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Carbon, nitrogen, and phosphorus budgets of bottomcultured clam Ruditapes philippinarum.

底播增殖菲律宾蛤仔碳、氮、磷收支


为从生源要素角度评价底播增殖滤食性贝类在近岸海域生态系统物质循环中所扮演的角色,本文依据在庄河海域现场研究得到的底播菲律宾蛤仔的生理生态学参数建立了其C、N、P收支方程.结果表明: 菲律宾蛤仔对碳、氮、磷的生长余力(SFGC、SFGN、SFGP)均呈现明显的季节变化,即均在春季达到最高值,而SFGC在夏季时最低,且为负值,SFGNSFGP全年均为正值,变化范围分别为-3.94~49.82 mg C·ind-1·d-1、0.72~9.49 mg N·ind-1·d-1和0.15~3.06 mg P·ind-1·d-1.菲律宾蛤仔对碳、氮、磷的生长效率季节变化显著,其对C、N、P的净生长效率基本表现为KP2> KN2> KC2.C、N、P收支方程显示,菲律宾蛤仔更趋向于对N、P的富集,即与碳元素相比,摄取的氮源及磷源大部分用于蛤仔自身的生长和繁殖.高密度、大规模底播增殖菲律宾蛤仔是庄河海域生态系统碳、氮、磷循环的重要组分,其对近岸海域生态系统生源要素循环的贡献不容忽视.

 

In order to elucidate the role of bottomcultured clams in the coastal nutrient cycle, the seasonal filtration, ingestion and biodeposition rates were in situ measured and carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) budgets of Ruditapes philippinarum among four seasons were modeled. The results showed that the scope for growth of R. philippinarum in carbon (SFGC), nitrogen (SFGN), and phosphorus (SFGP) all varied significantly among seasons, with the highest values in spring. Meanwhile, SFGC was negative in summer, SFGN and SFGP were always positive throughout the year. The seasonal variations of SFGC, SFGN and SFGP were -3.94-49.82 mg C·ind-1·d-1, 0.72-9.49 mg N·ind-1·d-1, and 0.15-3.06 mg P·ind-1·d-1, respectively. The net growth efficiencies in carbon (KC2), nitrogen (KN2), and phosphorus (KP2) also showed a distinct seasonal pattern among seasons, and ranked as KP2> KN2> KC2. The C, N, and P budgets illustrated that the R. philippinarum population relatively used more N and P than C for growth and efficiently transferred the pelagic primary production to a higher trophic level. The current study suggested that R. philippinarum bottomcultured at large scale might play a dominant role in the nutrient cycle of the coastal ecosystem and should be considered as an important ecological component in coastal areas.


全 文 :底播增殖菲律宾蛤仔碳、氮、磷收支∗
张升利1  张安国2  袁秀堂1∗∗  梁  斌1  刘述锡1
( 1国家海洋环境监测中心, 辽宁大连 116023; 2辽宁医学院畜牧兽医学院, 辽宁锦州 121001)
摘  要  为从生源要素角度评价底播增殖滤食性贝类在近岸海域生态系统物质循环中所扮
演的角色,本文依据在庄河海域现场研究得到的底播菲律宾蛤仔的生理生态学参数建立了其
C、N、P 收支方程.结果表明: 菲律宾蛤仔对碳、氮、磷的生长余力(SFGC、SFGN、SFGP)均呈现
明显的季节变化,即均在春季达到最高值,而 SFGC在夏季时最低,且为负值,SFGN及 SFGP全
年均为正值,变化范围分别为-3.94~49.82 mg C·ind-1·d-1、0.72~9.49 mg N·ind-1·d-1和
0.15~3.06 mg P·ind-1·d-1 .菲律宾蛤仔对碳、氮、磷的生长效率季节变化显著,其对 C、N、P
的净生长效率基本表现为 KP2> KN2> KC2 .C、N、P 收支方程显示,菲律宾蛤仔更趋向于对 N、P
的富集,即与碳元素相比,摄取的氮源及磷源大部分用于蛤仔自身的生长和繁殖.高密度、大
规模底播增殖菲律宾蛤仔是庄河海域生态系统碳、氮、磷循环的重要组分,其对近岸海域生态
系统生源要素循环的贡献不容忽视.
关键词  菲律宾蛤仔; 生源要素; 收支; 生长余力; 生长效率; 庄河海域
文章编号  1001-9332(2015)04-1244-09  中图分类号  P76; S967.5, S967.6  文献标识码  A
Carbon, nitrogen, and phosphorus budgets of bottom⁃cultured clam Ruditapes philippina⁃
rum. ZHANG Sheng⁃li1, ZHANG An⁃guo2, YUAN Xiu⁃tang1, LIANG Bin1, LIU Shu⁃xi1 ( 1Na⁃
tional Marine Environmental Monitoring Center, Dalian 116023, Liaoning, China; 2College of Ani⁃
mal Husbandry and Veterinary, Liaoning Medical University, Jinzhou 121001, Liaoning, China) .
⁃Chin. J. Appl. Ecol., 2015, 26(4): 1244-1252.
Abstract: In order to elucidate the role of bottom⁃cultured clams in the coastal nutrient cycle, the
seasonal filtration, ingestion and biodeposition rates were in situ measured and carbon (C), nitro⁃
gen (N) and phosphorus (P) budgets of Ruditapes philippinarum among four seasons were mod⁃
eled. The results showed that the scope for growth of R. philippinarum in carbon (SFGC), nitrogen
(SFGN), and phosphorus (SFGP) all varied significantly among seasons, with the highest values in
spring. Meanwhile, SFGC was negative in summer, SFGN and SFGP were always positive throughout
the year. The seasonal variations of SFGC, SFGN and SFGP were -3.94-49.82 mg C·ind
-1·d-1,
0.72-9.49 mg N·ind-1·d-1, and 0.15-3.06 mg P·ind-1·d-1, respectively. The net growth ef⁃
ficiencies in carbon (KC2), nitrogen (KN2), and phosphorus (KP2) also showed a distinct seasonal
pattern among seasons, and ranked as KP2> KN2> KC2 . The C, N, and P budgets illustrated that the
R. philippinarum population relatively used more N and P than C for growth and efficiently trans⁃
ferred the pelagic primary production to a higher trophic level. The current study suggested that R.
philippinarum bottom⁃cultured at large scale might play a dominant role in the nutrient cycle of the
coastal ecosystem and should be considered as an important ecological component in coastal areas.
