遼東灣餌料微藻粒級(jí)區(qū)劃研究

劉蘇萱，宋 倫，胡超魁，王 昆，劉 印，張明亮，董少杰

(1.大連海洋大學(xué)，遼寧 大連 116023； 2.遼寧省海洋水產(chǎn)科學(xué)研究院，遼寧省海洋生物資源與生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116023； 3.天津農(nóng)學(xué)院 水產(chǎn)學(xué)院，天津市水產(chǎn)生態(tài)及養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300384)

遼東灣是渤海最大的半封閉式海灣，是我國多種經(jīng)濟(jì)魚類、蝦類和貝類的產(chǎn)卵場、索餌場和育肥場。近些年，遼東灣增養(yǎng)殖貝類開始出現(xiàn)生長緩慢甚至不間斷死亡等現(xiàn)象，影響貝類產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1-2]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，濾食性貝類對(duì)海水中微藻粒級(jí)具有選擇性，尤其微藻豐度達(dá)到一定量時(shí)，貝類只攝食大粒級(jí)微藻，小粒級(jí)微藻多數(shù)以假糞形式排出體外[3-4]。微藻粒級(jí)結(jié)構(gòu)分析中，目前常用的葉綠素a分級(jí)法會(huì)高估大粒徑微藻的生物量[5-6]。Song等[7]利用高通量測序—分子鑒定分級(jí)技術(shù)發(fā)現(xiàn)，遼東灣春季小粒級(jí)微藻(微微型藻類)生物量占比高達(dá)46%，夏季占42%，秋季占49%，冬季占42%，而葉綠素a分級(jí)法對(duì)小粒級(jí)微藻的測算誤差最高超過了80%。以往研究貝類養(yǎng)殖容量大多利用葉綠素a含量表征餌料微藻生物量[8-10]，均高估了貝類增養(yǎng)殖區(qū)餌料供應(yīng)量。因此，研究濾食性貝類供餌力水平較為重要[11]，遼東灣海域此類研究鮮見報(bào)道。筆者采用分子鑒定分級(jí)法對(duì)遼東灣海域進(jìn)行貝類供餌力區(qū)劃研究，以期為遼東灣濾食性貝類增養(yǎng)殖區(qū)域布局和播苗量提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究海域與采樣站位

2014年在遼東灣海域網(wǎng)格化設(shè)置38個(gè)站位(圖1)，分別于5月(春)、8月(夏)、10月(秋)、12月(冬)采集真核微藻分子鑒定樣品和葉綠素a樣品。采集、保存、運(yùn)輸方法參考文獻(xiàn)[5]。

1.2 分析方法

真核微藻分子鑒定方法參考文獻(xiàn)[2]，葉綠素a樣品調(diào)查、含量檢測方法參照文獻(xiàn)[12-13]。微藻分子測序物種注釋方法參考文獻(xiàn)[14]。微藻粒級(jí)結(jié)構(gòu)分析方法參考文獻(xiàn)[15-21]。

由于大部分濾食性貝類對(duì)10 μm以上餌料微藻截留效率較高[4]，本研究中，供餌力指數(shù)(Ai)專指10 μm以上粒級(jí)微藻生物量與其占比乘積：

Ai=Bi×Ci

式中，Bi為第i站位10 μm以上粒級(jí)微藻生物量，Ci為第i站位10 μm以上粒級(jí)微藻生物量占比。

貝類養(yǎng)殖容量參照PARSONS-TAKAHASHII營養(yǎng)動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行估算[22-23]。

本研究中的小、中、大粒徑微藻粒徑大小分別為>0.22～3 μm、>3～20 μm、>20 μm。

圖1 遼東灣采樣站位示意Fig.1 Sampling station in Liaodong Bay

2 結(jié) 果

2.1 真核微藻粒級(jí)結(jié)構(gòu)

