三亞近海諾亞硨磲分布特征及底質對其外套膜顏色的影響

劉春勝 吳川良 李秀保 劉 闖 王愛民 顧志峰 呂 布

(1. 海南大學南海海洋資源利用國家重點實驗室, 海口 570228; 2. 海南大學海洋學院, 海口 570228;3. 三亞珊瑚礁生態研究所, 三亞 572000)

硨磲是海洋雙殼貝類中個體最大的一類, 分布于從西太平洋到印度洋非洲東海岸的熱帶珊瑚礁海域, 全世界現存12個種, 分別隸屬軟體動物門雙殼綱簾蛤目硨磲科的硨磲屬Tridacnidae(10種)和硨蠔屬Hippopus(2種)[1,2]。目前, 我國已報道8種, 其中以諾亞硨磲 (T. noae)、番紅硨磲 (T. crocea)和長硨磲 (T. maxima)等小型硨磲資源量較多[3—5]。硨磲為珍稀水生動物, 《瀕危野生動植物種國際貿易公約》(CITES)和《世界自然保護聯盟(IUCN)瀕危物種紅色名錄》均將硨磲列為世界稀有海洋生物加以保護, 并實施國際貿易管制[6,7]。我國亦多次出臺相關法規, 加強對硨磲資源保護。

截至目前, 氣候變化、過度捕撈及棲息地破壞被認為是導致硨磲資源減少的主要原因[2]。Van Wynsberge等[8]報道法屬玻里尼西亞長硨磲資源受氣候波動和過度捕撈影響; Ramah等[9]報道毛里求斯島海洋禁漁區內外硨磲數量和種類組成差異明顯。自20世紀90年代, 我國海南島周邊及南海各島礁硨磲資源量不斷下降, 目前臨高和文昌等部分海南島周邊海域硨磲已經絕跡, 而捕撈和旅游被認為影響近岸珊瑚礁生態系統的兩個重要因素[10—12]。為比較非法捕撈及旅游擾動對硨磲資源影響程度,本研究以諾亞硨磲為實驗對象, 開展三亞珊瑚礁國家級自然保護區 (以下簡稱珊瑚礁保護區, 主要受非法捕撈影響)和旅游區蜈支洲島 (主要受海上旅游活動影響)的諾亞硨磲調查, 分析人類活動對其分布及其外套膜顏色影響, 以期為硨磲保護策略的制定提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 站位及調查方法

2018年8月至2019年6月, 在三亞周邊海域選取4個區域 (蜈支洲島、亞龍灣、鹿回頭半島和東西瑁島)共設置33個站位 (圖 1和表 1)進行硨磲資源調查。蜈支洲島為旅游景區, 周邊海域有公司專門管理, 且島上無原始居民, 幾乎無偷捕亂采活動; 亞龍灣、鹿回頭半島和東西瑁島屬三亞珊瑚礁國家級自然保護區, 但經常有漁民在附近海域從事非法采捕活動。

每個調查站位分別在平潮線下2—4 m和6—8 m處設置1條調查斷面, 每條斷面布設1條長50 m, 寬1 m的樣帶, 樣帶斷面與岸線平行方向布設。采用水下數碼攝像機從樣帶的一端開始沿著斷面線攝像, 回到實驗室后在電腦上進行判讀, 以統計硨磲及底質狀況。當調查過程中發現硨磲時, 采用水下照相機對其外套膜及周邊底質進行拍照, 同時測量其殼長。

1.2 硨磲種類鑒定

通過形態學觀測和分子學鑒定相結合的方法對硨磲種類進行鑒定。其中形態學參考Roa-Quiaoit[13]和Su等[14], 通過現場觀察、拍照對比的方法鑒定。

圖 1 三亞周邊海域硨磲調查站位圖Fig. 1 Map of giant clam survey sites in coastal waters of Sanya

