Summary
En gennemstrømnings-enhed for at bruge metoden biodeposition til at kvantificere filtrering og fodring adfærd af toskallede bløddyr blev ændret til bord brug. En to-dimensionel kardan tabel bygget op omkring enheden isolerer apparater fra båd bevægelse, hvorved nøjagtig kvantificering af toskallede filtrering variabler på offshore skaldyr akvakulturanlæg.
Abstract
Skaldyr akvakultur bevæger sig fra kystnære embayments og flodmundinger til offshore steder, præsenterer er nødvendigheden at kvantificere økosystem vekselvirkninger mellem opdrættede muslinger (dvs., muslinger, østers og muslinger) nye udfordringer. Kvantitative data om suspension-fodring bløddyr fodring adfærd er nødvendigt at fastlægge vigtige økosystem interaktioner af offshore skaldyr gårde, herunder deres bæreevne, konkurrence med Fællesskabets zooplankton den tilgængeligheden af trofiske ressourcer på forskellige dybder og deposition til benthos. Metoden biodeposition bruges til at kvantificere fodring variabler i suspension-fodring muslinger i naturlige omgivelser og repræsenterer en mere realistisk proxy end laboratorieforsøg. Denne metode er dog afhængig af en stabil platform til at opfylde de krav, som vand flow priser leveret til skaldyr forbliver konstante og muslinger er uforstyrret. En gennemstrømnings-enhed og proces for at bruge metoden biodeposition til at kvantificere fodring af toskallede bløddyr blev ændret fra en land-baseret format til bord brug ved opbygning af en todimensional kardan tabel omkring enheden. Planimeter data afslører en minimal pitch og krøje af afdelingerne indeholdende test skaldyr trods båd bevægelse, strømningshastigheder inden for afdelingerne forbliver konstant, og operatørerne er i stand til at indsamle biodeposits (afføring og pseudofeces) med tilstrækkelig sammenhæng at få nøjagtige målinger af toskallede clearance, filtrering, udvælgelse, indtagelse, afvisning og absorption på offshore skaldyr akvakulturanlæg.
Introduction
Wild-capture fiskeri faldende over hele verden1. Således, den fremtidige vækst i skaldyr levering skal komme fra en udvidelse af akvakultur. Akvakulturproduktion af fisk og skaldyr har været stigende og vil fortsætte med at vokse hurtigt gennem 2025, hvilket gør akvatiske landbrug mest hurtigt stigende fødevare produktion system2. Opdræt af suspension-fodring toskallede bløddyr (blåmuslinger, østers, muslinger og muslinger) anses for at være blandt de mest miljøvenlige former for akvakultur, fordi disse organismer kræver ingen supplerende fodring, men i stedet få ernæring fra den naturlige planteplankton sagen produktion og overførsel økologisk for hvirvelløse organismer3,4. Faktisk, skaldyr akvakultur overvejes som et legitimt redskab til at forbedre vandkvaliteten og trofiske struktur i eutrofisk flodmundinger5,6. Trods de generelt gunstige udsigter for udvidelse af skaldyr akvakultur i kystnære embayments og flodmundinger, konflikter med andre kystnære havet interesser som kommercielle og rekreative fiskeri, rekreative aktiviteter og æstetiske begær af kystnære grundejere-samfundsmæssige begrænsninger samlet under betegnelsen "social bæreevne"-har fået nogle til at se at det "åbent hav" for en storstilet udvidelse af skaldyrsopdræt7.