Key words: Ruditapes philippinarum; biogenic element; budget; scope for growth; growth efficien⁃
cy; Zhuanghe coast.
∗海洋公益性行业科研专项(201305043)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: xtyuan@ nmemc.org.cn
2014⁃05⁃25收稿,2015⁃01⁃19接受.
    双壳贝类系滤水能力很强的滤食性动物,在沿
岸生态系统中的能量流动和物质循环中扮演重要角
色[1];特别是在高密度、规模化的沿岸贝类增养殖
区,双壳贝类通过滤水和摄食等生理活动,摄取海水
中的有机颗粒,加速其沉降速率,同时减少海水中的
浮游生物量.双壳贝类还可通过排泄作用将大量的
营养盐排入水体中,对浮游植物生长具有重要意义;
应 用 生 态 学 报  2015年 4月  第 26卷  第 4期                                                           
Chinese Journal of Applied Ecology, Apr. 2015, 26(4): 1244-1252
特别是无机形态的 N(NH4
+ ⁃N)和 P(PO4 3
- ⁃P)的再
循环,成为维持海洋初级生产力的重要营养盐来
源[2-4] .可以说,双壳贝类通过生物沉积及呼吸排泄
作用加速了碳、氮和磷等生源要素在水层与沉积层
的流动与交换[5-6] .
菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)是一种分
布较广的滩涂埋栖性贝类,自然群体一般栖息于渤
海、黄海、东海的潮间带中潮区至 10 m 水深的泥沙
区域,是中国北方海区滩涂的主要增殖经济贝类[7] .
庄河海域位于我国黄海北部,由于水质好,无污染,
自然条件优越,基础饵料丰富,是我国北方的滩涂贝
类养殖基地,素有“东方蚬子库”的美誉.庄河海域浅
海面积约 2.7×105 hm2,其滩涂底质以泥沙质及泥质
为主,是我国菲律宾蛤仔的主要养殖区域[8] .因此,
在庄河海域研究其主要增养殖菲律宾蛤仔的碳、氮
和磷等生源要素收支状况,对评价其在近岸海域生
态系统物质循环中的作用具有重要意义.
目前,国内外关于双壳贝类碳、氮、磷等收支的
研究报道较少,仅见于乐清湾、三门湾主要滤食性养
殖贝类———太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)、僧帽牡
蛎 (Ostrea cucullata)、泥蚶(Tegillarca granosa)、缢
蛏(Sinonovacula constricta)的碳收支状况[9]、东京湾
四角蛤蜊(Mactra veneriformis)氮收支状况[10]、贻贝
(Mytilus edulis ) [11-12]、 栉孔扇贝 ( Chlamys farre⁃
ri) [13-14]及辽东湾双台子河口四角蛤蜊 (Mactra
veneriformis)的 C、N、P 元素收支情况[15] .关于菲律
宾蛤仔的元素收支及能量收支的研究报道较少,
Nizzoli等[16]阐述了菲律宾蛤仔在其养殖生态系统
水层与沉积层之间氮、磷循环过程中所扮演的角色,
指出在氮、磷循环中大约有 6%的 N及 3%的 P 源用
于个体的生长,大部分的氮、磷以溶解态的无机态或
有机态的形式重新进入沉积物或再循环中;Han
等[17]在室内条件下研究了温度对菲律宾蛤仔能量
收支的影响;董波等[18]则研究了温度及饵料浓度对
菲律宾蛤仔能量收支及生长余力(scope for growth,
SFG)的影响,但均未见关于现场条件下菲律宾蛤仔
碳、氮、磷等生源要素收支及生长余力的研究报道.
袁秀堂等[8]于庄河海域现场测定了底播增殖蛤仔
的主要生理生态学参数,为构建碳、氮、磷等生源要
素收支和估算其生长余力提供了基础数据.本研究
作为该文的延续,利用现场测定的生理生态学参数
估算菲律宾蛤仔的 SFG,并构建现场条件下 C、N、P
等生源要素收支方程,进而对不同季节菲律宾蛤仔
的 C、N、P 元素收支和生长余力进行分析,研究结果
有助于从生源要素角度分析评价底播增殖滤食性贝
类在近岸海域生态系统的物质循环中所扮演的生态
角色,也可为该海域贝类在碳、氮、磷物质循环中的
影响及菲律宾蛤仔增养殖容量的评估提供理论
依据.
1  研究区域与研究方法
1􀆰 1  试验地点
试验地点位于我国北方著名的滩涂贝类养殖基
地———庄河海域(图 1).庄河海域滩涂底质以泥沙
质及泥质为主,以菲律宾蛤仔为主的滩涂养殖面积
约为 2.45×104 hm2,年产量超过 20 t,具有较好的代
表性和研究价值[8] .