遼東灣四季微藻粒級(jí)結(jié)構(gòu)見圖2。遼東灣四季主要以小粒級(jí)微藻為主，春、夏、秋、冬季小粒級(jí)微藻生物量占比分別為(51±14)%、(43±14)%、(49±6)%、(42±4)%，中粒級(jí)微藻生物量占比分別為(29±7)%、(34±15)%、(24±5)%、(42±4)%，大粒級(jí)微藻生物量占比分別為(21±10)%、(23±13)%、(27±3)%、(17±4)%。其中：春季小粒級(jí)微藻抑食金球藻(Aureococcusanophagefferens)、細(xì)小微胞藻(Micromonaspusilla)、微擬球藻屬(Nannochloris)、葡萄藻屬(Bathycoccus)，中粒級(jí)尖尾全溝藻(Teleaulaxgracilis)、全溝藻屬(Teleaulax)、塔胞藻屬(Pyramimonas)，大粒級(jí)大洋海鏈藻(Thalassiosiraoceanica)、環(huán)溝藻屬(Gyrodinium)、裸甲藻科在整個(gè)微藻群落中優(yōu)勢度較高；夏季小粒級(jí)微擬球藻屬、細(xì)小微胞藻、葡萄藻屬、魚腥棕囊藻(Phaeocystiscordata)，中粒級(jí)凱倫藻屬(Karlodinium)、尖尾全溝藻、全溝藻屬、帽球藻屬，大粒級(jí)新角藻屬(Neoceratium)、斯氏扁甲藻(Pyrophacussteinii)在整個(gè)微藻群落中優(yōu)勢度較高；秋季小粒級(jí)隱芽藻(Geminigeracryophila)、細(xì)小微胞藻、葡萄藻屬、微擬球藻屬，中粒級(jí)短凱倫藻(Kareniabrevis)、塔胞藻屬(Pyramimonas)、尖尾全溝藻，大粒級(jí)斯氏藻屬(Scrippsiella)、裸甲藻科在整個(gè)微藻群落中優(yōu)勢度較高；冬季小粒級(jí)微球藻屬(Ostreococcus)、細(xì)小微胞藻、葡萄藻屬、黃金色鞭毛藻(Poterioochromonasmalhamensis)、微擬球藻屬，中粒級(jí)凱倫藻屬、尖尾全溝藻、全溝藻屬，大粒級(jí)環(huán)溝藻屬、斯氏藻屬在整個(gè)微藻群落中優(yōu)勢度較高；還有部分未獲注釋的類群優(yōu)勢度也較高，如共甲藻目春季優(yōu)勢度高達(dá)0.34，秋季達(dá)0.13。

小粒級(jí)微藻春、秋季生物量占比最高，夏、冬季較低；中粒級(jí)微藻夏、冬季生物量占比最高，春、秋季較低；大粒級(jí)微藻秋季生物量占比相對(duì)較高，春、夏、冬季次之。

圖2 遼東灣海域微藻粒級(jí)結(jié)構(gòu)Fig.2 Microalgal grain size composition in Liaodong Bay

2.2 餌料微藻粒級(jí)區(qū)劃

由于影響濾食性貝類餌料供應(yīng)能力不僅與大粒級(jí)微藻生物量有關(guān)，還與其在整個(gè)微藻群落中占比有關(guān)，因此本研究的供餌力指數(shù)以10 μm以上粒級(jí)微藻生物量與其粒級(jí)占比乘積表征。遼東灣各站位微藻4個(gè)季節(jié)平均供餌力指數(shù)分布見圖3，將38個(gè)站位按供餌力指數(shù)高低大致分為3組，高(綠色)、中(黃色)、低供餌力組(紅色)平均指數(shù)為：>0.23、0.10～0.23、<0.10。春、夏季供餌力最高，平均為0.32和0.31；秋、冬季較低，平均為0.08和0.05。其中遼東灣東南部的36號(hào)站位供餌力指數(shù)最高，主要是由夏季大粒級(jí)餌料大洋角管藻(Cerataulinapelagica)、新角藻屬(Neoceratium)、斯氏扁甲藻(Pyrophacussteinii)貢獻(xiàn)。

遼東灣四季供餌力區(qū)劃見圖4，春季高供餌力主要分布在遼東灣頂部及中部，夏季高供餌力主要分布在遼東灣東南側(cè)和西側(cè)覺華島海域，秋季高供餌力主要分布在遼東灣東南側(cè)和西北側(cè)錦州灣海域，冬季高供餌力主要分布在遼東灣東、西兩側(cè)海域。

圖3 各站位四季平均供餌力指數(shù)Fig.3 The average food contribution index at each station in the four seasons

圖4 遼東灣4個(gè)季節(jié)供餌力區(qū)劃示意Fig.4 Food contribution zone map in Liaodong Bay in four seasons

