刺參(Apostichopus japonicus Selenka)養(yǎng)殖池塘人工參礁生物膜研究.pdf

1、本研究于2008年5月～2010年6月在山東榮成好當家公司刺參養(yǎng)殖池塘中，采用人工參礁現(xiàn)場掛片調(diào)查了石塊參礁生物膜群落的周年演替和季節(jié)變化;實驗研究了不同材質(zhì)、表面結(jié)構(gòu)和朝向面的參礁表面生物膜群落的發(fā)生與演替過程;采用對水泥參礁進行營養(yǎng)液浸泡的人工干預措施探索了參礁生物膜培養(yǎng)工藝、發(fā)生過程與培養(yǎng)效果，試圖加快生物膜的發(fā)生與發(fā)育，提高參礁生物膜的熟化速度;研究了浸泡處理的水泥參礁生物膜表面營養(yǎng)鹽通量的變化規(guī)律和生物膜中C、N、P生源要素的

2、變化，以此評價人工營養(yǎng)液浸泡處理參礁對池塘養(yǎng)殖環(huán)境和生物膜生源成分的影響作用，以期為我國海參池塘及海區(qū)投礁養(yǎng)殖提供參考。
　　1.刺參養(yǎng)殖池塘人工參礁附石生物周年演替與季節(jié)變化
　　通過兩個實驗，利用花崗巖石塊調(diào)查了刺參Apostichopus japonicus養(yǎng)殖池塘人工參礁表面生物膜的周年演替與季節(jié)變化。結(jié)果表明，演替實驗生物膜中共鑒定出67+種生物，季節(jié)實驗共記錄了46+種生物。兩實驗附石生物膜群落中的優(yōu)勢類群均為硅

3、藻、綠藻和螺旋蟲Spirorbis sp.。硅藻的演替過程為:6月份，卵形藻Cocconeis sp.、雙眉藻Amphora spp.和新月菱形藻Nitzschia closterium等優(yōu)勢種類在參礁表面最先定居;隨后舟形藻屬Navicula、卵形藻屬Cocconeis和菱形藻屬Nitzschia占優(yōu)勢（7-9月份）;短楔形藻Licmophora abbreviate、新月菱形藻Nitzschia closterium和針桿藻Syne

4、dra spp.在其余月份占優(yōu)勢。另外，觀察到了硅藻在秋季的大量繁殖和絲狀綠藻在夏季的爆發(fā)性生長。物種的生態(tài)指數(shù)很好地解釋了生物膜的周年演替和季節(jié)變化。在夏季和秋季觀察到生物膜的快速生長，而絲狀綠藻為夏季生物膜生物量的主要貢獻者。研究結(jié)果還表明，附石生物膜的成分通常為刺參的理想餌料，提示人工參礁表面的生物膜可以在刺參的生長季節(jié)為其提供重要的營養(yǎng)來源。
　　2.刺參養(yǎng)殖池塘不同材質(zhì)參礁生物膜的發(fā)生與演替
　　以刺參養(yǎng)殖常用的石

5、塊(ST)、水泥塊(CM)、瓦塊(TL)和PVC塊(PVC)材質(zhì)參礁作為附著基，研究了附著生物的發(fā)生與演替過程，以期為生產(chǎn)中附著基的選擇提供依據(jù)。結(jié)果表明:四種材質(zhì)的參礁生物膜中以硅藻占絕對優(yōu)勢（共30+種），菱形藻屬Nitzschia、舟形藻屬Navicula和針桿藻屬Synedra的種類最為常見，前兩者在整個實驗期間均較多出現(xiàn)，后者在第3周以后較多，CM出現(xiàn)種類最多，PVC種類最少。硅藻總數(shù)量變化表現(xiàn)出CM＞ST＞TL＞PVC的特點

6、，優(yōu)勢種螺旋蟲Spirorbis sp.以ST和TL表面附著較多。生物膜生長的時程變化規(guī)律明顯，干重生物量隨生長時間的延長而增加，以CM生長速度最快，ST次之，PVC最慢。葉綠素a含量變化與生物量指標變化趨勢相似，但實驗后期（第8周）CM和ST的含量低于另外兩種參礁，表明硅藻群落開始衰落，其藻類群落的演替速度較快于PVC和TL。四種參礁生物膜的初級生產(chǎn)力在前兩周以CM較高，第3周后ST逐漸超過CM成為最高，生物膜呼吸量與干重生物量的變化