Flytte skaldyr landbrug offshore, i åbne farvande, tilbyder store muligheder for skaldyr akvakulturens ekspansion men præsenterer også hidtil usete udfordringer til organismer i oceaniske økosystem8. Første, mest opdrættet, suspension-fodring toskallede arter er flodmundingsorganismer, der har udviklet sig i miljøer, der adskiller sig på mange måder fra åbne hav økosystem9. Sæsonbestemte og temperaturprofil tidsmæssige variationer i saltindhold, temperatur, og vand kemi, og den intense biologiske aktivitet stimuleres af det høje og variable næringsstoftilgængelighed i kystnære farvande har valgt for adfærdsmæssige og fysiologiske egenskaber i muslinger, østers, muslinger og muslinger, der kan indebære lille fordel i den forholdsvis konstant, fortyndes ocean miljø10. Muslinger er kendt for at reagere på disse miljømæssige ændringer ved at regulere deres filtrering til at drage fordel af perioder med en god vandkvalitet og til at optimere deres mad erhvervelse11,12. I en mere konstant miljø, såsom åbne farvande, er det uklart, om muslinger vil regulere deres pumpe og filtrering satser effektivt for at opretholde en positiv energibalance for hurtig vækst. Den anden udfordring for offshore skaldyr landbrug er også relateret til relativt lav seston fødevarer tilgængelighed i havet. Med planteplankton tætheder er meget lavere offshore end i flodmundinger, vil de toskallede arter i øjeblikket opdrættes med succes i flodmundinger finde nok til at spise for at bevare både stofskifte og vækst? Nuværende praksis beskæftiger linjer, resultere sokker, bure eller andre kabinetter til at holde skaldyr i flodmundinger i tre-dimensionelle filtre, der kan nedbryder planteplankton lokalt selv i næringsrige, kystnære farvande13,14. Antagelser om kultur gear design, belægningsgrad, afstanden mellem linjerne, og afgrøde procestid muligvis skal revurderes i det åbne hav til at styre både produktion bæreevne gården og det lokale marine økosystem økologiske bæreevne 15 , 16. intensiv skaldyr landbrug som praktiserede nearshore skal muligvis ændres for at være forenelig med den fortyndede miljø af havet.
For at fremme vores forståelse af hvordan kystnære skaldyr landbrug praksis skal muligvis ændres for at lykkes offshore, kvantitative data om hvordan skaldyr interagerer med seston stede i offshore placeringer foreslås som potentielle farm websteder er afgørende. En række teknikker til at kvantificere filtrering, clearance, indtagelse, afvisning og absorption af partikler ved suspension-fodring toskallede bløddyr har været udviklede17,18. Nogle af disse metoder har været optimeret til at registrere variationer over meget korte tidsfrister, valg mellem forskellige partikel typer eller fysiologiske svar til forskellige miljømæssige variationer19,20,21 . For nylig, justeringer af såkaldte metoden biodeposition har ført til accepten af denne tilgang som et legitimt redskab til at kvantificere de fleste af de vigtige filtrering og fodring variabler i muslinger, østers og muslinger17,22 .
Biodeposition metode, i almindelighed, bruger en masse-balance tilgang med uorganiske seston komponent som et sporstof, at kvantificere partitionering af individuelle skaldyr af organiske og uorganiske seston komponenter i proportioner fanget, afvist, indtages, og absorberes over en tidsskala timer17. Denne tilgang skal være nøjagtige, er det afgørende vigtigt, at vand flow priser leveret til individuelle skaldyr er konstant og netop kendt og at skaldyr ikke er forstyrret fysisk, således at de fastholder deres konstante filtrering adfærd. Det er også nødvendigt at synkronisere indsamling af vand prøver i forbindelse med toskallede indtagelse med indsamling af afføring prøver fremstillet efter fordøjelsen (dvs, egestion). Disse to processer (indtagelse og egestion) er opvejet af længden af tid, det tager for en partikler til transit gennem de toskallede gut. Tarmen transit tid repræsenterer forløbet mellem indtagelse af mad og frigivelse af ufordøjet materiale i form af afføring. Yderligere, fra et praktisk synspunkt, biodeposits skal være indsamlet kvantitativt af forskeren, før de er opdelt efter vand bevægelse. Af disse grunde, apparatur og procedurer til kvantificering af toskallede filtrering ved hjælp af metoden biodeposition er blevet begrænset til meget nearshore steder hvor en stabil platform-tør jord eller en fast pier-er tæt nok på skaldyr befolkning bliver undersøgt. For biodeposition metoden anvendes offshore, var det nødvendigt at finde en måde at opfylde metode en stabil platform ombord på en båd.
Århundreder siden, udviklet søfolk søger at løse de samme grundlæggende sådan isolere bord artikler fra skibets bevægelse kardan. En kardan introducerer en eller flere omdrejningspunkterne mellem platform knyttet til skibet og artiklen bliver isoleret, så isolerede artiklen til at reagere mere til tyngdekraften end til skibets bevægelse. Vi ansat måske de enkleste kardan design-pin omdrejningspunkterne på 90° vinkler-i design af et apparat ændres fra den ene rapporteret af Galimany og co-arbejdere22. I den foreliggende betænkning, den effektive funktion af apparatet er valideret ved at måle: 1) forslaget af bordet med skaldyr kamre i forhold til båd bevægelse, 2) sammenhængen mellem strømningshastigheder gennem 20 replikere kamre samtidig på havet, og 3) den filtrering data fra muslinger testet på tre offshore steder ombord på tre forskellige fartøjer.