表 1 調查站位經緯度Tab. 1 Latitude and longitude of survey stations

分子學鑒定以COⅠ基因作為分類依據。具體如下: 現場剪取硨磲0.5—1 cm2外套膜組織, 用95%酒精固定后帶回實驗室。利用DNA 提取試劑盒(天根海洋動物組織基因組DNA提取試劑盒)對樣品進行基因組DNA 提取, 再以2對硨磲線粒體COⅠ基因特異性引物進行PCR擴增。所用2對引物序列為: (1)COI-F1: 5′-GGGTGATAATTCGAA CAGAA-3′和COI-R1: 5′-TAGTTAAAGCCCCAGCTA AA-3′[15]; (2)COI-F2: 5′-GGTCAACAAATCATAAAG ATA-3′和COI-R2: 5′-TAAACTTCAGGGTGACCAA AA-3′[14]。PCR反映體系為: 引物各1 μL, DNA模板2 μL, 2×PCRMaster Mix 12.5 μL。COI-F1/R1引物PCR反應程序為: 94℃預變性5min; 94℃變性40s,43℃退火1min, 72℃延伸1min, 35個循環; 72℃延伸10min。COI-F2/R2引物PCR反應程序為: 94℃預變性5min; 94℃變性40s, 53℃退火1min, 72℃延伸1min, 35個循環; 72℃延伸10min。PCR產物切膠回收、純化和測序。將測得序列提交至GenBank比對, 確認硨磲種類。

1.3 調查站位底質分析

通過計算機回放調查錄像, 對各站位底質組成進行判讀。各站位底質分為活珊瑚底質、礁石底質和砂質底質3種類型, 具體通過觀察皮尺下珊瑚、礁石和砂質的累積長度統計各站位不同底質所占比例, 進而計算硨磲在不同底質分布比例。

1.4 諾亞硨磲外套膜及周邊底質顏色參數獲取

硨磲外套膜顏色與周邊底質顏色相近性 (保護色)是硨磲逃避敵害生物的重要途徑之一, 本文對諾亞硨磲外套膜顏色與周邊環境顏色采集及分析方法參考Todd等[16], 具體如下:

硨磲圖片采集時間為晴朗天氣上午10:00至下午2:00陽光直射階段, 用同一相機 (佳能EOS 6D Mark II), 固定拍照模式拍攝硨磲及周邊底質, 選取清晰圖片進行后續分析。拍照時相機與底質面呈45 °角, 距硨磲0.5 m, 拍照參數為M(快門速度)1/15,F(光圈大小)5.0, ISO(感光度) 200, 放大倍數1.9倍。

選取外套膜舒展的個體用以顏色相關性分析,顏色數據采集方法如下: 用Photoshop軟件截取待測硨磲外套膜及周邊底質圖片, 而后將待測量圖片導入CSE-1成像色度檢測分析系統, 硨磲和底質各隨機選取5個點, 獲得其RGB值(R、G和B分別對應三原色中的紅色、綠色和藍色, 數值范圍均為0—255)。計算這5個點RGB值的平均值, 作為該硨磲的外套膜和底質顏色參數。

1.5 數據統計

實驗結果用平均值±標準誤(Means±SE)表示。不同站位間硨磲密度、底質組成相關實驗數據采用One-way ANOVA進行單因素方差分析, 進行Turkey多重比較。對硨磲外套膜與周邊底質顏色相關性分析采用一元直線回歸及相關性統計方法進行。數據分析采用DPS統計學軟件, 差異顯著水平為P＜0.05。

2 結果

2.1 不同海域諾亞硨磲分布及種群結構

經形態學和分子學鑒定, 本次調查共發現5個番紅硨磲 (位于亞龍灣Y2和Y3及蜈支洲島S3和S124個站位), 其余全部為諾亞硨磲, 因此本文僅針對諾亞硨磲開展相關分析。

如表 2所示, 亞龍灣和蜈支洲島海域諾亞硨磲密度最高, 分別為2.00和1.92×10–2ind./m2, 顯著高于東西瑁島和鹿回頭半島海域 (P＜0.05)。其中蜈支洲島諾亞硨磲主要分布于2—4 m水深 (密度為2.92×10–2ind./m2), 亞龍灣諾亞硨磲主要分布于6—8 m水深 (密度為3.50×10–2ind./m2)。