7、是一致的。
　　3.刺參養(yǎng)殖池塘不同粗糙度參礁表面生物膜的發(fā)生與演替
　　以刺參養(yǎng)殖常用的石塊參礁作為附著基，研究了光滑面(SS)、中等粗糙面(MS)和粗糙面(RS)三種不同粗糙度表面生物膜的發(fā)生與演替過程，以期為人工參礁的選擇、設計與投放提供參考。結(jié)果表明:三種粗糙度的參礁生物膜中共發(fā)現(xiàn)藻類29+種，以硅藻占絕對優(yōu)勢（共24+種），菱形藻屬Nitzschia針桿藻屬Synedra、簇生平片藻Tabular ia fasci

8、culata和楔形藻屬Licmophora出現(xiàn)較多，前三者在整個實驗期間均較多，楔形藻屬在第6周以后出現(xiàn)。MS表面種類稍多，RS種類略少。三種表面優(yōu)勢種組成差別不大，且具有相似的演替過程。 RS表面參礁微藻總數(shù)量較多，螺旋蟲Spirorbis sp.以MS表面附著較多。三種粗糙度參礁表面微藻群落的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H'），均勻度指數(shù)(J)和優(yōu)勢度指數(shù)(D)表現(xiàn)出相似的變化趨勢，且前兩個指數(shù)的變化趨勢一致，分別在第3

9、周達最高，第6周最低，優(yōu)勢度指數(shù)(D)則正相反。根據(jù)微藻群落Bray-Curtis相似度指數(shù)的聚類分析可知，生物膜培育時間為影響群落結(jié)構(gòu)差異的主要因素，群落演替過程可以分為第1周、第2～4周、第6～8周和第12周四個階段，前6周RS和MS的相似度多數(shù)高于和SS的相似度。不同粗糙度表面的生物膜干重生物量增長速度，RS開始較快，后期SS超過RS，三種粗糙度的參礁生物膜中葉綠素a與AFDW的變化趨勢基本一致。初級生產(chǎn)力隨生物膜的發(fā)育而增加，同

10、時受到天氣影響，但三者間無明顯差異(P＞0.05)。
　　4.刺參養(yǎng)殖池塘石塊參礁不同朝向面生物膜的發(fā)生與演替
　　以刺參養(yǎng)殖常用的石塊參礁作為附著基，研究了朝陽立面(FS)、背陰立面(BS)、下水平面(DS)、上水平面(US)四種參礁朝向面生物膜的發(fā)生與演替過程，以期為人工參礁的選擇、設計與投放提供參考。結(jié)果表明:參礁四種朝向面的生物膜中共發(fā)現(xiàn)藻類30+種，以硅藻占絕對優(yōu)勢（共25+種），菱形藻屬Nitzschia、針桿藻

11、屬Synedra、簇生平片藻Tabularia fasciculata和楔形藻屬Licmophora的種類出現(xiàn)較多，前三者在整個實驗期間均較多，楔形藻屬在第6周以后出現(xiàn)。US種類顯著最多，DS表面種類顯著最少（P＜0.05），各表面的種類數(shù)具有隨培育時間而增加的趨勢。四種表面優(yōu)勢種組成有所差異，但具有類似的演替過程:長菱形藻Nitzschia longissima→裸藻Euglena sp.→新月菱形藻Nitzschia closter

12、ium→針桿藻Synedra spp.或簇生平片藻Tabularia fasciculata→楔形藻Licmophora spp.。微藻數(shù)量呈現(xiàn)US＞BS＞FS＞DS的特點，且US顯著高于BS和FS（P＜0.05），螺旋蟲Spirorbis sp.以DS和BS表面附著較多。FS、BS和US三種表面之間微藻群落的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H'），均勻度指數(shù)(J)和優(yōu)勢度指數(shù)(D)的變化趨勢相類似，DS則完全不同。根據(jù)微藻群落

