王玲，周一兵，楊大佐，袁秀堂

(1.集美大學水產(chǎn)學院 福建省高校水產(chǎn)科學與食品安全重點實驗室，廈門 361021；2.大連海洋大學 遼寧省海洋生物資源恢復與生境修復重點實驗室，遼寧 大連 116023；3. 國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧 大連 116023)

水域生態(tài)環(huán)境中的有機物污染問題已制約著中國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，研究有效去除養(yǎng)殖環(huán)境污染的方法，尤其是去除養(yǎng)殖灘涂沉積有機物污染的方法，盡快恢復和優(yōu)化養(yǎng)殖環(huán)境，對中國海水養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展以及灘涂、淺海和濕地資源的可持續(xù)利用具有重要的理論和現(xiàn)實意義。目前，在環(huán)境研究領域，國際上有關多毛類生物學研究的焦點多集中在作為海洋污染底質(zhì)原位生物修復的重要類群和測試生物上[1-8]。其原理就是充分利用底棲多毛類沉積食性的生態(tài)功能及其對有機物的利用，使環(huán)境中過量積累的生源要素轉(zhuǎn)化為生物生產(chǎn)力。雙齒圍沙蠶Perinereisaibuhitensis廣泛分布于沿海灘涂。作為有機污染底質(zhì)原位生物修復類群，研究雙齒圍沙蠶對海洋沉積質(zhì)中有機污染物的吸收、轉(zhuǎn)化等生物利用特征和清除效應，可為中國典型海域富營養(yǎng)化的沉積環(huán)境生態(tài)修復研究提供依據(jù)。

氮是水環(huán)境污染的主要元素之一，又是蛋白質(zhì)的特征元素，其收支狀況與水生動物的蛋白質(zhì)代謝過程密切相關。氮收支組分包括攝食氮、糞便氮、排泄氮和累積氮。其中氮累積關系到養(yǎng)殖生物的產(chǎn)量，是水產(chǎn)養(yǎng)殖中最被關注的問題，水生動物排出的糞便氮和排泄氮對養(yǎng)殖環(huán)境會直接產(chǎn)生影響。本研究中，作者研究了雙齒圍沙蠶對飼料中氮元素的利用及其與體質(zhì)量和溫度的關系，以期為養(yǎng)殖灘涂和近岸淺海原位生物的修復提供參考，同時也為雙齒圍沙蠶的健康養(yǎng)殖模式的建立提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用雙齒圍沙蠶采自大連市莊河海域。在玻璃水族箱(70 cm×50 cm×50 cm)底部覆蓋約10 cm厚的細沙作為雙齒圍沙蠶生活的底質(zhì)。試驗用海水取自大連市黑石礁海域，經(jīng)沉淀砂濾后使用，水族箱水深30 cm。試驗期間，鹽度為31～32，保持連續(xù)充氣，并以控溫儀(HXSWT-100)調(diào)控試驗所需的水溫。

試驗飼料為山東升索漁用飼料研究中心提供的S號牙鲆配合飼料，其粗蛋白、粗脂肪、粗灰分和水分的質(zhì)量分數(shù)(除水分外均為干物質(zhì))分別為54.25%、11.06%、14.66%和6.64%。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 試驗按沙蠶體質(zhì)量(濕重)分為3組：(0.40±0.19)、(1.00±0.22)、(2.00±0.50)g，分別記為S、M和L組，將3組沙蠶分別放入鋪有底質(zhì)的玻璃水族箱中，每箱放養(yǎng)200尾，每組設置3個重復。試驗設置16、20、24 ℃ 3個溫度梯度，初始水溫為12 ℃。將雙齒圍沙蠶暫養(yǎng)7 d后，每天升溫1 ℃至試驗設置水溫，然后再讓雙齒圍沙蠶適應7 d后開始正式試驗。

1.2.2 試驗管理 試驗期間仿照海區(qū)潮汐的變化，每天6：00和17：00換水兩次，放水和加水之間干露1 h。每天早上換水前過量投喂牙鲆配合飼料，投喂量為雙齒圍沙蠶濕重的10%。

1.2.3 樣品的收集

1)糞便樣品。為提高收集糞便的效率，減少糞便營養(yǎng)成分在水中的溶失，本試驗中沙蠶糞便的收集在廣口瓶中進行。具體操作如下：從底質(zhì)中取出沙蠶，放入500 mL廣口瓶中，3～5尾/瓶，每箱放4個廣口瓶，廣口瓶在水族箱中水浴維持試驗設定溫度，待其有糞便排出立即用虹吸管收集，于65 ℃下烘干保存，待測。

