En genomströmmande enhet för att använda metoden biodeposition för att kvantifiera filtrering och utfodring beteende av tvåskaliga mollusker ändrades för ombordanställda användning. En tvådimensionell gimbal tabell byggt runt enheten isolerar apparaten från båt rörelse, vilket innebär att exakt kvantifiering av tvåskaliga filtrering variabler på offshore skaldjur vattenbruksanläggningar.
Som skaldjur vattenbruk flyttar från kustnära embayments och flodmynningar till offshore platser, innebär behovet av att kvantifiera Ekosystemens samverkan av odlade musslor (dvs, musslor, ostron och musslor) nya utmaningar. Kvantitativa uppgifter om beteendet utfodring med fjädring-utfodring mollusker är nödvändigt att fastställa viktiga ekosystem interaktioner av offshore skaldjur gårdar, inklusive deras bärförmåga, konkurrensen med djurplankton gemenskapen, den tillgänglighet av trofiska resurser på olika djup, och nedfall till benthos. Metoden biodeposition används till att kvantifiera utfodring variabler i suspension-utfodring musslor i en naturlig miljö och representerar en mer realistisk proxy än laboratorieexperiment. Denna metod är dock beroende av en stabil plattform att tillfredsställa de krav som vatten flöden som levereras till skaldjur förbli konstanta och musslor är opåverkade. En genomströmmande enhet och processen för att använda metoden biodeposition för att kvantifiera utfodring av tvåskaliga blötdjur ändrades från en land-baserat format för ombordanställda användning genom att bygga en tvådimensionell gimbal tabell runt enheten. Planimeter data avslöja en minimal pitch och yaw av avdelningar innehållande test skaldjur trots båt rörelse, flödesområde inom kamrarna förblir konstanta och operatörer har möjlighet att samla in biodeposits (avföring och pseudofeces) med tillräcklig konsekvens att få noggranna mätningar av tvåskaliga clearance, filtrering, urval, förtäring, avvisande och absorption vid offshore skaldjur vattenbruksanläggningar.
Wild-capture fiske minskar i världen1. Följaktligen måste den framtida tillväxten i skaldjur leverans komma från en utvidgning av vattenbruk. Vattenbruksproduktion av fisk och skaldjur har varit växer och kommer att fortsätta att växa snabbt genom 2025, att göra vattenlevande jordbruk den snabbast ökande mat produktion system2. Odling av suspension-utfodring tvåskaliga blötdjur (musslor, ostron, pilgrimsmusslor och musslor) anses vara bland de mest miljövänliga godartade formerna av vattenbruk, eftersom dessa organismer kräver ingen ytterligare utfodring men, istället skaffa näring från naturlig växtplankton roll produktion och överföring ekologiska för bentiska organismer3,4. Skaldjur vattenbruk är faktiskt betraktas som ett legitimt verktyg att förbättra vattenkvaliteten och trofiska struktur i eutrofierade flodmynningar5,6. Trots generellt gynnsamma utsikterna för utbyggnaden av skaldjur vattenbruk i kustnära embayments och flodmynningar intresserar konflikter med andra kustnära hav som kommersiella och fritidsfiske, fritidsaktiviteter och estetiska lust av kustnära markägare-samhälleliga begränsningar aggregerade under benämna ”sociala bärförmåga”-har lett till att vissa att se till ”öppet hav” för en storskalig utbyggnad av skaldjursodlingen7.
Flytta skaldjur jordbruk offshore, i öppet vatten, erbjuder stor potential för skaldjur vattenbruk utbyggnad men presenterar också oerhörda utmaningar att organismerna i oceaniska ekosystem8. Första, mest odlad, suspension-utfodring tvåskaliga arter är brackvattenlevande organismer som har utvecklats i miljöer som skiljer sig på många sätt från det öppna hav ekosystem9. Säsongsbetonade och dagaktiva tidsmässiga variationer i salthalt, temperatur, och vattenkemi och intensiv biologiska aktivitet stimuleras av hög och rörliga näringsämnen tillgängligheten i kustvatten har valt för beteendemässiga och fysiologiska egenskaper i musslor, ostron, pilgrimsmusslor och musslor som kan ge liten nytta i den relativt konstant, späd ocean miljö10. Musslor är kända för att bemöta dessa miljöförändringar genom att reglera deras filtrering att utnyttja perioder av god vattenkvalitet och för att optimera deras mat förvärv11,12. I en mer konstant miljö, exempelvis öppet vatten, är det oklart om musslor kommer att reglera deras pumpning och filtrering priser effektivt för att upprätthålla en positiv energibalans för snabb tillväxt. Den andra utmaningen offshore skaldjur jordbruk är också relaterad till relativt låga seston mat tillgängligheten i havet. Med växtplankton densiteter är mycket lägre offshore än i flodmynningar, kommer de tvåskaliga arterna för närvarande odlas framgångsrikt i flodmynningar hitta tillräckligt att äta för att behålla både metabolism och tillväxt? Nuvarande praxis anställa linjer, resultera Strumpor, burar eller andra bilagor att hålla skaldjur i flodmynningar i tredimensionella filter som kan tömma växtplankton lokalt även i eutrofierade, kustnära vatten13,14. Antaganden om kultur gear design, beläggningsgraden, avståndet mellan linjerna, och grödan cykeltid kan behöva omprövas i det öppna havet att hantera både produktion bärförmåga gården och det marina ekosystemet på lokala ekologiska bärförmåga 15 , 16. intensiv skaldjur jordbruk som praktiseras nearshore kan behöva ändras för att vara kompatibla med utspädd miljön i havet.
