劉旭佳,黃國(guó)強(qiáng),陸 潔,彭銀輝,潘繪竹,劉永宏

(1.廣西科學(xué)院,廣西海洋科學(xué)院(廣西紅樹(shù)林中心),廣西近海海洋環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西南寧 530007;2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)海洋藥物研究院,廣西南寧 530200;3.廣西海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,廣西北海 536000;4.北部灣大學(xué)海洋學(xué)院,廣西海洋生物多樣性養(yǎng)護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西欽州 535011)

方格星蟲(chóng)(Sipunculusnudus)隸屬星蟲(chóng)動(dòng)物門(Sipuncula)[1],在我國(guó)廣西北部灣地區(qū)分布資源最多,同時(shí)也是廣西沿海灘涂養(yǎng)殖的重要物種之一,在廣西沿海的漁業(yè)經(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要地位[2-5]。方格星蟲(chóng)是一種底棲無(wú)脊椎動(dòng)物,主要以表層沉積物中有機(jī)質(zhì)、細(xì)菌和碎屑為食物來(lái)源。方格星蟲(chóng)主要通過(guò)攝食將表層有機(jī)顆粒向深層搬運(yùn)與封存[6,7]。當(dāng)大規(guī)模高密度養(yǎng)殖時(shí),可能會(huì)導(dǎo)致局部沉積物環(huán)境富營(yíng)養(yǎng)化,對(duì)區(qū)域養(yǎng)殖容量產(chǎn)生重要影響,在一定理化條件下有機(jī)質(zhì)集中分解釋放時(shí),會(huì)消耗大量氧氣,導(dǎo)致底質(zhì)和水質(zhì)環(huán)境惡化[6]。目前,對(duì)方格星蟲(chóng)的研究主要集中在繁育、營(yíng)養(yǎng)以及生態(tài)習(xí)性等方面[4,6-10],其中李俊偉等[11,12]研究了方格星蟲(chóng)擾動(dòng)對(duì)沉積物及間隙水的影響,蘇治南等[13]研究了方格星蟲(chóng)采捕過(guò)程對(duì)海草床生物群落的影響,而關(guān)于方格星蟲(chóng)不同養(yǎng)殖密度對(duì)灘涂沉積物的影響還未見(jiàn)報(bào)道。本研究通過(guò)灘涂圍隔實(shí)驗(yàn),研究方格星蟲(chóng)不同養(yǎng)殖密度對(duì)灘涂沉積物TOC和TN垂直分布的季節(jié)含量變化的影響,為評(píng)估方格星蟲(chóng)灘涂養(yǎng)殖對(duì)灘涂環(huán)境的影響提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)與時(shí)間

實(shí)驗(yàn)在方格星蟲(chóng)自然分布區(qū)域內(nèi)進(jìn)行,地點(diǎn)位于廣西北海市銀海區(qū)福成鎮(zhèn)竹林鹽場(chǎng)攔海大壩外灘涂(圖1),坐標(biāo)21°26′5.49″N, 109°16′42.78″E,時(shí)間為2015年1月至2016年1月。

圖1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)

1.2 圍隔埋設(shè)

在灘涂大潮期間,待潮水退至低潮線時(shí),將15個(gè)直徑為200 cm、高100 cm的PVC板圍隔按10 m間距埋設(shè)在沙灘上。在埋設(shè)圍隔的過(guò)程中,挖出約80 cm的沙層,將其中的方格星蟲(chóng)、沙蠶(Nereissuccinea)、雙殼貝類等大型底棲生物清除,沙層無(wú)需人工攪動(dòng)。將圍隔放置穩(wěn)妥后,用橡皮錘將圍隔敲壓至只高出沉積物10 cm,最后將沙回填。圍隔上沿用孔徑為1 cm的尼龍漁網(wǎng)覆蓋,防止大型動(dòng)物進(jìn)入(圖2)。