1􀆰 2  菲律宾蛤仔生理生态参数和基础环境参数
测定
于 2008年 5月(春季)、7 月(夏季)、11 月(秋
季)和 2009 年 1 月(冬季)现场利用沉积物捕集器
和封闭式呼吸瓶进行菲律宾蛤仔生理生态学参数
(生物沉积速率、呼吸率、排泄率等)的测定,各季节
具体数值见文献[8].同时,每次试验开始和结束时
(间隔 3~5 d)分别测定试验点底层(约 6 m)的水温
及盐度(YSI 556MPS 多参数水质仪).取试验点水样
并经滤膜过滤后,用来测定水体中的总悬浮颗粒物
(total particulate matter,TPM)、颗粒有机质(particu⁃
late organic matter,POM)、颗粒有机碳(particulate or⁃
ganic carbon,POC)、颗粒有机氮(particulate organic
nitrogen,PON)、颗粒有机磷(particulate organic phos⁃
phorus,POP)及叶绿素 a(Chl a)含量,取其平均值作
为该季节试验海区各指标的背景值.用事先于 450 ℃
下灼烧过6 h并称量的GF / F滤膜(直径47 mm)
图 1  庄河海域现场试验站位(黑点)
Fig.1  Field experimental site (black dot) in Zhuanghe coast
area.
54214期                                  张升利等: 底播增殖菲律宾蛤仔碳、氮、磷收支           
4张分别过滤 1 ~ 1.5 L 水样,用蒸馏水脱盐并将滤
膜在 65 ℃条件下干燥 24 h后,称量以测定 TPM;其
中一张以传统的灰化(450 ℃,6 h)前、后的质量差
法测定 POM;一张采用 Elementar Vario Macro CHN
型元素分析仪测定 POC和 PON,分析前将滤膜放在
干燥器中用浓盐酸烟雾去除碳酸盐[19];另外 2 张以
改进的灰化法[20] 分别测定滤膜上的总磷 ( total
phosphorus,TP)和无机磷( inorganic phosphorus,IP)
含量,从而求得 POP.叶绿素 a 采用荧光法测定:将
载有样品的滤膜用 90%的丙酮溶液在低温下萃取
20 h,放置至室温后,用 Turner⁃10 荧光光度计进行
测定.
1􀆰 3  菲律宾蛤仔滤水率及摄食率的估算
根据生物沉积法的原理:IFR =Rb进行菲律宾蛤
仔生理生态学参数的测定,其中,IFR 为贝类对无机
物的过滤速率(rate of inorganic matter filtration).菲律
宾蛤仔的滤水率:CR= IFR / PIM=Rb / PIM, 其中,PIM
为贝类所过滤海水中颗粒无机物浓度(particulate in⁃
organic matter concentration).菲律宾蛤仔的生物沉积
速率(Rb)的测定方法及结果均引自袁秀堂等[8] .
菲律宾蛤仔的总滤食速率:FR =CR×TPM =Rb×
TPM / PIM, 其中,TPM为贝类所过滤海水中的总颗
粒物浓度(total particulate matter concentration).当海
水中颗粒物浓度够高以引起贝类假粪的产生时,则
滤食性贝类的摄食率:IR=FR-RR,其中,RR 为贝类
对所过滤的食物拒绝摄食的速率(rejection rate),即
贝类假粪的排出速率.因此,当颗粒物浓度很低并不
足以引起假粪的产生时,则摄食率:IR = FR.一般认
为滤食性贝类假粪产生的数量多少与饵料浓度有
关.Kuang等[21]在桑沟湾研究表明,海水中 TPM在 5
月达 17.7 mg·L-1时,栉孔扇贝仅产生很少假粪.庄
河海域 2008年 5、7、11 月以及 2009 年 2 月测得的
海水中饵料浓度都不高 (范围为 12. 08 ~ 18􀆰 76
mg·L-1,表 1),所以很少假粪产生,可以忽略不计,
因而以上得到的菲律宾蛤仔的滤食率也可以视为其
摄食速率.
菲律宾蛤仔对颗粒有机物质 C、N 及 P 的摄食
率(RI)计算公式为 RIC = Rb ×POC / (TPM -POM),
RIN =Rb×PON / (TPM-POM),RIP = Rb ×POP / (TPM-
POM).其中:TPM 为试验海域水体的总悬浮颗粒
物;POM 为颗粒有机质;POC 为颗粒有机碳;PON
为颗粒有机氮;POP为颗粒有机磷.
1􀆰 4  菲律宾蛤仔 C、N、P 排遗率的估算
菲律宾蛤仔对颗粒有机物质 C、N 及 P 的生物
沉积速率 R fe = (DtX t - DcXc) / T / N.其中:Dt为贝类
捕集器中沉积物的质量(g);Dc为对照组捕集器中
沉积物的质量( g);X t为试验贝类的捕集器所收集
沉积物的 C、N及 P 的百分含量;Xc为对照捕集器所
收集沉积物中 C、N及 P 的百分含量;T为时间(d);
N为试验用菲律宾蛤仔个数[8] .
1􀆰 5  菲律宾蛤仔 C、N、P 排泄速率的估算
菲律宾蛤仔耗氧率(Ro)、排氨率及排磷率的测
定方法及结果均引自袁秀堂等[8] .根据 1 μmol O2 =
0.85 μmol CO2,碳排泄速率 REC = 0.85×(12 / 32) ×
Ro .将排氨率及排磷率分别转化为氮排泄速率(RN)
和磷排泄速率(RP).
1􀆰 6  菲律宾蛤仔 C、N、P 收支模型
将上述相关参数转换成贝类 C、N、P 元素收支
模型[11]:IC = FC + RC + PC;IN = FN + UN + PN; IP =
FP+ UP + PP . IC为贝类摄取的有机碳量;FC为贝类
通过粪便排出的碳量;RC为贝类呼吸代谢消耗的碳
量;PC为贝类用于生长的碳量.IN为贝类摄取的有机
氮量;FN为贝类通过粪便排出的氮量;UN为贝类排
泄消耗的氮量;PN为贝类用于生长的氮量.IP为贝类
摄取的有机磷量;FP为贝类通过粪便排出的磷量;
UP为排泄消耗的磷量;PP为贝类用于生长的磷量.