硨磲為雌雄同體, 雄性先熟。根據諾亞硨磲生長發育規律, 將其分為4個階段 (殼長＜5 cm性腺未發育; 5—＜10 cm雄性為主; 10—＜15 cm雌雄同體;≥15 cm雌性為主), 并對各調查海域諾亞硨磲不同發育階段比例進行統計 (圖 2)。在蜈支洲島海域,種群中4種發育階段諾亞硨磲均有發現, 其中殼長＜5 cm和5—＜10 cm個體占總數量的28%和36%, 高于大個體數量。亞龍灣海域未發現≥15 cm個體, 其殼長＜10 cm的小規格比例亦高于大規格。東西瑁島海域未發現＜5 cm個體, 鹿回頭半島海域僅發現1個5—＜10 cm個體。

表 2 三亞不同海區諾亞硨磲密度Tab. 2 Density of T. noae at different sea areas in Sanya

2.2 諾亞硨磲分布與底質類型關系

調查發現諾亞硨磲在珊瑚礁、礁石和砂石底質環境中均有分布(圖 3)。4個調查海域中蜈支洲島珊瑚礁覆蓋率最高(40.6%), 亞龍灣和東西瑁島次之(24.94%—25.15%), 鹿回頭半島最低 (19.34%,P＜0.05)。蜈支洲島礁石區所占比例最低 (27.15%),顯著小于其他海域 (54.21%—63.51%,P＜0.05, 圖 4A)。對蜈支洲島和珊瑚礁保護區不同底質諾亞硨磲分布密度比較發現, 諾亞硨磲主要分布于珊瑚覆蓋區,其次為礁石區, 砂石區極少 (圖 4B)。

圖 2 三亞不同海域各發育階段諾亞硨磲數量 (A)及比例 (B)Fig. 2 The number (A) and ratio (B) of T. noae with different development stages in different sea areas

2.3 諾亞硨磲外套膜顏色與底質顏色關系

因現場調查拍照過程中, 部分諾亞硨磲個體外殼閉合或外套膜舒展不完全, 故蜈支洲島海域選擇19個個體, 珊瑚礁保護區選擇9個個體進行顏色相關性分析 (圖 5)。結果表明, 各海域諾亞硨磲外套膜RGB參數值與周邊底質顏色均呈現顯著地相關性 (P＜0.05, 表 3)。蜈支洲島群體各RGB參數值相關系數均低于珊瑚礁保護區群體, 其中蜈支洲島群體諾亞硨磲外套膜顏色與周邊底質R、G和B值相關系數分別為0.740、0.759和0.799, 珊瑚礁保護區群體R、G和B值相關系數分別為0.824、0.828和0.922。此外, 不同諾亞硨磲群體藍原色值B均高于綠原色值G和紅原色值R。

圖 3 諾亞硨磲及其底質環境Fig. 3 T. noae in different substrates

3 討論

3.1 非法捕撈及環境污染是影響硨磲種群結構的重要因素

對三亞周邊海域硨磲調查顯示, 諾亞硨磲為該海域主要硨磲種類, 該結果與崔丹等報道一致[12]。據報道, 2006—2008年硨磲依然為西瑁洲島優勢種,種類有長硨磲 (應為諾亞硨磲)、鱗硨磲和番紅硨磲[10]。本次調查發現, 除亞龍灣外, 鹿回頭半島及東西瑁島兩個海域硨磲資源已十分稀少, 且種群結構亦不合理。與之相比, 蜈支洲島周邊海域諾亞硨磲密度為1.92×10–2ind./m2, 種群結構穩定。相關研究表明, 盡管三亞周邊海域無機氮和活性磷酸鹽等關鍵水質指標呈現一定時空波動性, 但珊瑚礁保護區所在海域與蜈支洲島海域差異不顯著, 均屬超Ⅰ類水質, 因此環境因子不是導致不同調查海域硨磲種群差異的主要原因[17,18]。進一步分析發現, 鹿回頭半島及東西瑁島海區周邊有居民常駐, 同時因保護區人員有限, 時常有偷捕濫采現象發生; 而蜈支洲島為無居民海島, 加之經營公司監管嚴格, 極少發生偷捕濫采行為。此外, 珊瑚礁保護區海域禁止旅游開發, 與之相比蜈支洲島為三亞著名景點,其年接待游客量達200萬人次以上[19], 因此蜈支洲島周邊海域受旅游活動影響顯著高于珊瑚礁保護區。據此, 作者推測非法捕撈是導致海南島近岸海域硨磲資源減少的重要影響因素。Ramah等[9]通過比較毛里求斯島禁漁區與非禁漁區亦表明, 禁漁措施有助于硨磲資源恢復。