圖2 圍隔埋設(shè)與漁網(wǎng)覆蓋

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

方格星蟲(chóng)灘涂養(yǎng)殖圍隔實(shí)驗(yàn)共設(shè)計(jì)5個(gè)密度處理組,分別為0(空白對(duì)照)、5、10、15、20 ind./m2,每個(gè)圍隔投放方格星蟲(chóng)的數(shù)量分別為0、18、36、54、72條,方格星蟲(chóng)投放規(guī)格為(0.51±0.14) g/ind.,養(yǎng)殖1年,每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù),15個(gè)圍隔隨機(jī)分配。實(shí)驗(yàn)期間,每2個(gè)月取樣測(cè)定灘涂沉積物中總有機(jī)碳(TOC)和總氮(TN)含量。

1.4 樣品采集、處理與測(cè)定

根據(jù)潮汐漲落和天氣的實(shí)際情況,采樣日期分別為2015年1月22日、2015年3月28日、2015年5月25日、2015年8月5日、2015年10月14日、2015年12月11日和2016年1月21日。使用有機(jī)玻璃柱狀沉積物采樣器(直徑5 cm、長(zhǎng)度100 cm)進(jìn)行采樣,同時(shí)配有手柄和錘,確保取到100 cm深度的樣品。將圍隔距圓心距離等分為圓心區(qū)、中間區(qū)和邊沿區(qū),每次取樣在這3個(gè)區(qū)隨機(jī)取樣1管,100 cm柱狀沉積物按10 cm分層取樣,然后帶回實(shí)驗(yàn)室處理。

帶回實(shí)驗(yàn)室的樣品立即稱量后放入玻璃表面皿中,在70 ℃烘干至恒重,粉碎,60目過(guò)篩后裝瓶,放置干燥器中保存。測(cè)試前將樣品按需要量取出,用濃鹽酸熏蒸24 h除去無(wú)機(jī)碳,然后70 ℃烘干至恒重后保存待測(cè)。沉積物TOC和TN含量利用Perkin-Elmer 240C 元素分析儀(Perkin-Elmer Company,USA)進(jìn)行測(cè)定。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 20.0進(jìn)行單因素方差分析和Duncan′s多重比較,以P<0.05作為統(tǒng)計(jì)差異顯著標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中方格星蟲(chóng)生長(zhǎng)情況

由表1可知,10 ind./m2處理組方格星蟲(chóng)成活率和平均體質(zhì)量最大,分別為(61.1±36.1)%和(5.21±0.69) g/ind.,不同處理組間無(wú)顯著差異(P>0.05)。不同養(yǎng)殖密度處理方格星蟲(chóng)總質(zhì)量之間存在顯著差異,5 ind./m2處理組顯著低于20 ind./m2處理組(P<0.05)。

表1 不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中方格星蟲(chóng)生長(zhǎng)狀況

2.2 不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC與TN垂直分布及季節(jié)變化

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí),圍隔中灘涂沉積物在0 ind./m2養(yǎng)殖密度處理、不同深度下的TOC與TN含量如表2所示。從表2可以看出,圍隔中灘涂沉積物TOC和TN含量分布比較均勻,其中淺層TOC含量略高于深層。

表2 2015年1月22日空白對(duì)照處理圍隔中灘涂沉積物TOC和TN含量

由表3可知,方格星蟲(chóng)養(yǎng)殖2個(gè)月后,不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC含量基本呈現(xiàn)出由表層向深層增加的趨勢(shì),不同深度間TOC含量存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,而空白對(duì)照處理圍隔中灘涂沉積物TOC含量垂直分布相對(duì)較均勻。不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物在各深度下TN含量均無(wú)顯著差異,僅在30 cm深度不同養(yǎng)殖密度下存在顯著差異(P<0.05)。

表3 2015年3月28日不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC和TN含量

由表4和表5可知,隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng),在2015年5月25日和2015年8月5日,所有處理組圍隔中灘涂沉積物TOC含量基本上呈現(xiàn)出隨著深度增加而升高的趨勢(shì),且不同深度間TOC含量有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。5個(gè)養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物在不同深度下TN含量均無(wú)顯著差異(P>0.05)。