1􀆰 7  菲律宾蛤仔 C、N、P 生长余力及生长效率的
估算
在测定菲律宾蛤仔对 C、N、P 的摄食、排粪、排
泄和吸收的基础上对这 3种元素的生长余力和总生
长效率及净生长效率进行计算.
本试验中,菲律宾蛤仔对 C、N、P 的生长余力
SFGC = RIC - R feC - REC, SFGN = RIN - R feN - RN,
SFGP = RIP - R feP- RP .
菲律宾蛤仔对 C、N、P 的总生长效率(K1)和净
生长效率(K2)分别为:
KC1 =[ IC-(FC+ RC)] / IC×100%,
KC2 =[ IC-(FC+ RC)] / ( IC- FC)×100%[9];
KN1 =[ IN-(FN+UN)] / IN×100%,
KN2 =[ IN-(FN+UN)] / ( IN- FN) ×100%;
KP1 =[ IP-(FP+ UP)] / IP×100%,
KP2 =[ IP-(FP+ UP)] / ( IP- FP) ×100%.
总生长率(K1)为用于生长的碳量、氮量或磷量
占摄食碳量、氮量或磷量的百分比,净生长率(K2)
为用于生长的碳量、氮量或磷量占同化碳量、氮量或
磷量的百分比.
1􀆰 8  数据统计分析
应用 SPSS 13.0软件对各个季节所得数据进行
6421                                       应  用  生  态  学  报                                      26卷
单因素方差分析和相关性分析,差异显著性采用
Duncan氏多重比较(α= 0.05).
2  结    果
2􀆰 1  试验海区环境理化特征
现场试验海区温度、盐度、叶绿素 a及总颗粒物
浓度等环境因子的变化特征如表 1 所示.试验海区
水温季节变化明显:冬季最低(0.6 ℃),夏季最高
(23.5 ℃),全年均值为 11.5 ℃ .试验海区盐度变化
范围为 30.3~32.0.叶绿素 a(Chl a)的浓度和海水中
总悬浮物浓度(TPM)的变化范围分别为 4.24 ~ 7.42
μg·L-1和 12.08 ~ 18.76 mg·L-1,全年均呈现先升
后降的趋势,即均在夏季达到最高值,且春季及冬季
时均低于年均值.颗粒有机物质 POM 含量在夏季达
到最高,秋季最低,变化范围为 1.73 ~ 3.11 mg·L-1 .
颗粒有机碳(POC)、颗粒有机氮(PON)及颗粒有机
磷(POP)含量均在秋季达到最低值,变化范围分别
为 0.41 ~ 0.53 mg·L-1、68. 10 ~ 106. 52 μg·L-1和
10􀆰 4~36.2 μg·L-1 .
2􀆰 2  菲律宾蛤仔的滤水率及摄食率
如表 2 所示,庄河海域菲律宾蛤仔的滤水率和
摄食率均呈现极显著的季节性变化(P<0.05).菲律
宾蛤仔的滤水率及摄食率均在春季达到最高值,在
夏季、秋季及冬季均较低,但季节间变化未达到显著
水平.菲律宾蛤仔对 C、N、P 等 3 种元素的摄食速率
表现为 RIC>RIN>RIP .相关分析结果显示(表 3),菲律
宾蛤仔的滤水率(CR)及摄食率(FR)与 TPM 均呈
明显的负相关关系,而与温度均无显著相关性.菲律
宾蛤仔对碳元素的摄食速率(RIC)与海水中的 POC
浓度呈显著的正相关关系,与 TPM呈极显著的负相
关关系,而与温度无显著相关性.菲律宾蛤仔对氮元
素的摄食速率(RIN)与 TPM浓度呈显著的负相关关
系,与温度、PON 浓度无显著相关性.菲律宾蛤仔对
磷元素的摄食速率(RIP)与温度、TPM 及 POP 浓度
均无显著相关关系.
2􀆰 3  菲律宾蛤仔的 C、N、P 排泄及粪便排出速率
如表 2所示,菲律宾蛤仔对海水中 C、N、P 生源
要素的粪便排出速率及排泄速率均呈现明显的季节
性变化.菲律宾蛤仔蛤仔对 C(除夏季外)、N(除秋
季外)、P 的排泄速率均低于蛤仔对 C、N、P 的粪便
排出速率.相关性分析结果显示(表 3),菲律宾蛤仔
REC及R feC与温度、POC均有显著的正相关关系,
表 1  庄河海域环境因子及海水颗粒物的季节变化
Table 1  Seasonal variation of environmental factors and water column characteristics in Zhuanghe coast area
季节
Season
水温
Temperature
( ℃)
盐度
Salinity
叶绿素 a
Chl a
( μg·L-1)
总颗粒物
TPM∗
( mg·L-1)
颗粒有机物
POM
( mg·L-1)
颗粒有机碳
POC
( mg·L-1)
颗粒有机氮
PON
( μg·L-1)
颗粒有机磷
POP
( μg·L-1)
春季 Spring 15.5 30.3 5.41 12.08 2.13 0.53 86.92 35.4
夏季 Summer 23.5 31.0 7.42 18.76 3.11 0.51 106.52 31.2
秋季 Autumn 6.4 32.0 6.87 14.20 1.73 0.41 68.10 10.4
冬季 Winter 0.6 31.8 4.24 12.12 2.69 0.50 101.17 36.2
∗样本量为 4,其他参数样本量均为 2 The sample amount was 4, while that of other parameters was 2. TPM: Total particulate matter; POM: Particulate
organic matter; POC: Particulate organic carbon; PON: Particulate organic nitrogen.