Protocol
1. kardan tabel og fodring enhed
- Konstruere og samle tabellen kardan til at bestå af to rammer, en kardan bord og en ballast tank, som vist i figur 1a.
- Opbygge den yderste ramme 130 cm lang, 92 cm bred, og 90 cm høj med 0,65 cm polyvinylchlorid (PVC) lager. Bruge rustfrit stål møtrikker og bolte til at danne rammen.
- Opbygge den inderste ramme (125 cm lange og 80 cm bred) fra 4 cm x 10 cm polyvinylchlorid (PVC) lager. Passe de stærkt forstærket afsnit øverst på den korte side af rammen til at modtage den indre kardan ramme. Permanent fix rustfrit stål pins til at tillade den indvendige ramme til at svinge frit inden for den ydre ramme.
- Ligeledes omfatte forstærket sektioner på langsiderne af den indvendige ramme til at rumme rustfrit stål pins monteret i tabellen kardan, gør det muligt at svinge frit.
- Stock PVC terning med en aftagelig ballast. Fyld ballast tank med 85 kg af havvand og indsætte en 50-kg zink vægt til bunden af ballast tank; det virker som en modvægt til at dæmpe, men ikke begrænse tabellen swing.
Bemærk: Ballast tanken er knyttet til tabellen kardan af rustfrit stål møtrikker og bolte.
Figur 1: kardan tabel og fodring enheder udviklet til kvantificering af toskallede suspension fodring ved hjælp af metoden biodeposition ombord på en båd. (en) dette panel viser et billede af den forsamlede kardan tabel med fodring enheden. (b) dette panel viser en skematisk af de forsamlede fodring enhed. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
- Konstruere og samle de fodring enhed, som består af et hoved tank og 2 sæt af 10 fodring kamre (figur 1b).
- Bygge hoved tanken ved hjælp af 6.5 mm PVC for at være 70 cm i længde x 30 cm i bredde x 12 cm i højden (figur 2a). Bor en diameter på 25 mm hul i midten af 30 cm venstre på 3 cm fra toppen.
- Bore 10 huller på 13 mm i diameter gennem hver af de 70-cm PVC stykker af rektanglet, således at hvert hul ligger 2,5 cm fra bunden. Bore den første hul 40 mm fra siden af hovedet tanken; derefter, Centre de på hinanden følgende huller er 69 mm fra hinanden.
- Sted plast skot stik 7 mm indre diameter gevind i hvert hul så vandet til at forlade hoved kampvognen. Fit silikone slanger af 6.5 mm indre diameter på stikkene. I midten af hver tube, mellem hoved kampvognen og fodring kamrene, tilsluttes justerbar ventiler slange til at styre strømmen ind til fodring kamre.
Bemærk: For at sikre, at partiklerne forbliver suspenderet i hovedet tank vand og er jævnt fordelt over de fodring kamre, tilføje beluftning i tanken ved hjælp af luft sten eller luft slange. - Indre foranstaltninger af kamrene fodring er 17,5 cm i længde x 6 cm i bredde x 6 cm i højden (figur 2b). Bore en diameter på 13 mm hul i centrum af en af de 6-cm sider, således at hullet ligger 15 mm fra bunden. På den modsatte 6-cm side for hver afdeling, bore et 13 mm diameter hul 45 mm fra bunden.
- Omfatte en baffel inde i hver fodring kammer; vingen er en PVC-stykke, der er 3 cm i højden og 6 cm bred og placeres 3,5 cm fra den 6-cm side af fodring kammeret, der har hullet bores 15 mm fra bunden. Lim baffel til kammerets bund, så vandet løber over det.
- Omfatter en anden baffel stykke, der er løsøre, 50 mm lange, og T-formet stykke (58 mm bred i bunden af Thomsen, 15 mm fra toppen; det udvider til bredde 72 mm). Figuren giver baffel hvile oven på opfodring kammer væggene og vand til at flyde under vingen i salen (figur 2 c). Sted movable baffel 1-2 cm foran toskallede, der tvinger vandflow direkte på toskallede nederst i salen.