表4 2015年5月25日不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC和TN含量

表5 2015年8月5日不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC和TN含量

由表6可知,在2015年10月14日,只有10 ind./m2養(yǎng)殖密度處理的圍隔中灘涂沉積物TOC含量存在顯著差異,呈現(xiàn)出隨著深度增加而升高的趨勢(shì),其余圍隔中灘涂沉積物TOC含量隨深度增加略有上升,但差異不顯著。在30、40、60、70、80、90 cm深度下,10 ind./m2養(yǎng)殖密度處理TOC含量顯著高于5 ind./m2(P<0.05),其余處理組間差異不顯著(P>0.05)。5個(gè)養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物在不同深度下TN含量均無(wú)顯著差異(表6)。

表6 2015年10月14日不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC和TN含量

2015年12月11日,5個(gè)養(yǎng)殖密度處理下圍隔中灘涂沉積物TOC含量基本呈現(xiàn)出隨著深度增加而升高的趨勢(shì),但僅5 ind./m2和15 ind./m2養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC含量在垂直分布上未達(dá)差異顯著水平(表7)。在60 cm和100 cm深度下,不同養(yǎng)殖密度處理之間TOC含量存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。100 cm深度下,不同養(yǎng)殖密度處理之間TN含量存在顯著差異,其中20 ind./m2養(yǎng)殖密度處理圍隔灘涂沉積物中TN含量顯著高于5 ind./m2(P<0.05)。

表7 2015年12月11日不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC和TN含量

由表8可知,2016年1月21日,所有圍隔中灘涂沉積物TOC含量基本呈現(xiàn)出隨著深度增加而升高的趨勢(shì),但只有0 ind./m2和5 ind./m2養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC含量在垂直分布上達(dá)到顯著水平(P<0.05)。100 cm深度下,不同養(yǎng)殖密度處理之間圍隔中灘涂沉積物TN含量存在顯著差異,其中5、10、15、20 ind./m2養(yǎng)殖密度處理下圍隔中灘涂沉積物TN含量顯著高于0 ind./m2(P<0.05)。

整體來(lái)看,圍隔中沉積物TOC含量的垂直分布存在季節(jié)變動(dòng),5、8、10月TOC含量隨著溫度的升高在垂直分布上存在明顯差異。在2016年溫度最低的1月,10、15、20 ind./m2高養(yǎng)殖密度處理下對(duì)TOC擾動(dòng)較大,垂直分布無(wú)顯著差異。沉積物中TN含量的垂直分布與TOC明顯不同,在整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期的不同取樣時(shí)間始終保持較高的均勻性,未出現(xiàn)過(guò)隨深度增加升高或降低的現(xiàn)象。

2.3 不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC與TN平均含量的季節(jié)變化

不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC與TN平均含量的季節(jié)變化如圖3和圖4所示。從圖3可以看出,10 ind./m2養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC含量未出現(xiàn)明顯的季節(jié)差異。整體來(lái)看,所有養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC含量呈現(xiàn)“V”型季節(jié)變化規(guī)律(圖3),而TN含量呈現(xiàn)“∧”型季節(jié)變化規(guī)律(圖4)。

圖4 不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TN平均含量的季節(jié)變動(dòng)

不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC和TN的全年平均含量如圖5所示。整體上來(lái)看,空白對(duì)照處理圍隔中灘涂沉積物TOC全年平均含量高于15、20 ind./m2養(yǎng)殖密度處理,而沉積物TN全年平均含量均低于其余養(yǎng)殖密度處理。

圖5 不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC和TN的全年平均含量

3 討論

3.1 方格星蟲(chóng)不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中生長(zhǎng)情況