表 2  菲律宾蛤仔的滤水率、摄食率及碳、氮、磷收支参数的季节变化
Table 2  Clearance rate, ingestion rate, carbon, nitrogen, and phosphorus parameters of Ruditapes philippinarum in differ⁃
ent seasons (mean±SE)
参数
Parameter
春季
Spring
夏季
Summer
秋季
Autumn
冬季
Winter
滤水率 Clearance rate (CR, L·ind-1·d-1) 122.16±13.32b 9.33±1.57a 17.94±1.70a 22.48±1.83a
摄食率 Ingestion rate (IR, g·ind-1·d-1) 1.48±0.16b 0.18±0.03a 0.25±0.02a 0.27±0.02a
碳摄食速率 Carbon intake rate (RIC, mg·ind-1·d-1) 68.07±9.16b 5.13±1.05a 7.36±0.70a 10.89±0.84a
氮摄食速率 Nitrogen intake rate (RI N, mg·ind-1·d-1) 11.16±1.50b 1.07±0.22a 1.22±0.12a 2.28±0.19a
磷摄食速率 Phosphorus intake rate (RI P , mg·ind-1·d-1) 4.32±1.33b 0.29±0.14a 0.54±0.15a 0.81±0.20a
碳排泄速率 Carbon excretion rate (REC, mg·ind-1·d-1) 6.10±0.15c 7.47±0.16d 0.74±0.02a 0.81±0.16b
氮排泄速率 Nitrogen excretion rate (REN, mg·ind-1·d-1) 0.20±0.02c 0.05±0.16a 0.32±0.02d 0.10±0b
磷排泄速率 Phosphorus excretion rate (REP ,mg·ind-1·d-1) 0.08±0.00b 0.03±0.00a 0.02±0.00a 0.01±0.00a
粪便碳排出速率 Fecal nitrogen rate (RfeC,mg·ind-1·d-1) 12.18±1.40b 1.59±0.30a 1.18±0.14a 0.95±0.16a
粪便氮排出速率 Fecal nitrogen rate (RfeN, mg·ind-1·d-1) 1.46±0.16b 0.21±0.03a 0.18±0.04a 0.26±0.01a
粪便磷排出速率 Fecal phosphorus rate (RfeP , mg·ind-1·d-1) 1.18±0.30d 0.04±0.01a 0.16±0.03b 0.66±0.07c
同一参数不同字母表示季节间差异显著(P<0.05) Different superscripted letters for the same parameter indicated significant differences among seasons
at 0.05 level.
74214期                                  张升利等: 底播增殖菲律宾蛤仔碳、氮、磷收支           
表 3  菲律宾蛤仔生理生态学参数与环境因子的相关系数
Table 3  Correlation coefficients between physio⁃ecological parameters of Ruditapes philippinarum and some environmental
variables
参数
Parameter
水温
Temperature
(℃)
总颗粒物
TPM
( mg·L-1)
颗粒有机碳
POC
( μg·L-1)
颗粒有机氮
PON
(μg·L-1)
颗粒有机磷
POP
( μg·L-1)
滤水率 Clearance rate (CR) 0.162 -0.502 ∗∗
摄食率 Ingestion rate (IR) 0.193 -0.471∗∗
碳摄食速率 Carbon intake rate (RIC) 0.198 -0.488 ∗∗ 0.508 ∗∗
氮摄食速率 Nitrogen intake rate (RIN) 0.211 -0.450∗ -0.058
磷摄食速率 Phosphorus intake rate (RIP ) 0.149 -0.533 0.387
碳排泄速率 Carbon excretion rate (REC) 0.960∗∗ 0.742∗∗ 0.606∗∗
粪便碳排出速率 Fecal nitrogen rate (RfeC) 0.456∗ -0.021 0.525∗∗
氮排泄速率 Nitrogen excretion rate (REN) -0.656∗∗ -0.562∗∗ -0.956∗∗
粪便氮排出速率 Fecal nitrogen rate (RfeN) 0.280 -0.398∗ -0.061
磷排泄速率 Phosphorus excretion rate (REP ) 0.716∗∗ -0.152 0.231
粪便磷排出速率 Fecal phosphorus rate (RfeP ) -0.174 -0.760∗∗ 0.550
碳生长余力 Carbon scope for growth (SFGC) -0.408 -0.600∗∗ 0.424∗
氮生长余力 Nitrogen scope for growth (SFGN) 0.208 -0.447∗ 0.029
磷生长余力 Phosphorus scope for growth (SFGP ) 0.261 -0.455 0.329
∗P<0.05; ∗∗P<0.01.
REC与 TPM 呈显著的正相关关系,而 R feC与 TPM 浓
度无显著相关性.REN、R feN均与 TPM 浓度呈显著的
负相关关系;REN与温度、PON 浓度均呈显著的负相
关关系;R feN与温度、PON 浓度相关性均不显著.REP
与温度呈显著的相关关系,而与 TPM 及 POP 浓度
相关性不显著.R feP与 TPM 浓度呈显著负相关关系,
而与温度及 POP 浓度无显著相关性.
2􀆰 4  菲律宾蛤仔的 C、N、P 分配状况
由表 4可见,菲律宾蛤仔在春季、秋季及冬季时
碳收支顺序依次为生长碳>粪便碳>呼吸碳,夏季时
碳收支顺序依次为呼吸碳>粪便碳>生长碳.呼吸碳
及粪便碳的分配比例均在夏季达到最高值,生长碳
则在夏季最低,并且为负值,其他 3个季节间差异不
显著.菲律宾蛤仔摄食氮用于生理过程的各组分所
占比例依次为生长氮>粪便氮>排泄氮.其中菲律宾
蛤仔用于生长的氮所占比例在秋季达到最低值,春
季最高,但春季与夏季及冬季间差异不显著.通过粪
便排出的氮占摄食氮的比例较高(均值 17%),但 4
个季节间差异不显著.用于排泄消耗的氮占摄食氮
的比例较低(均值 10%),在秋季达到最高,其他 3
个季节均较低,并且 3个季节间差异不显著.菲律宾
蛤仔摄食磷用于生理过程的各组分所占比例依次为
生长磷>粪便磷>排泄磷.菲律宾蛤仔通过粪便排出
的磷所占比例在冬季达到最高值,在其他 3 个季节
较低,并且变化不显著.菲律宾蛤仔用于排泄消耗的
磷所占摄食磷的比例在夏季最高,冬季最低,并且季
节间变化显著.菲律宾蛤仔用于生长的磷所占比例
在冬季达到最低,仅为 16%,在春季、夏季及秋季均
超过 50%,并且 3个季节间差异不显著.