- Passe hoved sal og fodring enhed kardan tabellen og holde dem på plads med anti-udskridning måtter. Systemet er udviklet i denne modulære måde at lette pakning, flytning og opbevaring.
Figur 2: detaljerede målinger af hoved kampvognen og fodring kamre. (en) Dette er en tegning af hoved tanken med detaljerede målinger. (b) Dette er en tegning af en fodring kammer med detaljerede målinger. Den stribede linje angiver placeringen af de faste vingen. (c) Dette er en tegning og opmåling af de bevægelige vingen. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
2. flow kalibrering for fodring kamre
- For at kalibrere strømningshastigheder, placere en 100-mL glas eller plastik måleglas ved afgangen fra en fodring kammer. Straks begynde at optage tiden med et stopur.
- Efter 30 s, fjerne den måleglas og kontrollere volumen af det vand, der opsamles. Ideelt, indsamle 100 mL vand, som er lig med et flow fra head tank til fodring kamre af 12 L h-1.
Bemærk: Strømningshastigheden af 12 L h-1 var bestemt af tidligere laboratorieforsøg til at give en homogen fordeling af partikler mellem akvarier uden vand recirkulering.- Hvis mængden af vand, der opsamles er ikke inden for 5 mL af 100 mL mål, justere strømmen ved at lukke eller åbne ventilen placeret mellem hoved kampvognen og fodring kammer. Tjek den nye strømningshastighed igen ved at indsamle vand til 30 s og Gentag dette trin, indtil den ønskede strømningshastighed.
- Gentag den samme kalibreringsproceduren for hver fodring kammer, herunder kontrol kamre, før begyndelsen af dataindsamlingen.
3. forberedelse af filtre til metoden Biodeposition
Bemærk: Bestemmelse af total, organiske og uorganiske partikler i vandet, pseudofeces og afføring er gjort ved hjælp af 25 mm diameter GF/C glas fiber filtre. Før prøvetagning, sikre at filtrene er vasket, tørret, brændt og preweighed. Brug altid fladskærms-spids pincet til at håndtere filtrene under alle processer. Hvis et filter pauser eller har et hul, kassér det uden at bruge den.
- For at vaske filtrene, først, tilføje ca 10 filtre til et bægerglas med 200 mL destilleret vand og rør dem manuelt. Efter 15 s, Bemærk, at den tidligere klart vand har hvide fibre i det; disse er løs støv-lignende glasfiber udgivet af filtrene. Stop under omrøring.
- Dekanteres vand i bægerglasset og tilsættes 200 mL destilleret vand igen. Vaske filtre 3 x i alt. Gentag vaskeprocessen indtil nok filtre er tilgængelige til at udføre en fuld fodring eksperimentere, dvs omkring 48 filtre til vandfiltrering hvis forsøget varer 2 timer og vand er indsamlet hver 15 min og 32 filtre til afføring og pseudofeces af 16 muslinger .
- Tør filtre på 60 ° C for mindst 1 h. brænde de tørrede filtre i en muffelovn ved 450 ° C i 4 timer til at fjerne forurenende organiske materiale. Fjerne filtrene fra ovnen, overføre dem over i en ekssikkator og tillade filtre til at komme til stuetemperatur.
- Vejer filtrene på en Analysevægt og optage vægtene. To mulige metoder til at holde styr på filter vægte er som følger.
- Nummerere hvert filter på kanten, uden for det område, der vil modtage prøven under filtrering, ved hjælp af en blød blyant. Vejer filteret efter nummerering det, optage sit antal og vægt i en notesbog og opbevare filtrene efter vejning dem i deres oprindelige filterboksen.
- Vejes hvert filter individuelt og derefter indhyllingsafstand det i et stykke af dæmpede aluminiumsfolie og optage de tilsvarende vægt på folien. Gemme de indpakkede filtre indtil bruges i feltet og skriv ned vægt i en notesbog, når en stikprøve er indsamlet.
4. tarm transittid
- Sted fem muslinger individuelt i glas eller plastik bægre fyldt med 300 mL af ambient, ufiltreret havvand.
- Tilsættes 2 mL Tetraselmis sp. monokultur til hvert bægerglas og registrere den tid hver enkelte toskallede åbner, der signaleres af en shell måbe.