2.3 貝類養(yǎng)殖容量估算

濾食性貝類對(duì)10 μm以上微藻攝食效率較高[4,24]，參照PARSONS-TAKAHASHII營養(yǎng)動(dòng)態(tài)模型，分別利用總?cè)~綠素a和10 μm以上粒級(jí)微藻生物量估算養(yǎng)殖容量(圖5)。結(jié)果顯示，目前利用總?cè)~綠素a作為濾食性貝類餌料基礎(chǔ)會(huì)高估養(yǎng)殖容量4倍左右。遼東灣全海域?qū)嶋H可承載貝類容量：春季為155 g/m2、夏季為203 g/m2、秋季為48 g/m2、冬季為33 g/m2，遼東灣貝類養(yǎng)殖容量主要為春、夏季貢獻(xiàn)。

基于大粒級(jí)微藻生物量估算的各站位貝類養(yǎng)殖容量見圖6。遼東灣貝類養(yǎng)殖容量分布基本與供餌力一致，遼東灣東南部的36號(hào)站位供餌力指數(shù)最高，養(yǎng)殖容量也最大。貝類養(yǎng)殖容量較高的前10個(gè)站位中有8個(gè)處于高供餌力組，而高供餌力組中3、4、5號(hào)站位由于透明度較低，餌料總供應(yīng)量較少，導(dǎo)致貝類養(yǎng)殖容量估算較低。

圖5 遼東灣貝類養(yǎng)殖容量估算Fig.5 Estimation of shellfish culture capacity in Liaodong Bay測算.利用總?cè)~綠素a測算養(yǎng)殖容量；修正.利用大粒級(jí)微藻生物量測算養(yǎng)殖容量.Measurement.total Chl-a content is used to estimate culture capacity；correction.the biomass of microalgae of large grain size is used to estimate the culture capacity.

圖6 基于大粒級(jí)微藻生物量估算的貝類養(yǎng)殖容量Fig.6 Estimation of shellfish culture capacity based on microalgae biomass of large grain size

3 討 論

3.1 遼東灣微藻粒級(jí)結(jié)構(gòu)特征

濾食性貝類攝食餌料，一是靠黏液纖毛作用主動(dòng)篩選適口餌料，二是靠水動(dòng)力作用被動(dòng)吸收適口餌料，大部分貝類對(duì)微型微藻濾食效率較高，對(duì)微微型微藻濾食效率最低[4]。研究發(fā)現(xiàn)，長牡蠣(Crassostreagigas)、櫛孔扇貝(Azumapectenfarreri)和厚殼貽貝(Mytiluscoruscus)的截留效率隨著餌料粒徑的增大而逐漸增加。櫛孔扇貝對(duì)小粒徑顆粒物的截留效率較低，夏季對(duì)2 μm的截留效率僅為9.60%，長牡蠣和厚殼貽貝截留效率相對(duì)高些[24]。遼東灣海域主要增養(yǎng)殖對(duì)象為菲律賓蛤仔(Ruditapesphilippinarum)、四角蛤蜊(Mactraveneriformis)、文蛤(Meretrixmeretrix)、海灣扇貝(Argopectenirradias)、紫貽貝(M.galloprovincialis)、大竹蟶(Solengrandis)、毛蚶(Scapharcasubcrenata)等貝類，對(duì)餌料微藻需求量較大，但遼東灣海水營養(yǎng)鹽含量已呈下降趨勢，對(duì)微藻生物量及粒級(jí)結(jié)構(gòu)會(huì)有較大影響[7,25-28]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，遼東灣4個(gè)季節(jié)微藻群落以微微型微藻(<3 μm)為主，其生物量在各季節(jié)占比均超過40%，對(duì)貝類增養(yǎng)殖業(yè)潛在影響較大。小粒級(jí)微藻優(yōu)勢種抑食金球藻、細(xì)小微胞藻、微擬球藻屬、葡萄藻屬、魚腥棕囊藻、隱芽藻、微球藻屬、黃金色鞭毛藻也是近幾年來通過分子鑒定法新檢出的種類[29]，尤其抑食金球藻已被報(bào)道對(duì)貝類增養(yǎng)殖影響巨大。2009年開始連續(xù)多年在遼東灣西部海域暴發(fā)抑食金球藻褐潮，導(dǎo)致海灣扇貝大規(guī)模滯長與死亡，造成直接經(jīng)濟(jì)損失上億元[30-31]。研究發(fā)現(xiàn)：遼東灣抑食金球藻春季密度最高，平均值為7.743×103個(gè)/L，夏季密度平均值為2.094×103個(gè)/L，秋季密度平均值為0.392×103個(gè)/L，冬季密度平均值為0.053×103個(gè)/L；抑食金球藻在整個(gè)微藻群落中春季優(yōu)勢度占7.92%，夏季優(yōu)勢度占0.26%，秋季優(yōu)勢度占0.55%，冬季優(yōu)勢度占0.28%[2]。該藻占據(jù)較高的生態(tài)位，直接影響濾食性貝類供餌力水平，因此應(yīng)高度關(guān)注小粒級(jí)微藻的生態(tài)影響。