2)飼料樣品。取飼料100 g在65 ℃下烘干至恒重保存，待測。

3)沙蠶樣品。取腸道已排空的雙齒圍沙蠶15尾，65 ℃下烘干保存，待測。

1.2.4 氮含量的測定 分別將沙蠶、飼料和糞便樣品研碎混勻，用元素分析儀(Pekin-Elmen 240C)分別測定樣品中的氮含量。測定結(jié)果表明：沙蠶和飼料干物質(zhì)中的氮含量分別為9.85%和8.68%；各試驗組沙蠶糞便干物質(zhì)的氮含量平均為5.06%，變異范圍為3.39%～6.88%。

1.2.5 氮攝食率的測定 雙齒圍沙蠶對飼料氮的攝食率采用劉健康[9]、王詩紅等[10]報道的間接法測定。

當水溫達到試驗溫度后，待沙蠶適應7 d開始腸道容量測定的試驗。在投喂飼料2 h后，分別從每箱挑選出4尾腸道飽滿的蟲體，放入500 mL廣口瓶中(1尾/瓶)，在水族箱中水浴維持試驗溫度，待其有糞便排出后，分別用虹吸管收集至無糞便排出。試驗過程中記錄每條沙蠶糞便完全排出所用時間t(h)。將雙齒圍沙蠶和糞便在65 ℃下烘干至恒重，分別計算單位蟲體干質(zhì)量沙蠶排出的糞便干重A(mg/g)。

雙齒圍沙蠶(按蟲體干質(zhì)量計)對氮的攝食率CN( mg/(d·g))的計算公式為

CN=24At(1-Ab)×N飼料×1000，

式中：Ab為雙齒圍沙蠶對飼料的表觀消化率(%)，具體測定參見王玲等[11]的方法；N飼料為飼料中氮的含量。

1.2.6 飼料中粗蛋白溶失率的測定 在測定雙齒圍沙蠶對氮的攝食率的同時，還需測定試驗飼料在相同條件下2 h內(nèi)粗蛋白的溶失率。水溫達到試驗溫度后，在水族箱中放入盛有50 g試驗飼料的培養(yǎng)皿2個(直徑為90 mm)，分別在1 h和2 h后取出烘干至恒重，用凱氏定氮法測定其粗蛋白的含量。

1.2.7 氮收支方程的計算 用奈氏試劑法測定氮的排泄率(UN)[12]。

氮的排糞率(FN)根據(jù)糞便中氮含量和排糞量計算得出[8]。

氮的累積率(PN)根據(jù)收支方程計算：

PN=CN-UN-FN。

2 結(jié)果

2.1 雙齒圍沙蠶對氮的攝食率

不同體質(zhì)量雙齒圍沙蠶于16、20、24 ℃下對飼料中氮的攝食率見表1。從表1可見：各體質(zhì)量組沙蠶對氮的攝食率在16 ℃時均為最低，平均為8.4 mg/(d·g)，變幅為6.6～10.5 mg/(d·g)；20 ℃時不同體質(zhì)量的沙蠶攝食率均達到最大，平均為17.0 mg/(d·g)，變幅為14.3～22.0 mg/(d·g)；當溫度升至24 ℃時，沙蠶對氮的攝食率開始降低，平均為14.5 mg/(d·g)，變幅為12.0～18.7 mg/(d·g)。

不同溫度下，沙蠶對氮的攝食率均隨體質(zhì)量的增加而降低，沙蠶對氮的攝食率大小依次為S組>M組>L組，其中，S組為10.5～22.0 mg/(d·g)；M組和L組則分別為8.0～14.7 mg/(d·g)和6.6～14.3 mg/(d·g)。

根據(jù)上述結(jié)果，以沙蠶干質(zhì)量為區(qū)組變量，溫度為分組變量，沙蠶干質(zhì)量對氮的攝食率為觀測數(shù)據(jù)變量，經(jīng)雙因素方差分析表明，溫度和體質(zhì)量對氮的攝食率的影響差異均極顯著(F=79.125，P<0.001；F=34.308，P<0.001)。