Bemærk: Tetraselmis sp. der bruges til bestemmelse af gut transittid fordi det let indtages af toskallede arter, og de resulterende afføring er mørkegrøn i farve, skelne dem fra brun afføring produceret efter fordøjelsen af en naturlig plankton Fællesskabet. - Kontrollere hvert bægerglas hvert 3-5 min for at sikre, at de toskallede bløddyr forbliver åben og producerer afføring.
- Kontrol at afføring er tæt pakket, stramme strenge som følge af fordøjelsesprocessen af muslinger (figur 3) og vedligeholde deres struktur, når pipetted.
- Sikre, at de indsamlede indlån afføring og ikke pseudofeces (figur 3), som, hvis fremstillet, produceres straks som følge af et overskud af Tetraselmis sp; pseudofeces er let pakket, cloud-lignende indskud af ikke-indtages partikler, der hurtigt resuspend når indsamlet med en pipette.
Figur 3: Illustration af de visuelle forskelle mellem toskallede afføring og pseudofeces. Panelet til venstre viser en rillet musling (Geukensia demissa), med pile, der angiver den producerede afføring og pseudofeces. Højre panel viser detaljeret grøn afføring og pseudofeces produceres efter en filtrering af Tetraselmis sp. monokultur, og brun afføring og pseudofeces produceres efter en filtrering af et naturligt planteplankton fællesskab. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
- Når grøn afføring vises, registrere tid for hver enkelte toskallede. Længden af tid mellem åbningen af toskallede og sin produktion af grøn afføring er dens tarm transittid. Gennemsnitlige gut transittider af alle fem toskallede gentagelser for at opnå gennemsnitlige gut transittid til at bruge i timing forskydning mellem indsamling af vandprøver og fækal prøver.
Bemærk: Brug fem replikater i tilfælde af en eller flere muslinger ikke kan åbne eller producere afføring. Ideelt set vil betyde tarm transittid være baseret på mere end tre replikater.
5. prøvetagning
- Indsamle prøver af vandet bristepunktet fra hoved tank, vand fra kontrol kamre, der indeholder tomme skaller af den samme toskallede arter anvendes i eksperimenter (to i hver side), og afføring og pseudofeces produceret af hver toskallede. Ren muslinger af epibionts og andre encrusting organismer at undgå filtrering af andre fauna før du placerer muslinger i fodring afdelingerne.
Bemærk: Muslinger placeret i fodring kamre kan bevæge sig rundt, så for at lette samlingen afføring og pseudofeces løse dem på plads inden for kamrene bruge skruer (fx, Velcro).- Indsamle 300 mL vand hver 15 min for 2 h. separat filter for overløb og vand fra to sæt af kontrol kamre gennem preweighed filtre (dvs., 3 filtre pr. tidspunkt). Skyl filtre med ~ 5 mL isotonisk ammonium formate, mens filtrene er stadig på filtrering manifold.
- Sinke udviklingen af samlingen biodeposit fra samlingen vand ved længden af den gennemsnitlige gut transittid, der blev fastsat som beskrevet i punkt 4 i protokollen. For eksempel, hvis gennemsnitlige gut transittid var 1 h, starte samlingen vand så snart muslinger i fodring afdelingerne åbner. Efter 1 time, klart kamre af alle afføring og pseudofeces, der er blevet produceret, og derefter begynde at samlingen af alle efterfølgende afføring og pseudofeces.
- Skygge muslinger i både fodring afdelingerne og gut transit beholdere til at øge antallet af muslinger, der åbner til foder.
- Indsamler afføring og pseudofeces særskilt med en glas pipette og holde biodeposits i en separat beholder (kolbe eller tube) for hver toskallede i hele perioden 2-h samling. Filtrer biodeposits i hver container individuelt på et preweighed filter, og skyl dem med 5 mL isotonisk ammonium formate.
Bemærk: I slutningen af samlingen 2-h, der bliver 16 containere med afføring, der opsamlet og 16 containere med pseudofeces indsamlet i alt 32 containere til at filtrere. - Gemme filtrene i petriskåle eller i dæmpet aluminiumsfolie for transporten til laboratoriet. Hvis dæmpede aluminiumsfolie er anvendt til transport, først fold filtrene i halve, med filtermateriale på indersiden af klappen, til at forhindre tab af filtreret materiale gennem kontakt med folien. Gemme alle filtre i en cooler med is.