För att avancera vår förståelse av hur kustnära skaldjur jordbruk metoder kan behöva ändras för att lyckas offshore, kvantitativa uppgifter om hur skaldjur interagerar med den närvarande i seston föreslog offshore platser eftersom potentiella gård platser är viktiga. Ett antal tekniker för att kvantifiera filtrering, clearance, förtäring, avvisande och absorptionen av partiklar av suspension-utfodring tvåskaliga blötdjur har varit utvecklade17,18. Några av dessa metoder har optimerats för att upptäcka variationer på mycket korta tidsskalor, valet mellan olika partikel typer eller fysiologiska reaktioner till olika miljömässiga variationer19,20,21 . Nyligen, förbättringar av s.k. biodeposition metoden har lett till godtagandet av denna metod som ett legitimt verktyg att kvantifiera de flesta viktiga filtrering och utfodring variabler i musslor, ostron och musslor17,22 .
Biodeposition metoden i allmänhet använder en mass-balans strategi, med oorganiska seston komponenten som ett spårämne, att kvantifiera delningen av enskilda skaldjur av organiska och oorganiska seston komponenter till proportioner som fångas, Förkastat, förtäring, och absorberas över en tidsskala timmar17. För detta tillvägagångssätt är korrekt, är det kritiskt viktigt att vatten flödesvärden levereras till enskilda skaldjur är konstant och just kända och att skaldjuren inte är störda fysiskt så att de behåller sin konstant filtrering beteende. Det är också nödvändigt att synkronisera insamling av vatten prover på tiden av tvåskaliga intag med avföring provtagning som framställts efter matsmältningen (dvs., egestion). Dessa två processer (förtäring och egestion) uppvägs av hur lång tid det tar för en partiklar till transitering genom de tvåskaliga gut. Tarmen transit tid representerar tid som förflutit mellan intag av mat och frisläppandet av osmält material i form av avföring. Ytterligare, från en praktisk synvinkel, biodeposits behöver samlas kvantitativt av forskaren innan de är uppdelade av vatten rörelse. Av dessa skäl, apparater och förfaranden för att kvantifiera tvåskaliga filtrering med metoden biodeposition begränsats till mycket nearshore platser där en stabil plattform-torra land eller en fast brygga-är nära nog att skaldjur befolkningen undersökt. Att biodeposition metoden kan användas för offshore, var det nödvändigt att hitta ett sätt att uppfylla krav som metoden för en stabil plattform ombord på en båt.
Århundraden sedan, framkallade sjömän som försöker lösa samma grundläggande problemet med hur man isolera ombordanställda artiklar från fartygets rörelse gimbal. En gimbal introducerar en eller flera svänger mellan plattformen bifogas fartyget och artikeln isoleras, så att isolerade artikeln att svara mer på allvar än att fartygets rörelse. Vi anställda kanske de enklaste gimbal design-pin pivoterna 90 ° vinklar-i utformningen av en apparat från det som rapporterats av Galimany och medarbetare22. I det föreliggande betänkandet, effektiv funktion av apparaten är validerad genom att mäta: 1) förslaget till tabellen med skaldjur kammare jämfört med förslaget båt, 2) konsekvens av flödesvärden genom 20 replikera kamrarna samtidigt till sjöss, och 3) filtrering data från musslor testas vid tre offshore platser ombord på tre olika fartyg.
Olika metoder har använts för att studera filtrering och utfodring av musslor i både laboratoriet och fältet. Mätningar som görs när du använder naturliga seston kommer att ge utfodring priser mest liknar dem i den naturliga miljö24. Befintliga bärbara utfodring enheter för mäta musslor utfodring25,26 är beroende av en stabil plattform, exempelvis mark eller en fast dock; Således, kvantifiera tvåskaliga filtrering och utfodring i fältet, hittills begränsats till mycket kustnära vatten. Den nya apparater och metod presenteras här representerar ett tillförlitligt verktyg för att kvantifiera utfodring prestanda för musslor i offshore vatten där samspelet mellan musslor och miljön har tidigare beskrivits dåligt.