雙齒圍沙蠶在不同溫度下對飼料中氮的攝食率可用冪函數(shù)關系式表示：

CN=aWb。

式中：CN為沙蠶單位體質(zhì)量(干重)每日攝入氮的質(zhì)量( mg/(d·g))；W為沙蠶個體干質(zhì)量(g)；a的生物學意義為個體單位質(zhì)量的沙蠶對氮的攝食率，在20 ℃時最高，為10.618；b為單位體質(zhì)量氮的攝食率隨體質(zhì)量增加的降低比率，變幅為-0.2076～-0.1911。從表2可見：各溫度下雙齒圍沙蠶對氮的攝食率與體質(zhì)量之間相關關系均顯著。

表1 不同溫度下雙齒圍沙蠶對氮的攝食率、排泄率、排糞率、累積率和累積效率(平均數(shù)±標準誤,n=12)

表2 不同溫度下雙齒圍沙蠶體質(zhì)量與氮的攝食率的關系

2.2 雙齒圍沙蠶攝食氮的分配

雙齒圍沙蠶各體質(zhì)量組于不同溫度下對氮的攝食率(CN)、排泄率(FN)、排糞率(UN)和累積率(PN)如表1所示。經(jīng)雙因素方差分析，溫度對雙齒圍沙蠶氮的攝食率、排泄率、排糞率、累積率和累積效率均有顯著影響(F=79.125,P<0.001；F=5.143,P=0.013；F=48.884,P<0.001；F=135.166,P<0.001；F=434.773,P<0.001)，體質(zhì)量對雙齒圍沙蠶氮的攝食率、排泄率、排糞率、累積率和累積效率均有顯著影響(F=34.308,P<0.001；F=5.973,P=0.007；F=43.331,P<0.001；F=49.944,P<0.001；F=158.051,P<0.001)。本試驗條件下,雙齒圍沙蠶對氮的累積率平均為11.8 mg/(d·g)，在20 ℃時達到最高，S、M、L組對氮的累積率分別為20.1、13.9、13.5 mg/(d·g)；在試驗條件下，雙齒圍沙蠶對氮的累積效率(PN/CN)平均為88.99%。

2.3 雙齒圍沙蠶的氮收支方程

根據(jù)表1中雙齒圍沙蠶對氮的攝食率、排糞率、排泄率和累積率，設攝食的氮為100%，計算其它各組分比例，建立了16、20、24 ℃ 下不同體質(zhì)量組雙齒圍沙蠶對飼料中氮的收支情況(表3)。

表3 雙齒圍沙蠶的氮收支

從表3可見，在雙齒圍沙蠶攝食氮的分配中，氮的累積率所占的比例最大，氮的排糞率次之，而氮的排泄率所占的比例最小。20 ℃ 時雙齒圍沙蠶氮累積率占攝食氮的比例達到最大，S、M、L組分別為91.44%、94.44%和94.03%；排糞氮占攝食氮的比例在20 ℃ 時最小，而排泄氮的比例在20 ℃ 時則最大。在本試驗條件下，雙齒圍沙蠶的氮收支方程為100CN=88.99PN+1.58UN+9.43FN。

3 討論

3.1 溫度和體質(zhì)量對雙齒圍沙蠶氮攝食率的影響

雙齒圍沙蠶營底棲生活，屬非即時性攝食，直接測定其攝食率比較困難。作者綜合已報道的對魚類攝食率和多毛類沙蠶攝食率的研究方法[9-10]，采用間接法測定雙齒圍沙蠶的攝食率。結(jié)果表明，16～24 ℃ 時雙齒圍沙蠶對氮的攝食率為6.6～22.0 mg/(d·g)，20 ℃ 時攝食率最大，為14.3～22.0 mg/(d·g)。結(jié)合其代謝適宜溫度[12]，可以推斷本試驗條件下，20 ℃ 是雙齒圍沙蠶的最適攝食溫度。 Honda等[8]報道了0.2～0.6 g的Perinereisnuntiavallata在20 ℃ 時對日本褐牙鲆Paralichthysolivaceus糞便的攝食率為每蟲體4.9～25.7 mg/d；劉勇等[13]的研究表明，日本刺沙蠶Neanthesjaponica在17～29 ℃ 時對人工飼料中氮的攝食率為4.23～7.87 mg/(d·g)。顯然，底棲動物的攝食率與動物的種類及發(fā)育階段、餌料種類和環(huán)境條件等密切相關[14-15]，沙蠶對食物氮攝取的差異亦可能是由于種類、個體大小、食物不同所致。