- I laboratoriet, tør alle filtre i ovnen ved 60 ° C i mindst 24 timer.
- Tilbagevejes hvert filter ved hjælp af en Analysevægt. Fratræk den oprindelige vægt fra den endelige vægt til at bestemme den samlede partikler.
- Brænde alle filtre i muffelovn ved 450 ° C for 4 h. fjerne filtrene fra ovnen, overføre dem over i en ekssikkator og tillade filtre til at komme til stuetemperatur. Veje filtrene igen på en Analysevægt. Fratræk den brændte filter vægt fra de tørrede filter vægt til at bestemme den uorganiske partikler.
Bemærk: Den organiske partikler er forskellen mellem den samlede partikler og de uorganiske partikler.
Representative Results
Metoden biodeposition til at kvantificere toskallede fodring er veletableret og giver en mekanisme til at opnå omfattende data om filtrering og fodring ydeevne af muslinger ved hjælp af naturlige seston i et felt miljø. Foregående anvendelser af metoden biodeposition kunne udføres kun på landbaseret steder, fordi metoden kræver en stabil platform. Undersøgelse af toskallede filtrering og fodring i offshore-farvande kræver skib-baserede målinger, og skibe er ikke stabil nok, på selv de roligste betingelser. Vi har designet og testet tilføjelsen af en kardan tabel til eksisterende filter-fodring apparater, oprette den stabil platform, der kræves til korrekt brug af metoden biodeposition.
Sammen med den stabil platform for muslinger til at filtrere, vi rapportere data, der viser en selv partikel distribution på tværs af individuelle afdelinger inden for fodring apparater (p = 0.997 fra en generalisering af Welch's test for 20% trimmet betyder23 ; Figur 4). Denne jævn fordeling af opslæmningen angiver, at levering af partikler fra hoved tank til enkelte kamre er konsekvent; således alle muslinger er udsat for samme mad kvantitet og kvalitet og kan betragtes som sande replikater.
Figur 4: gennemsnitlig celle overflod i hver fodring kammer under partikel distribution tests af Tom chambers. Dette panel viser det gennemsnitlige antal af planteplankton celler/mL (± SD) i havvand opsamlet fra exit rør af kamrene fodring (mærket 1-20) under kvalitet assurance forsøg for at sikre en jævn fordeling af partikler i gennemstrømnings-system. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Fire om bord forsøg blev udført med tre musling arter i tre forskellige steder med meget forskellige seston mængde og sammensætning (figur 5). De forskellige arter studerede kan potentielt være, eller er i øjeblikket bliver opdrættet off-shore; Vi brugte flere arter til at teste den generelle anvendelighed af apparatet. Blåmuslinger (Mytilus edulis) blev brugt i den første Connecticut (CT) eksperiment og i Massachusetts (MA). Rillet muslinger (Geukensia demissa) blev brugt i den anden CT eksperiment. Middelhavet muslinger (Mytilus galloprovincialis) blev brugt i Californien (CA) eksperiment. To eksperimenter blev udført i kystnære CT, i Long Island Sound, 1,5 km fra Milford on 12 juni 2013, og 19 juni 2013. Det tredje forsøg blev udført i kystnære MA i vingården lyd, 1 km ud af Menemsha på 23 juli 2013. Den fjerde eksperiment blev udført i offshore CA, 10 km fra Long Beach på 20 August 2013.
Forholdene på disse tre steder spænder af hvad man kunne forvente i offshore miljøer under evaluering for skaldyr akvakultur. Vand samlede partikler var højest i CT, lavere i MA, og den laveste i CA (alle p≤ 0,001 fra en generalisering af Dunnett's T3 procedure for beskårne midler og en bootstrap -t teknik23). I modsætning, var det organiske indhold af seston højest i CA, lavere i MA, og den laveste i CT (alle p≤ 0,01 fra en generalisering af Dunnett's T3 procedure for beskårne midler og en bootstrap -t teknik23; Figur 5).