De kritiska steg inom offshore tillämpningen av metoden biodeposition är följande: (1) luftningen av huvudet tanken och kalibrering av flöden över alla utfodring chambers säkerställa en även partikel fördelning till musslor; (2) en noggrann bestämning av experimentella gut transittiden före samlingen av biodeposits; (3) identifiering, separation och komplett samling av alla avföring och pseudofeces som produceras av musslor, inklusive insamling av tillräckligt biodeposits att överskrida detektionsgränsen för organiska och oorganiska partiklar. Höga flöden är nödvändiga för att undvika vatten recirkulation i utfodring kamrarna, vilket kan öka fenomenet mat koncentration nedsättning på grund av refiltration18,25,27,28.
Korrekt identifiering och separation av avföring och pseudofeces kan vara utmanande i offshore miljöer. Insamling av avföring och pseudofeces i Massachusetts vatten har sannolikt påverkats av sjögång under den sista timmen av mätningen. Mätningar med hjälp av denna metod kommer att begränsas av tillståndet i havet, som påverkar möjligheten för plockare att separera renlig och noggrant skilja mellan avföring, pseudofeces och andra partiklar material (dvs., silt eller partiklar) deponeras i utfodring kamrarna. Detta experimentella problem kan observeras i den resulterande data, där organiskt material för pseudofeces har en större variabilitet i resultaten från Massachusetts än från de andra två platserna (figur 7).
Platser med mycket låga partiklar, såsom Kalifornien, kommer att presentera en analytisk utmaning, eftersom de partiklar som samlas in i detta experiment var mycket nära detektionsgränsen, även om 2 L vatten filtrerades för varje vattenprov. Metoden för kvantifiering av organiska och oorganiska bidragen till den totala partiklar är baserad på massbalans; Således, små analytiska fel nära detektionsgränsen kan resultera i fysiologiskt omöjligt skaldjur utfodring resultat, såsom negativa avvisande eller clearance priser. Uppgifter som härrör från denna typ av fel, och en lämplig korrigering, illustreras i figur 8, som tomter det genomsnittliga värdet för Uppklarningsprocenten, andelen filtrering och absorptionshastigheten från California experiment. Kvantiteterna som avföring var så små i detta läge att några var misstas för pseudofeces av biodeposit plockarna. De mycket små mängderna av ”pseudofeces” samlas in var extremt nära detektionsgränsen viktprocent, och resulterande data gett negativa skaldjur filtrering och utfodring data för flera replikat, som är fysiologiskt omöjligt och därmed uppenbart felaktigt. Partiklar nära detektionsgränsen gav också en hög variabilitet övergripande för denna mätning. Dessa resultat kan orsakas av ett fel i de vägningsfilter men mer troligt, var på grund av felaktig identifiering av pseudofeces. Den sistnämnda möjligheten stöddes ytterligare av observationen att den totala vatten-partiklar var för lågt för att utlösa pseudofeces produktion22,23. Uppgifterna har korrigerats genom att kasta den felaktiga pseudofeces data och bara beräkna förtäring vägen (figur 8).
Apparaten för att kvantifiera tvåskaliga suspension utfodring med metoden biodeposition ombord på en båt kan ändras och anpassas till flera tvåskaliga arter. Storleken på de matande kamrarna kan variera något för att rymma bredare eller smalare tvåskaliga skal. Det är viktigt att notera, att ändra måtten på utfodring kamrarna från de som beskrivs här kräver dock att den jämn fördelningen över utfodring kamrarna är etablerad innan eventuella mätningar. Volymen vatten som filtreras bör justeras baserat på de lokala förhållandena. Låg-seston miljöer såsom Kalifornien kräver en större mängd vatten filtreras för att överskrida detektionsgränsen för vikt-baserad analys. Samtidigt, om för mycket vatten filtreras, sedan filtren täppa och torktiden (inte temperatur) i ugnen behöver ökas. Likaså kan biodeposit samlingen behöva förlängas i låg-seston miljöer att samla tillräckligt med material för att överstiga den analytiska detektionsgränsen. En annan indikator på en problematisk biodeposit samling är det relativa organiskt innehållet av vatten vs pseudofeces och avföring. Avföring och pseudofeces får inte innehålla en betydligt större andel av organiskt material än vattnet. de är en produkt av de filtrerade och bearbetade partiklarna från vattnet. Under vissa förhållanden, kan organiskt material för biodeposits vara något större än vattnet på grund av organiska investeringen som musslor gör att bearbeta matrester; dock denna investering, som mest ger en mindre ökning i avföring organiskt material. Andelen organiskt material redovisas här är långt över den procentsats som kunde hänföras till metabola fekal förlust. Pseudofeces proverna från Massachusetts illustrera detta potentiella problem. Organiskt material för pseudofeces var ganska variabel, som nämnts ovan, men några av replikat gav organiskt innehåll som kraftigt överstigit de motsvarande vattenprover. Det är möjligt att under de tunga haven sista timme i samlingen biodeposit, pseudofeces kombinerades med exogena organiskt material, som konstgjort förhöjda halten organiskt och fysiologiskt omöjligt resultat (figur 7) . Om sjögången stater är en sannolik möjlighet i framtiden tillämpningar av denna metod, tillägg av fler replikat genom ytterligare chambers rekommenderas.
