸續(xù)進(jìn)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(fā)期。掌握池塘仿刺參周年的攝食規(guī)律對其生態(tài)健康養(yǎng)殖具有重要意義。張寶琳等[2]通過胃含物法分析發(fā)現(xiàn)，山東靈山島淺海巖礁區(qū)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(wěn)定同位素法分析人工飼料對仿刺參幼參的生長貢獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，人工飼料對幼參的食物貢獻(xiàn)隨著養(yǎng)殖密度的增加而升高，養(yǎng)殖密度為35 個/m2時，人工飼料的食物貢獻(xiàn)率最大，為(29.48±3.31)%。與傳統(tǒng)胃含物法相比，碳氮穩(wěn)定同位素法根據(jù)消費者穩(wěn)定同位素比值與其食物相應(yīng)同位素比值相近的原則來判斷其食物來源，分析食物貢獻(xiàn)比例[4]。碳氮穩(wěn)定同位素技術(shù)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(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)級和食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用[5-8]。Feng等[9]利用碳氮穩(wěn)定同位素技術(shù)研究了山東靖海灣混養(yǎng)池塘的營養(yǎng)級關(guān)系，發(fā)現(xiàn)幾種大型藻對仿刺參的餌料貢獻(xiàn)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(xiàn)率。目前，有關(guān)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(tài)養(yǎng)殖池塘仿刺參的食性特征，筆者采用碳氮穩(wěn)定同位素技術(shù)檢測生態(tài)養(yǎng)殖池塘中仿刺參的肌肉、體壁、消化管和消化管內(nèi)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(tài)養(yǎng)殖池塘仿刺參的食物來源，為海水池塘仿刺參的生態(tài)健康養(yǎng)殖提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 養(yǎng)殖池塘

仿刺參生態(tài)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(yǎng)殖過程中不投餌。池塘的仿刺參采取輪捕輪放的投苗養(yǎng)殖方式，秋季投放體質(zhì)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(guī)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(wǎng)礁，養(yǎng)殖期間池塘內(nèi)未出現(xiàn)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(jìn)行預(yù)處理，仿刺參的取樣數(shù)量為3～5頭，體質(zhì)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(shù)水質(zhì)分析儀(YSI Professional plus，美國YSI)現(xiàn)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(nèi)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(nèi)含物進(jìn)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(nèi)含物再經(jīng)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(zhì)量，經(jīng)瑪瑙研缽研磨后，與其他樣品用于δ13C測定。

1.3 碳氮穩(wěn)定同位素測定

所有樣品在遼寧省海洋水產(chǎn)科學(xué)研究院穩(wěn)定同位素實驗室測定，穩(wěn)定同位素質(zhì)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(zhì)譜儀(美國)相連而成，測定15N、13C。穩(wěn)定C、N同位素的自然豐度為：

δX=([R樣品/R標(biāo)準(zhǔn)]-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(biāo)準(zhǔn)的自然豐度，δ15N值是相對空氣中氮氣的豐度[12-14]。

為保證結(jié)果準(zhǔn)確性，同一樣品的碳、氮穩(wěn)定同位素分別進(jìn)行測定。每個樣品測定3個平行樣品，為保持試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和儀器的穩(wěn)定性，每測定5個樣品后插測1個標(biāo)準(zhǔn)樣。δ15N精密度<±0.15‰，δ13C精密度<±0.15‰。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，檢測結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用IsoSource線性混合模型[15]計算餌料貢獻(xiàn)率。采用Origin 7.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 池塘海水理化參數(shù)周年變化

仿刺參池塘的理化參數(shù)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(fù)相關(guān)關(guān)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(yǎng)殖池塘仿刺參不同組織和消化管內(nèi)含物的δ15N和δ13C值發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)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(xiàn)率見表3、圖1。試驗結(jié)果顯示，各采樣月底棲硅藻對仿刺參的平均餌料貢獻(xiàn)率最高，為78.5%～85.7%。其中，3月底棲硅藻的平均貢獻(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)率分別為6.2%、4.2%、4.8%和5.2%。表明遼東灣海水養(yǎng)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(xiàn)率 %

圖1 不同餌料對仿刺參的平均餌料貢獻(xiàn)率

不同類別餌料對仿刺參消化管內(nèi)含物δ13C值的平均貢獻(xiàn)率見表4、圖2。試驗結(jié)果顯示，各采樣月底棲硅藻對消化管內(nèi)含物δ13C值的平均貢獻(xiàn)率最高，為25.8%～74.5%。其中，3月底棲硅藻的平均貢獻(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)率分別為22.2%、15.3%、17.3%和19.4%。試驗結(jié)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(nèi)含物δ13C值的平均貢獻(xiàn)率 %

圖2 不同餌料對仿刺參消化管內(nèi)含物δ13C值的貢獻(xiàn)率

3 討 論

3.1 仿刺參的δ15N和δ13C值的周年變化

穩(wěn)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(zhuǎn)化率[16]。通過比較仿刺參不同組織的δ15N和δ13C值發(fā)現(xiàn)，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(zhuǎn)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(jié)果發(fā)現(xiàn)，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(shù)、仿刺參不同季節(jié)攝食的餌料和其自身新陳代謝規(guī)律有關(guān)。Sun等[17]研究發(fā)現(xiàn)，仿刺參的δ15N和δ13C值具有季節(jié)變化特征，其δ13C值季節(jié)變化較大，δ15N值較為穩(wěn)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(qū)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(wěn)定同位素技術(shù)發(fā)現(xiàn)，底棲硅藻對遼東灣池塘生態(tài)養(yǎng)殖的仿刺參的平均餌料貢獻(xiàn)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(wěn)定同位素技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，山東靖海灣混養(yǎng)池塘大型藻對仿刺參的餌料貢獻(xiàn)率較高。這可能與池塘的生物環(huán)境差異有關(guān)，山東靖海灣混養(yǎng)池塘位于潮間帶，每日利用潮汐進(jìn)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(tài)養(yǎng)殖池塘每月?lián)Q水2～3次，池塘中無大型藻類，初級生產(chǎn)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(tài)養(yǎng)殖的仿刺參周年經(jīng)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(qū)仿刺參池塘底棲硅藻初級生產(chǎn)狀況的周年變化研究發(fā)現(xiàn)，池塘底棲硅藻初級生產(chǎn)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(xiàn)在8月，最低值出現(xiàn)在3—4月，春季底棲硅藻初級生產(chǎn)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(chǎn)力逐漸下降。王吉橋等[20]研究發(fā)現(xiàn)，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(dá)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(dá)到最高值。對比幾種餌料對仿刺參消化管內(nèi)含物δ13C值的平均貢獻(xiàn)率發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)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(dǎo)致底棲硅藻對消化管內(nèi)含物δ13C值的平均貢獻(xiàn)率出現(xiàn)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(nèi)含物中底棲硅藻的能力影響不大。

因此，在遼東灣地區(qū)，穩(wěn)定和改善池塘底質(zhì)環(huán)境，提高底棲硅藻初級生產(chǎn)力，在春季、秋季仿刺參攝食活躍期和快速生長期進(jìn)行適當(dāng)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(tài)健康養(yǎng)殖仿刺參具有重要意義。為進(jìn)一步提高遼東灣海水池塘仿刺參養(yǎng)殖技術(shù)和池塘的養(yǎng)殖效益，還應(yīng)深入開展混養(yǎng)池塘仿刺參、混養(yǎng)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(tài)健康養(yǎng)殖提供科學(xué)依據(jù)。