2􀆰 5  菲律宾蛤仔的 C、N、P 生长余力
如图 2 所示,菲律宾蛤仔对海水中碳元素的生
长余力(SFGC)呈现明显的季节变化,即在春季达到
最高值(49.82 mg C·ind-1·d-1),夏季时降至最
低,且为负值(-3.94 mg C·ind-1·d-1),秋季及冬
季时较低,分别为 5.44和 9.13 mg C·ind-1·d-1,且
季节间变化显著.相关性分析结果显示(表 3),菲律
宾蛤仔的 SFGC与温度无显著相关关系,与 TPM 浓
度呈显著的负相关关系,与 POC 呈显著的正相关
关系.
菲律宾蛤仔对海水中氮元素的生长余力
(SFGN)季节变化明显,即在春季时达到峰值(9.49
mg N·ind-1·d-1),秋季最低(0.72 mg N·ind-1·d-1),
夏季及冬季时均较低,且夏季、秋季及冬季间差异未
达到显著水平.菲律宾蛤仔的 SFGN与温度及 PON
浓度均无显著相关关系,但与 TPM呈显著的负相关
关系.
菲律宾蛤仔对海水中磷元素的生长余力
(SFGP)具有明显的季节变化特征,即在春季达到最
高( 3. 06 mg P · ind-1 · d-1 ),冬季最低 ( 0. 15
mg P·ind-1·d-1),夏季及秋季时均较低,分别为
0􀆰 22和 0.36 mg P·ind-1·d-1,且夏季、秋季及冬季
间差异未达到显著水平.菲律宾蛤仔的 SFGP与温
度、TPM及 POP 浓度均无显著相关性.
8421                                       应  用  生  态  学  报                                      26卷
表 4  菲律宾蛤仔摄取的碳、氮、磷元素在各生理生态过程中配给比例的季节变化
Table 4  Seasonal variations of carbon, nitrogen, and phosphorus allocation into different physio⁃ecological processes of Ru⁃
ditapes philippinarum (%)
项目
Item
春季
Spring
夏季
Summer
秋季
Autumn
冬季
Winter
粪便碳 Fecal carbon 18.3±1.4a 36.5±8.9b 18.0±3.6a 8.5±0.9a
呼吸碳 Respiration carbon 9.7±1.2a 170.9±26.2b 11.2±1.8a 7.6±0.6a
生长碳 Growth carbon 72.0±2.3b (-107.4)±31.6a 70.9±5.2b 83.9±0.6b
粪便氮 Fecal nitrogen 13.5±0.9a 22.9±4.6a 17.4±5.0a 12.3±1.2a
排泄氮 Excretion nitrogen 2.0±0.2a 5.1±0.8a 29.1±4.8b 4.8±0.4a
生长氮 Growth nitrogen 84.5±1.1b 71.9±5.0b 53.6±8.9a 82.9±1.5b
粪便磷 Fecal phosphorus 28.3±8.0a 24.4±9.6a 31.2±6.0a 83.2±11.9b
排泄磷 Excretion phosphorus 1.8±0.1b 10.6±2.9d 5.1±0.9c 0.8±0.1a
生长磷 Growth phosphorus 69.9±8.0b 63.3±10.5b 63.6±6.4b 16.0±12.0a
同行不同字母表示季节间差异显著(P<0.05) Different letters in the same row indicated significant difference among seasons at 0􀆰 05 level.
图 2  菲律宾蛤仔的碳、氮、磷元素生长余力的季节变化
Fig.2  Seasonal variations of carbon, nitrogen, and phosphorus
scopes for growth (SFG) of Ruditapes philippinarum.
同一参数不同字母表示季节间差异显著(P<0.05) Different letters for
the same parameter indicated significant differences among seasons at
0􀆰 05 level. 下同 The same below.
图 3  菲律宾蛤仔对碳、氮、磷元素总生长效率及净生长效
率的季节变化
Fig.3   Seasonal variations of total growth efficiency and net
growth efficiency of Ruditapes philippinarum.
KC1: 碳元素总生长效率 Carbon total growth efficiency; KC2:碳元素净
生长效率 Carbon net growth efficiency. KN1:氮元素总生长效率 Nitro⁃
gen total growth efficiency; KN2:氮元素净生长效率 Nitrogen net growth
efficiency. KP1:磷元素总生长效率 Phosphorus total growth efficiency;
KP2:磷元素净生长效率 Phosphorus net growth efficiency.
2􀆰 6  菲律宾蛤仔的 C、N、P 生长效率
由图 3 可知,菲律宾蛤仔对碳元素的生长效率
呈现明显的季节变化,即 KC1及 KC2均在夏季达到最
低值,且为负值,春季、秋季及冬季时均较高,但差异
不显著.除夏季外,菲律宾蛤仔的 KC1均比 KC2低,而
全年平均值相反.相关分析结果显示,菲律宾蛤仔的
KC1和 KC2与温度、TPM 均呈显著的负相关关系,与
POC浓度均无显著相关性.
菲律宾蛤仔对氮元素的生长效率 KN1及 KN2均
在秋季达到最低值,春季达到最高,夏季及冬季较
高,且夏季、秋季及冬季间差异不显著.同一季节菲
律宾蛤仔的 KN1均低于 KN2 .菲律宾蛤仔的 KN1、KN2均
与 PON呈显著的正相关关系,与温度及 TPM 均无
显著相关性.