En begränsning i metoden är att denna apparat är avsedd att kvantifiera utfodring av vuxna individer. Korrekt och komplett insamling av avföring och pseudofeces från tvåskaliga frö är svårt på grund av den lilla storleken på (pseudo) avföring och skulle kräva mycket längre experiment att erhålla tillräckligt material för att överstiga den analytiska detektionsgränsen. Om små individer som används, kan flera poolas i den ena kammaren att öka graden av avföring och pseudofeces produktion per kammare. Alternativt kan enheterna omformas med mycket mindre experimentell kammare. Väder- och sjöförhållanden staten kan också vara viktiga begränsningar, eftersom dessa kommer att påverka noggrannheten av biodeposit provsamlingen. Extrema temperaturer och regn kan minska antalet tvåskaliga replikat som foder. Djupet där vatten pumpar distribueras kan varieras mellan experiment för att säkerställa den seston används i experiment återspeglar den typiska djup där tvåskaliga odling sker seston. Trots dessa potentiella begränsningar erbjuder metoden en unik möjlighet att studera filtrering och utfodring av musslor under naturliga förhållanden, med naturliga seston, i motsats till simulerade villkoren i laboratoriet. De data som genereras är mycket mer realistiskt än laboratorieexperiment och mer benägna att återspegla utförandet av musslor på plats av intresse. Den nya metoden att utföra ombordanställda mätningar kraftigt expanderar potentiella geografiska omfattning.
Det växande intresset för offshore mussla vattenbruk presenterar en idealisk användargrupp för framtida tillämpningar av denna metod. Intressenter som är intresserade av att optimera placeringen av nya offshore vattenbruk operationer kan använda denna metod för att undersöka tvåskaliga prestanda på föreslagna platser. Ett exempel på ett program som planeras är att testa hypoteser om optimala djupet för en blå-mussla suspension kultur i kustvattnen utanför södra New England (Mizuta och Wikfors, i review).
The authors have nothing to disclose.
Författarna vill erkänna NEFSC och NOAA fiske Service Office av vattenbruk för finansiering. Författarna är tacksamma att deras akademiska och industriella partners, Scott Lindell, Research Specialist vid Woods Hole Oceanographic Institute, och Phil Cruver, CEO av Catalina Sea Ranch, som arrangerade och tillgång till offshore mussla växande områden. Arbetet hade inte varit möjligt utan de följande arbetsplattformar; R/V Captain Jack ägs av Catalina Sea Ranch, R/V Gemma ägs och förvaltas av den marinbiologiska laboratorium, och de R/V Victor Loosanoff drivs av NOAA fiske, nordost fiske Science Center. Vi tackar också båt kaptenerna Jim Cvitanovich och Bill Klim för sin kompetens. Werner Schreiner gav sin tekniska expertis i utforma och tillverka de ramar, gimbal tabell och ballast tank, head tank och experimentell kammare.
GF/C glass microfibre filters | Whatman | 1822-025 | 25 mm diameter circles |
Submersible Utility Pump | Utilitech | PPSU33 | 1/3 HP |
Filtration manifold | Sterlitech | 313400 | 3-place manifold, PVC |
Filter forceps | Millipore | XX6200006P | |
Filter funnel | Ace Glass | D140942 | 300 ml; glass |
Frit support | Fisher Scientific | 09-753-14 | 25mm diameter; glass |
Vacuum Filter Holders | Fisher Scientific | 09-753-4 | For 25mm filter funnels and frit supports |
Drying Oven | Fisher Scientific | 15-103-0503 | Gravity convection |
Box Furnace Oven | ThermoFisher Scientific | BF51794C | |
Ammonium formate | Fisher Scientific | A666-500 | |
Tetraselmis sp. | National Center for Marine Algae and Microbiota | 119 strains of Tetraselmis sp. are available for sale by NCMA, and specific strain should be selected based on temperature of planned experiments. As such, we have not recommended a specific catalog number here. | |
Glass petri dish | Fisher Scientific | 08-747A | 60 mm diameter |