方格星蟲(chóng)在不同養(yǎng)殖密度下灘涂養(yǎng)殖1 a,成活率和平均體質(zhì)量未呈現(xiàn)出顯著差異,其中10 ind./m2處理的成活率與平均體質(zhì)量分別為(61.1±36.1)%和(5.21±0.69) g/ind.,略高于其余養(yǎng)殖密度處理。文雪等[6]在北海市福成鎮(zhèn)竹林村沿海灘涂進(jìn)行方格星蟲(chóng)人工養(yǎng)殖試驗(yàn),大規(guī)格苗種(體質(zhì)量0.39 g、養(yǎng)殖密度22.8 ind./m2)養(yǎng)殖423 d,成蟲(chóng)平均體質(zhì)量達(dá)到11.11 g/ind.,養(yǎng)殖成活率為74.85%。文雪等[7]在北海市合浦縣西場(chǎng)鎮(zhèn)沿海灘涂進(jìn)行小規(guī)格和大規(guī)格方格星蟲(chóng)養(yǎng)殖試驗(yàn),小規(guī)格(體質(zhì)量0.05 g,養(yǎng)殖密度30.9 ind./m2)、大規(guī)格(體質(zhì)量0.39 g,養(yǎng)殖密度22.6 ind./m2)經(jīng)過(guò)439 d養(yǎng)殖周期,平均體質(zhì)量分別為10.2、11.6 g/ind.,成活率分別為45.4%和70.3%。本研究野外實(shí)驗(yàn)放養(yǎng)的方格星蟲(chóng)苗種為大規(guī)格,養(yǎng)殖成活率與文雪等[6,7]的生產(chǎn)數(shù)據(jù)比較接近,但是實(shí)驗(yàn)結(jié)束后方格星蟲(chóng)的平均體質(zhì)量卻較低。本次野外灘涂實(shí)驗(yàn)雖然與文雪等[6]的研究屬于同一片養(yǎng)殖海區(qū),但是灘涂養(yǎng)殖容量未開(kāi)展相關(guān)研究,除了實(shí)驗(yàn)周期短100多天外,體質(zhì)量差異較大的原因還有待進(jìn)一步深入研究。結(jié)合本研究生長(zhǎng)情況和文獻(xiàn)結(jié)果推斷,廣西北海市沿海灘涂的方格星蟲(chóng)養(yǎng)殖密度可以達(dá)到20 ind./m2,其明確的養(yǎng)殖容量仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。

3.2 方格星蟲(chóng)不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC和TN含量的垂直分布

本研究中,方格星蟲(chóng)不同養(yǎng)殖密度灘涂養(yǎng)殖對(duì)圍隔中沉積物TOC含量分布有顯著影響,隨著灘涂養(yǎng)殖的進(jìn)行,TOC含量存在隨著深度增加而升高的趨勢(shì),說(shuō)明方格星蟲(chóng)生物擾動(dòng)能夠加速沉積物中TOC分層分布的出現(xiàn)。沉積物中主要是顆粒性有機(jī)碳,方格星蟲(chóng)對(duì)顆粒性有機(jī)碳造成下行遷移[11]。方格星蟲(chóng)攝食表層沉積物中的有機(jī)質(zhì),一部分有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為自身生物量,通過(guò)掘穴、排泄等活動(dòng)將表層有機(jī)質(zhì)向深層搬運(yùn)、遷移以及封存[11],這與前人研究中星蟲(chóng)類通過(guò)攝食和排泄活動(dòng)將有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)元素帶入沉積物并向沉積物深層輸送的結(jié)果一致[14-16]。本研究結(jié)果表明,15 ind./m2和20 ind./m2高養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC全年平均含量低于空白對(duì)照處理,說(shuō)明方格星蟲(chóng)是一種灘涂低碳養(yǎng)殖品種。空白對(duì)照與不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC含量出現(xiàn)季節(jié)變化規(guī)律,推測(cè)與沉積物中微生物活動(dòng)有關(guān),北海5-10月平均氣溫25-29 ℃,沉積物中微生物活躍,微生物代謝會(huì)消耗大量的有機(jī)質(zhì)。