    菲律宾蛤仔对磷元素的生长效率 KP1在冬季最
低,春季最高,但春季与夏季及秋季差异不显著;KP2
则在夏季最低,冬季最高,但冬季与春季及秋季差异
不显著.同一季节菲律宾蛤仔的 KP1均低于 KP 2 .KP1
与温度呈显著的正相关关系;KP2与温度和 TPM 呈
显著的负相关关系,与 POP 浓度无显著相关性.
菲律宾蛤仔对碳、氮、磷元素的净生长效率
(KC2、 KN2及 KP2 )年均值分别为 7. 8%、 86. 2%及
93􀆰 9%.即菲律宾蛤仔对 C、N、P 的净生长效率基本
表现为 KP2> KN2> KC2 .
3  讨    论
3􀆰 1  菲律宾蛤仔滤水率及摄食率的季节变化
温度是影响贝类的滤水率和摄食率的重要环境
因子之一.在适宜的温度范围内,其滤水率和摄食率
随温度升高而增加,超过适宜温度范围时反而下
94214期                                  张升利等: 底播增殖菲律宾蛤仔碳、氮、磷收支           
降[21-25] .Nizzoli 等[16]研究发现,菲律宾蛤仔在春季
(4月,22 ℃)时滤水率最高,为 2.8 L·g-1DM·h-1,
在夏季(25 ℃)时最低,为 1.2 L·g-1DM·h-1 .Han
等[17]指出,在 5~ 22 ℃范围内菲律宾蛤仔的滤水率
及摄食率均随温度的上升而升高.董波等[23]通过室
内研究也发现,在 9 ~ 22 ℃菲律宾蛤仔的滤水率及
摄食率均随温度的升高而增大,当温度增加到 26 ℃
时,滤水率及摄食率有所降低.本研究结果显示,菲
律宾蛤仔的滤水率及摄食率在春季达到最高值,而
夏季达到最低值,与上述其他学者的研究结果基本
一致.这主要是由于春季时庄河海域海水温度平均
为 15 ℃,菲律宾蛤仔处于比较适宜的环境,其摄食
生理活动处于较高水平,从而表现出较高的滤水率、
摄食率.夏季时,研究海域水温超出了菲律宾蛤仔生
长的适宜温度范围(16 ~ 22 ℃) [1,23],蛤仔自身需改
变体内代谢状况以适应外界环境变化,降低了摄食
器官的活力,从而导致摄食率下降.
除温度外,饵料浓度也是影响滤食性贝类生活
的重要因素.在适宜饵料浓度范围内,其滤水率和摄
食率随饵料浓度升高而增加[11,26-28] .本研究结果表
明,蛤仔的摄食率与颗粒有机物呈正相关关系,这可
能是贝类生理调节以及多种生态学因素相互作用的
结果.然而菲律宾蛤仔的滤水率及摄食率均与 TPM
呈负相关关系,原因可能是受波浪、潮流等影响,海
底有机质含量较少的沉积物再悬浮并使海水中
TPM增高,导致蛤仔滤食活动减少,进而导致其滤
水率、摄食率相应减小.这与食用鸟蛤(Cerastodem
edule)滤水率与悬浮物浓度呈明显负相关性的研究
结果[29]一致.
3􀆰 2  菲律宾蛤仔的 C、N、P 生长余力
贝类的生长余力(SFG)不仅能作为其体内能量
供需机制来反映环境因子和生理活动对其生长的瞬
间影响,而且周年试验结果证明生长余力和实际测
量的生长状况十分吻合[11] .本研究结果显示,庄河
海域菲律宾蛤仔的 SFGC、 SFGN、 SFGP 季节变化
差异显著, 其变化范围分别为 - 3. 94 ~ 49. 82
mg C·ind-1·d-1(年均值为 15.11 mg C·ind-1·d-1)、
0.72 ~ 9􀆰 49 mg N· ind-1 ·d-1 (年均值为 15. 11
mg N·ind-1·d-1)和 0.15 ~ 3.06 mg P·ind-1·d-1
(年均值为 0.95 mg P·ind-1·d-1).四十里湾一龄
栉孔扇贝的 SFGC、 SFGN、 SFGP 变化范围分别为
-0.94~10.63 mg C · ind-1 · d-1、 - 0. 33 ~ 1. 58
mg N·ind-1·d-1和-0.08~ 0.30 mg P·ind-1·d-1,
并且 SFGC、 SFGN、 SFGP 均出现季节性负值现
象[13-14] .不同贝类间特定生长余力的差异可能是由
于试验贝类种类不同以及试验海区环境条件不同所
导致.另外,本研究发现,庄河海域菲律宾蛤的 SFGC
只在夏季时为负值,其他 3个季节为正值,且 SFGN、
SFGP在 4个季节中均为正值.Han 等[17]指出在温度
为 5~25 ℃范围内,菲律宾蛤仔的 SFG均为正值,董
波等[18]则指出菲律宾蛤仔蛤仔的 SFG在 16~26 ℃
范围内为正值,只在温度较低(9 ℃)时出现负值,这
与本研究结果有所差异,试验条件及测定方法不同
可能是主要原因.