3.2 遼東灣貝類餌料微藻供餌力

有關(guān)天然海域貝類供餌力研究[32]不多，主要原因是以往微藻粒級(jí)測定方法不夠精確，而微藻分子鑒定方法的建立，解決了微藻粒級(jí)結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)測算的問題[15-17]?；诖?，宋倫等[31]采用高通量測序—分子鑒定分級(jí)技術(shù)對(duì)遼東灣和大長山島海域微藻粒級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，修正了以葉綠素a分級(jí)法測算微藻粒級(jí)結(jié)構(gòu)的誤差，為貝類餌料微藻供餌力研究奠定了基礎(chǔ)。其分子鑒定分級(jí)法修正結(jié)果顯示，遼東灣4個(gè)季節(jié)微微型浮游植物占有絕對(duì)優(yōu)勢(超過40%)，其次是微型浮游植物，兩者葉綠素a對(duì)總?cè)~綠素a的平均貢獻(xiàn)率超過75%，相反，粒徑較大的小型浮游植物總生物量貢獻(xiàn)率始終最低，春、夏、秋、冬季分別為25%、24%、27%、17%[31]。葉綠素a分級(jí)法測算結(jié)果為：微型浮游植物的組成最高，微微型浮游植物的組成最低，測算誤差最高超過了80%[5,7]。本研究結(jié)果顯示，遼東灣貝類餌料供餌力主要由春、夏季貢獻(xiàn)，但貢獻(xiàn)區(qū)域有所更替，春季高供餌力區(qū)域主要分布在遼東灣頂部及中部，夏季高供餌力區(qū)域主要分布在遼東灣東南側(cè)和西側(cè)海域，造成供餌力站位差異及季節(jié)演變的主要原因是大粒級(jí)微藻生物量的時(shí)空波動(dòng)及優(yōu)勢種的季節(jié)演替。當(dāng)然，濾食性貝類也并不是單純攝食微藻，同時(shí)也會(huì)濾食有機(jī)碎屑、鞭毛蟲、纖毛蟲等[4]，養(yǎng)殖容量模型也在不斷優(yōu)化與完善，希望更多學(xué)者關(guān)注自然海域?yàn)V食性貝類的供餌力研究。

4 結(jié) 論

(1)遼東灣4個(gè)季節(jié)主要以小粒級(jí)微藻為主，春、夏、秋、冬小粒級(jí)微藻生物量占比分別為(51±14)%、(43±14)%、(49±6)%、(42±4)%，中粒級(jí)微藻生物量占比分別為(29±7)%、(34±15)%、(24±5)%、(42±4)%，大粒級(jí)微藻生物量占比分別為(21±10)%、(23±13)%、(27±3)%、(17±4)%。抑食金球藻、細(xì)小微胞藻、微擬球藻屬、葡萄藻屬、魚腥棕囊藻、隱芽藻、微球藻屬、黃金色鞭毛藻在小粒級(jí)微藻中占有優(yōu)勢。

(2)遼東灣貝類養(yǎng)殖區(qū)春季高供餌力區(qū)域主要為遼東灣頂部及中部，夏季高供餌力區(qū)域主要為遼東灣東南側(cè)和西側(cè)覺華島海域，秋季高供餌力區(qū)域主要為遼東灣東南側(cè)和西北側(cè)錦州灣海域，冬季高供餌力區(qū)域主要為遼東灣東、西兩側(cè)海域。

(3)遼東灣全海域?qū)嶋H可承載貝類容量：春季為155 g/m2、夏季為203 g/m2、秋季為48 g/m2、冬季為33 g/m2，遼東灣春、夏季貝類養(yǎng)殖容量較高。