研究表明,方格星蟲(chóng)營(yíng)穴居生活,在灘涂沉積物上會(huì)留下明顯“蟲(chóng)眼”結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)中富含氧化后的白色細(xì)沙[12],因此方格星蟲(chóng)不同養(yǎng)殖密度生理活動(dòng)會(huì)造成沉積物有機(jī)質(zhì)、含氧量等理化因子的改變,很有可能導(dǎo)致細(xì)菌群落差異。方格星蟲(chóng)鉆潛深度閾值為70 cm,90%以上的方格星蟲(chóng)潛沙深度在50 cm以內(nèi)[17]。李俊偉等[11,12]的室內(nèi)研究結(jié)果指出,方格星蟲(chóng)養(yǎng)殖區(qū)域表層(0-3 cm)和中層(3-20 cm)有機(jī)質(zhì)含量積累程度較高,方格星蟲(chóng)對(duì)表層物質(zhì)的遷移深度可達(dá)20-30 cm,這與方格星蟲(chóng)的主要活動(dòng)深度一致。不同季節(jié)的TOC含量隨著深度的增加有升高的趨勢(shì),大部分采樣月份在100 cm深度下的沉積物TOC含量明顯高于表層至40 cm深度,推測(cè)可能是隨著深度增加,方格星蟲(chóng)等大型底棲生物活動(dòng)逐漸減弱,沉積物中有機(jī)物的分解過(guò)程較慢導(dǎo)致累積。

灘涂沉積物TN含量垂直分布較均勻,基本不受方格星蟲(chóng)養(yǎng)殖的影響,可能是由于沉積物中的氮主要為溶解態(tài)的無(wú)機(jī)氮,并且實(shí)驗(yàn)灘涂為砂質(zhì)沉積物,透水性較好,對(duì)氮的吸附和保存能力要比顆粒更細(xì)的泥沙沉積物弱[18,19],其垂直分布的主要影響因素為沉積物的間隙水運(yùn)動(dòng),由于潮流的影響,使沉積物中氮與海水交換迅速[20],因而沉積物中氮含量垂直分布較均勻。本研究中方格星蟲(chóng)不同養(yǎng)殖密度處理圍隔中沉積物TN含量基本高于空白對(duì)照,可能是方格星蟲(chóng)將表層沉積物下層遷移后分解以及方格星蟲(chóng)本身的排泄活動(dòng),導(dǎo)致底層沉積物有機(jī)質(zhì)及間隙水中硝氮、氨氮等含量增加。在本研究的養(yǎng)殖密度下,方格星蟲(chóng)灘涂養(yǎng)殖會(huì)引起沉積物中TN的少量增加,但不會(huì)引起TOC和TN的明顯積累而導(dǎo)致沉積物環(huán)境惡化。

4 結(jié)論

本研究采用灘涂圍隔法探究方格星蟲(chóng)不同養(yǎng)殖密度對(duì)沉積物TOC和TN含量的影響。結(jié)果顯示,10 ind./m2養(yǎng)殖密度處理方格星蟲(chóng)成活率和規(guī)格最高,分別為(61.1±36.1)%和(5.21±0.69) g/ind.。方格星蟲(chóng)不同養(yǎng)殖密度對(duì)圍隔中灘涂沉積物TOC含量垂直分布產(chǎn)生顯著影響,而TN含量垂直分布比較均勻,15 ind./m2和20 ind./m2養(yǎng)殖密度處理圍隔中灘涂沉積物TOC的全年平均含量低于空白對(duì)照,表明方格星蟲(chóng)屬于海域?yàn)┩康吞拣B(yǎng)殖物種。本研究未測(cè)定沉積物間隙水的無(wú)機(jī)氮與有機(jī)氮含量,后續(xù)將進(jìn)一步深入研究沉積物總氮的季節(jié)變化規(guī)律,以期為方格星蟲(chóng)灘涂養(yǎng)殖容量規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。