在本試驗溫度范圍內(nèi)，沙蠶對飼料中氮的攝食率均隨體質(zhì)量增加而減小，兩者之間呈冪函數(shù)關系CN=aWb，其中b值變動于-0.2076～-0.1911。Cammen[16]對沙蠶Nereissuccinea攝食率的研究結(jié)果亦表明，隨著體質(zhì)量的增加，其攝食率呈下降趨勢。這種現(xiàn)象普遍存在于魚類和其它水生無脊椎動物中[16-20]。這是由于幼體的代謝強度較高、能量消耗較大、食欲相對較旺盛所致。沙蠶對氮的累積率亦反映出上述同樣規(guī)律，本試驗結(jié)果表明，在同一溫度下，隨著雙齒圍沙蠶體質(zhì)量的增加，對氮的累積率也呈下降趨勢。

3.2 溫度和體質(zhì)量對雙齒圍沙蠶氮累積的影響

氮的累積率和累積效率是衡量沙蠶對蛋白質(zhì)利用的重要指標，其變化趨勢與動物生長的變化趨勢是一致的。氮的累積率和累積效率亦受多種因素影響。溫度是影響水生動物生長的一個重要因子[13，21-22]。本試驗結(jié)果表明，20 ℃ 下各體質(zhì)量組沙蠶對氮的累積率和累積效率均高于16 ℃ 和24 ℃，說明該溫度應是雙齒圍沙蠶的最適溫度。另外，水生動物對氮的累積率還與個體大小有關[23-24]。本試驗結(jié)果表明，在同一溫度下，隨著體質(zhì)量的增加，雙齒圍沙蠶對氮的累積率呈下降趨勢。這與小個體動物生長快，對蛋白質(zhì)的需要量高有關[25-26]。

研究表明，不同種類的水生動物對氮的累積效率存在較大的差異。李軍等[27]報道，黑鯛Sparusmacrocephalus幼魚在14.8～26.8 ℃ 下攝食玉筋魚的氮累積效率為5.81%～34.20%。Du等[28]對草魚Ctenopharyngodonidella幼魚的研究表明，在22～26 ℃ 時，每天投喂體質(zhì)量1.0%～3.0%的人工飼料，草魚幼魚對氮的累積效率為16.70%～32.68%。張碩等[18]報道，20～30 ℃ 下中國對蝦攝食沙蠶的氮累積效率為18.53%～34.78%，攝食配合飼料的氮累積效率為8.47%～26.06%。然而，日本刺沙蠶Neanthesjaponica在25 ℃ 時對人工飼料氮的累積效率為65.45%[29]。Perinereisnuntiavallata在20 ℃ 時對日本褐牙鲆Paralichthysolivaceus糞便、飼料以及沙蠶飼料中氮的累積效率分別為46.3%、47.4%和53.7%[8]。本試驗中，各體質(zhì)量組雙齒圍沙蠶攝食牙鲆人工合成飼料的氮累積效率平均為88.99%(表3)。由此可見，沉積食性多毛類沙蠶較魚、蝦等水生動物具有較高的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化效率，體現(xiàn)了沙蠶這一類底棲動物在沉積環(huán)境中所具有的生物修復潛力。

3.3 雙齒圍沙蠶的氮收支方程與誤差分析

在本試驗條件下，雙齒圍沙蠶的氮收支方程為100CN=88.99PN+1.58UN+9.43FN。已有報道表明，0.2～0.6 g的Perinereisnuntiavallata在20 ℃ 時攝食日本褐牙鲆Paralichthysolivaceus糞便的氮收支方程為100CN=62.8PN+16.2UN+21.0FN[8]；1.425 g的日本刺沙蠶在鹽度為15～35時攝食人工配合飼料的氮收支方程為100CN=49.01PN+42.45UN+8.54FN[29]。由此可見，在沙蠶的氮收支方程中，生長組份均大于其它組份，代謝和糞便中氮的含量較少，這可能是與其生活環(huán)境有關。自然環(huán)境下沙蠶在淺海營底棲穴居生活，活動能力較弱，代謝水平較低；食物來源是其洞穴附近的沉積質(zhì)，而這些沉積質(zhì)中泥沙占主要成分，在長時間的環(huán)境適應下，多毛類大量吞食沉積物并增加吸收轉(zhuǎn)化效率來獲得較多的營養(yǎng)物質(zhì)，以滿足其正常的生長需要[5-6]。