圖 4 不同海域底質組成(A)及諾亞硨磲分布比例(B)Fig. 4 Substrate compositions (A) and ratio of T. noae at different substrates (B)

圖 5 諾亞硨磲外套膜與周邊底質RGB顏色參數相關性Fig. 5 The relationship between mean red, blue and green (RGB)values of T. noae clam mantles and their surrounding substrates

表 3 不同海域諾亞硨磲外套膜與周邊底質顏色回歸分析Tab. 3 Regression analysis of T. noae clam mantles and their surrounding substrates at different sea areas

亞龍灣和蜈支洲島海域諾亞硨磲密度無顯著差異, 且兩海域均為超Ⅰ類水質, 透明度相差不大(約為5—6 m), 然而亞龍灣海域諾亞硨磲主要分布于6—8 m水深, 蜈支洲島海域則主要分布于2—4 m水深。硨磲共生蟲黃藻是其能量來源的重要組成部分, 硨磲分布與光照強度密切相關[7,20]。諾亞硨磲與長硨磲類似, 主要分布于1—18 m水深, 淺水區更有利于其生長[1,21]。在無捕撈限制條件下, 分布于淺水水域的硨磲被捕撈幾率應高于深水區。據此, 我們推測捕撈壓力導致了亞龍灣諾亞硨磲分布水層變深。

3.2 捕撈引起硨磲外套膜顏色變化

保護色是生物對生態環境的適應, 具有隱蔽、擬態、警戒、吸引異性等重要作用[22]。硨磲外套膜顏色多態性亦是其逃避敵害生物捕食的重要生活史策略[7,23,24]。熱帶珊瑚礁生態系統極其復雜,硨磲為適應周邊復雜環境, 進化產生了外套膜顏色多態性程度更高的后代, 以保證種群延續[16]。本研究對蜈支洲島和珊瑚礁保護區諾亞硨磲外套膜顏色分析發現, 其顏色RGB參數值與周邊底質顏色呈現顯著的相關性(P＜0.05)。Todd等[16]對帕勞番紅硨磲外套膜顏色分析, 亦發現其與底質環境顏色呈現顯著的相關性, RGB參數相關系數分別為0.641、0.540和0.528; 法屬波利尼西亞長硨磲外套膜紅色與藍色原色亦得出相同結果[23]。然而與之相比, 本研究中蜈支洲島和珊瑚礁保護區諾亞硨磲外套膜顏色相關性系數更高, 且珊瑚礁保護區群體高于蜈支洲島群體。一方面本研究硨磲樣本較小, 可能造成一定誤差; 另一方面, 捕撈壓力的差異性或許是導致該現象原因。硨磲為逃避敵害生物捕食, 其外套膜呈現出多態性[16,23,24]。當外套膜顏色與周邊底質顏色相近時, 硨磲被敵害生物捕食幾率降低,存活率增加。同理, 硨磲外套膜顏色與周邊環境顏色相似度越高, 其被人類采捕幾率就越小, 隨著人類捕撈活動增強, 硨磲外套膜顏色與周邊環境顏色相關性亦越高。

硨磲是現存最大的雙殼貝類, 具有重要的生態和經濟價值[4,25]。本次調查結果表明諾亞硨磲分布與珊瑚礁覆蓋度密切相關; 諾亞硨磲數量與捕撈活動存在顯著的負相關性, 鹿回頭半島和東西瑁島等非法采捕活動頻繁海域諾亞硨磲數量顯著少于蜈支洲島; 捕撈活動亦顯著影響諾亞硨磲分布水深,及其外套膜顏色與周邊環境顏色的相關性。基于此, 在今后硨磲保護政策制定中, 應注意(1)加強珊瑚礁保護, 恢復硨磲棲息地; (2)加強宣傳和執法力度, 杜絕非法捕撈硨磲行為; (3)開展硨磲增殖放流活動, 補充周邊海域硨磲種群數量。