生长余力反映了贝类获取和利用能量物质的一
种平衡,其受贝类的自身和外部环境两种因素影响:
自身因素包括个体大小和繁殖时期等;环境条件包
括水温和饵料条件等[11,13-14,18,24,27,30],如饵料浓度增
高会引起摄食率的提高,导致 SFG 升高. 周毅
等[13-14]研究发现,四十里湾栉孔扇贝在夏季时的
SFGC出现负值主要与低饵料浓度有关.董波等[18]发
现,菲律宾蛤仔的生长余力随饵料浓度的增加而显
著增加.本研究结果表明,庄河海域菲律宾蛤仔的
SFGC与该海域水体中 POC呈显著的正相关关系.这
说明饵料浓度是影响该海域菲律宾蛤仔生长的重要
因素.庄河海域菲律宾蛤仔的 SFGC在夏季时为负
值,这种现象主要与该季节海水的温度有关[16] .夏
季时庄河海域水温达到最高值,超出了菲律宾蛤仔
生长的适宜温度范围,此时蛤仔会做出生理调整降
低其对有机碳源的摄食率,而此时呼吸速率却随着
温度升高而急剧增加,即要消耗较大部分的碳量来
维持自身的代谢,进而导致 SFGC在夏季时出现负
值.Han等[17]指出,菲律宾蛤仔的生长余力在 20 ℃
达到最大值,当水温达 25 ℃时 SFG 出现下降;董波
等[18]认为,菲律宾蛤仔的生长余力在 22 ℃达到最
高值,当水温达到 26 ℃时,蛤仔生长余力降低.与菲
律宾蛤仔类似,夏季较高的耗氧率致使 Chamelea
gallina 的 SFG出现下降,且为负值[19] .通过上述分
析可以看出,在温度适宜的季节(如春季),海区中
饵料浓度可能是影响菲律宾蛤仔生长的主要因子;
在饵料充足季节(如夏季),温度的变化会对蛤仔的
生长会产生较大的影响.总之,在自然海区中菲律宾
蛤仔的生长主要受到温度及饵料浓度综合作用的
影响.
3􀆰 3  菲律宾蛤仔的 C、N、P 生长效率
生长效率也是描述贝类生长的常用指标,但由
于测定条件的差别,变化较大.许多研究表明,双壳
贝类的总生长效率 K1多介于 2%~54%,净生长效率
0521                                       应  用  生  态  学  报                                      26卷
K2多介于 3%~86% [9,11,13
-14],本试验多数结果也处
在这一范围(KP2值稍有例外).Smaal 等[11]指出,贻
贝的 KC2在秋季及冬季出现负值,主要是由于该季
节饵料缺乏造成的.与上述结果有所不同,本研究结
果表明,菲律宾蛤仔对 C元素的生长效率(KC1、KC2)
在夏季时出现负值,而在冬季时均高于夏季和秋季.
这可能由于夏季时庄河海域水温最高,超出了菲律
宾蛤仔生长的适宜温度范围,菲律宾蛤仔对有机碳
源的摄食率较低,但呼吸代谢加快,耗氧率升高,导
致其摄取的有机碳源绝大部分(170.9%)通过自身
的呼吸作用被消耗掉,进而用于生长的碳源出现负
值.冬季时庄河海域海水温度较低,菲律宾蛤仔代谢
缓慢,碳呼吸消耗速率及碳粪便排出速率均降至全
年最低值,但菲律宾蛤仔对碳的摄食速率仍较高,所
以,用于呼吸消耗及生物沉积的有机碳源均较低
(7􀆰 6%、8.5%),而摄取的碳源大部分(83.9%)用于
自身的生长.
贝类的净生长效率越高,则表明其摄取的物质
中仅有少部分用于维持代谢,而大部分用于自身的
生长和繁殖[11] .本研究发现,菲律宾蛤仔对碳元素
的净生长效率 KC2年均值较低,仅为 7.8%,而对氮、
磷元素的净生长效率(KN2、KP 2)年均值则很高,分别
为 86.2%及 93.9%.即菲律宾蛤仔对 C、N、P 的净生
长效率基本表现为 KP2 > KN2 > KC2,这与贻贝[11
-12]、
栉孔扇贝[14]、四角蛤蜊[10,15]等双壳贝类基本一致,
说明贝类更趋向于对 N、P 的富集,即与碳元素相
比,其摄取的氮源及磷源大部分用于其自身生长和
繁殖.
滤食性贝类是碳、氮、磷主要生源要素循环的重
要媒介之一,在海洋生态系统元素物质循环中扮演
着重要角色.如 Nizzoli 等[16]研究发现,生产 6000 t
的菲律宾蛤仔,分别从水体中摄取约 137 t颗粒氮及
19 t颗粒磷,约 91 t 的总溶解氮及 12 t 的总溶解磷
重新进入生态系统中,且有 16 t的氮及 0.9 t的磷通
过收获的方式直接从养殖生态系统中输出.庄河海
域共有 2.45×104 hm2的菲律宾蛤仔养殖海域,其养
殖密度约为 1.01×107 ind·hm-2,生物量约为 4.32×
106 g DM·hm-2 [8] .根据上述相关参数,本研究可估
算出每年每公顷庄河海域底播增殖菲律宾蛤仔可过
滤 1.58×108 t 海水,颗粒有机物摄食量达 349.90 t,
摄取的碳、氮、磷数量分别 250.94、41.14、15.93 t,实
际用于生长的碳、氮、磷量分别为 55.71、11.92、3.49
t.而生产 1 t软体干质量的菲律宾蛤仔(以生长周期
一年计)可过滤 3.67×107 t 海水,颗粒有机物摄食量
达 81.06 t,摄取的碳、氮、磷数量分别 58.09、9.52、
3􀆰 69 t,所带出的碳、氮、磷数量分别为 12.90、2􀆰 76、
0􀆰 81 t.通过分析可以看出,规模化底播增殖菲律宾
蛤仔可能通过对海水的过滤,大量摄食及利用碳、
氮、磷等生源要素,这将会对水交换受限制海域的生
态系统能量流动和物质循环产生重要影响.因此,深
入研究养殖贝类的生理生态学将为准确评价贝类养
殖对浅海生态环境的影响及评估贝类养殖容量提供
基础数据,以保证我国近海贝类增养殖业的健康、可
持续的发展.
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作者简介  张升利,男,1983年生,硕士研究生. 主要从事海
洋生态学研究,发表论文 5 篇. E⁃mail: shenglizhang⁃000@
163.com
责任编辑  肖  红
2521                                       应  用  生  态  学  报                                      26卷