比較已報道的其它沙蠶的氮收支方程，本試驗中所得的雙齒圍沙蠶對配合飼料的氮累積效率較高，這可能與試驗方法不同有關。本試驗中是用生長預算差減法測得沙蠶對飼料氮的累積效率，飼料和糞便在水中溶失，可能會高估其表觀消化率。Honda等[8]通過實測生長的方法，得到Perinereisnuntiavallata在20 ℃ 時對日本褐牙鲆的糞便的累積效率為46.3%，但通過生長預算差減法測得對牙鲆糞便的氮累積效率則為62.8%，較實測值高出16.5%。為減少試驗誤差，在本試驗中及時收集糞便，可最大程度地降低糞便中物質(zhì)的溶失。試驗飼料粗蛋白溶失率的測定結(jié)果表明，2 h內(nèi)的溶失率為1.7%～2.2%，若據(jù)此將文中數(shù)據(jù)進行校正，可降低氮累積效率0.5%左右。顯然，飼料中氮的溶失會導致雙齒圍沙蠶的累積氮偏高，但影響不大。另一方面，沙蠶在穴居生活時體表會分泌大量黏液，其表皮細胞中存在許多腺細胞已為組織學觀察所證明[30]，因此認為，沙蠶代謝物中以黏液分泌形式的含氮排泄物可能也會導致高估其氮積累效率[8]。另外，飼料中較高的蛋白含量可能會促進動物對氮的攝入，這或許也是導致其氮積累效率偏高的原因之一。

3.4 雙齒圍沙蠶在生物修復中作用的評估

近年來，如何以較低的環(huán)境成本獲得較高的水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量是海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的重要問題之一。沙蠶是典型的以沉積有機質(zhì)為營養(yǎng)的沉積食性底棲動物。一些研究表明，利用其攝食習性可以有效去除近岸養(yǎng)殖水域的有機廢物。據(jù)Honda等[8]報道，體質(zhì)量為1 000 g的牙鲆攝食配合顆粒飼料(按體質(zhì)量的1.5%)，24～96 h后排出的糞便相當于攝食量的12.7%，即1.9 g糞便，將這些糞便完全處理，需要100～150條沙蠶(按0.4～0.6 g/尾計)。由表1可見，在16～24 ℃ 條件下，雙齒圍沙蠶對氮的累積率平均為11.8 mg/(d·g)，積累效率平均為88.99%。這意味著在上述條件下，每克沙蠶平均每日可消耗沉積質(zhì)中13.30 mg氮，或每克氮可帶動生產(chǎn)約73.3 mg的沙蠶。近年來，中國海水魚類網(wǎng)箱養(yǎng)殖和淺海浮筏貝類養(yǎng)殖發(fā)展極為迅速，但海水養(yǎng)殖對沿岸水域環(huán)境及其底質(zhì)也產(chǎn)生了重大影響。據(jù)Hall等[31]報道，每生產(chǎn)1 t鮭就有92～102 kg的氮溶失到養(yǎng)殖水環(huán)境中去，其中有40%的氮以顆粒物形式輸入沉積質(zhì)(36.8～40.8 kg)，如全部被沙蠶所攝取，則每噸魚產(chǎn)生的廢棄氮可帶動生產(chǎn)212.1～236.2 kg的沙蠶。同樣的情況亦存在于許多筏式貝類養(yǎng)殖區(qū)，由濾食性貝類糞便和假糞形成的生物性沉降作用非常顯著[32-33]。研究表明，貝類養(yǎng)殖海區(qū)顆粒物質(zhì)的年平均沉降速率為278.8 g/(m2·g)，而每克顆粒物質(zhì)攜帶190.4 μg氮沉入海底，即氮的沉降速率為53 g/(m2·g)，由此，可帶動約305.52 g/m2沙蠶的生產(chǎn)。顯然，沙蠶對養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的有機殘餌中的營養(yǎng)元素具有較好的去除效果，以底棲多毛類沙蠶作為灘涂、淺海富營養(yǎng)化沉積環(huán)境的生物修復類群，可以有效地將底質(zhì)中的有機氮轉(zhuǎn)化為自身生產(chǎn)力，達到環(huán)境效益和經(jīng)濟效益的統(tǒng)一。

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