13、Bray-Curtis相似度指數(shù)的聚類分析，各組表面在62.8％的相似度上可被分為5組。生物膜培育周數(shù)為影響群落結(jié)構(gòu)差異的主要因素，其次為參礁表面的朝向，DS面與其它表面相似度較低。US面的干重(DW)始終顯著高于其他表面（因池塘沉降作用），其他三面最初差異不明顯，后期BS（藻類的較快生長）和DS較高（螺旋蟲大量附著）;無灰分干重(AFDW)最初FS面稍高，后期BS＞FS＞DS;前期FS葉綠素a高，后期BS高，US面在初期較高，后期已顯

14、著低于BS面，DS面始終顯著低于其它表面（P＜0.05）。
　　5.刺參養(yǎng)殖池塘參礁生物膜人工培養(yǎng)技術(shù)研究
　　使用水泥參礁，采用不同濃度的無機、有機和混合營養(yǎng)液浸泡與池塘掛片的方法對參礁表面生物膜中藻類組成、生物量、初級生產(chǎn)力進行了測定，并探討了參礁生物膜培養(yǎng)工藝、發(fā)生過程與培養(yǎng)效果。結(jié)果表明:經(jīng)過營養(yǎng)液浸泡的參礁，其藻類群落演替速度加快，藻類數(shù)量明顯增多，特別是優(yōu)勢種類的細胞數(shù)量顯著多于對照組。生物膜的藻類群落演替，經(jīng)歷

15、了由新月細柱藻Cylindrothecaclosterium→邊緣菱形藻Nitzschia marginulata→滸苔孢子Spore of Ulva sp.→盔狀舟形藻Navicula corymbosa→滸苔Ulva sp.→針桿藻Synedra spp.的演變過程，高濃度浸泡組的參礁首先出現(xiàn)大型絲狀綠藻。各處理組參礁表面的藻類生物量有極顯著差異(P＜0.01)，生物膜的生長速度具有隨營養(yǎng)鹽濃度的增大而加快的特點，促進效果最明顯的為

16、高濃度無機培養(yǎng)液和混合培養(yǎng)液處理組，有機營養(yǎng)液的處理效果次之。第1周的生物膜中藻類較少，凈初級生產(chǎn)力為負值，估計以細菌類等異養(yǎng)生物占主體。第3周的初級生產(chǎn)力最高，此時硅藻生長達到最高峰。第4周藻類生物量與初級生產(chǎn)力開始降低。因此，通過生物膜人工強化培養(yǎng)技術(shù)，能夠促進生物膜的發(fā)生與發(fā)育，加快生物膜群落的演替速度，增加其生物量和初級生產(chǎn)力，從而提高參礁生物膜在刺參養(yǎng)殖中的餌料貢獻率。
　　6.人工處理參礁表面營養(yǎng)鹽通量與生物膜生源要素

17、初步分析
　　將有機、無機和混合營養(yǎng)液浸泡處理的水泥參礁塊投放于刺參養(yǎng)殖池塘中，采用池塘原位掛瓶的實驗方法，分別在投礁后第1、2、3、4、6周時取樣，測定了參礁表面氧氣O2與氮N、磷P的通量，以及第4、6周生物膜中總碳TC、總氮TN、總磷TP含量。結(jié)果表明:各實驗組參礁生物膜—水界面O2通量均隨參礁培養(yǎng)時間逐漸增加，且同期釋放通量均顯著高于吸收通量(P＜0.05)，即界面O2為凈釋放通量，無機（C組）和混合（D組）營養(yǎng)液浸泡參礁能

18、夠顯著增加其界面O2通量。各營養(yǎng)液浸泡組參礁生物膜—水界面N在投礁后1-2周內(nèi)釋放速度較快，且NO3-通量高于NH4+通量，D組出現(xiàn)較高的NO2-通量，各組后期多表現(xiàn)為吸收通量。P釋放速度較慢，可持續(xù)到4-6周。無機（C組）和混合（D組）營養(yǎng)液浸泡參礁能夠顯著增加其界面N、P通量。對參礁的營養(yǎng)液浸泡處理對其表面生物膜中主要的生源要素C、N、P含量變化有顯著的影響。無機營養(yǎng)液組（C組）生物膜的TC、TN和TP含量顯著高于其它各組，C∶N和