Figur 5: sammensaetning og maengde af partikler i vandet på de tre lokaliteter, eksperimentelle. Dette panel viser den gennemsnitlige organiske partikler (POM) (± SD; data og fejl barer i grå) og den gennemsnitlige uorganiske partikler for (PIM) (± SD; data i hvide og fejl barer i sort) fra vandet indsamlet på 3 forskellige eksperimentelle steder. Fuld bar (grå + hvid) angiver den samlede partikler (TPM). CT 1 = Connecticut eksperiment 1; CT 2 = Connecticut eksperiment 2; MA = Massachusetts eksperiment; CA = Californien eksperiment. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Fodring adfærd i muslinger er både arter-afhængige og afhængig af miljøforhold. Enkeltpersoner justere deres fodring adfærd ifølge forskelle i den mængde og type (organiske og uorganiske) af partikler i vandet. Således afspejler resultaterne af de fire filter-fodring forsøg fra tre placeringer både den plast fysiologiske reaktion på fødevarer mængde og kvalitet, samt arter forskelle på tværs af tre af de fire forsøg. Mussel absorptionsevnen var betydeligt højere i de første CT eksperiment end i andet, og højere i den første CT eksperiment end i CA, men alle andre parrede sammenligninger var ikke signifikante, sandsynligvis en konsekvens af høj variabilitet observeret i både den MA og CA målinger (betydningen testet på α = 0,05, justeret til kontrol for flere tests; fra en generalisering af Dunnett's T3 procedure for beskårne midler og en bootstrap -t teknik; 23figur 6). Andelen af filtrerede materiale, der blev afvist, var højest i CT, lavere i MA, og var nul i CA (alle p≤ 0,005 fra en generalisering af Dunnett's T3 procedure for beskårne midler og en bootstrap -t teknik23).
Figur 6: afvisning af samlede partikler og absorption af organisk materiale i muslingerne i de bord forsøg. Dette panel viser den procentvise afvisning og absorption (± SD) af muslinger i tre eksperimentelle steder. CT 1 = Connecticut eksperiment 1; CT 2 = Connecticut eksperiment 2; MA = Massachusetts eksperiment; CA = Californien eksperiment. Blåmuslinger (Mytilus edulis) blev brugt i CT 1 og i MA. Rillet muslinger (Geukensia demissa) blev brugt i CT 2. Middelhavet muslinger (Mytilus galloprovincialis) blev brugt i CA. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Eksperimenter i MA og CA illustreret almindelige problemer, der kan opstå under skiftende miljøforhold. Den høje farvands resulterede i en høj relativ variation i det målte organiske indhold af pseudofeces i MA.
Figur 7: organiske indhold af vand, afføring og pseudofeces i de tre eksperimentelle steder. Dette panel viser den gennemsnitlige procentdel af organisk stof (± SD) i vand og afføring og pseudofeces af tre musling arter i fire forskellige eksperimenter udført i 3 steder. CT 1 = Connecticut eksperiment 1 med blåmuslinger (Mytilus edulis); CT 2 = Connecticut eksperiment 2 med ribbede muslinger (Geukensia demissa); MA = Massachusetts eksperiment med blåmuslinger; CA = Californien eksperiment med Middelhavet muslinger (Mytilus galloprovincialis). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Analytiske problemer ofte forbundet med områder af lav partikler blev illustreret i fodring adfærd resultater fra CA, hvor nogle små pseudofeces i første omgang blev forvekslet med afføring.
Figur 8: effekter af fejlidentifikation af biodeposits på fodring adfærd data fra muslinger i redningsmidlerne forsøg. Dette panel viser eksempeldata fra Californien, viser effekten af misidentifying lille afføring som pseudofeces i en lav alt-partikler-sagen (TPM) miljø. I dette tilfælde TPM'ET var for lavt til at udløse en pseudofeces produktion, men afføring var så små, at nogle blev forvekslet med pseudofeces. Dataene blev korrigeret ved at kombinere afføring og "pseudofeces" vægtene og kun beregne indtagelse pathway. CR = Clearance sats, mængden af vand, der cirkulerer gennem gællerne af muslinger (L/h); FR = filtrationshastighed, mængden af partikler i gællerne (mg/h); AR = absorptionshastigheden, mængden af indtaget partikler, der absorberes i muslinger fordøjelsessystemet (mg/h). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Case-studierne vist i figur 7 og figur 8 er forklaret mere detaljeret i afsnittet diskussion .
Discussion
Forskellige metoder er blevet brugt til at studere filtrering og fodring af muslinger i laboratoriet og feltet. Målinger, der foretages ved hjælp af naturlige seston vil give fodring satser mest ligner dem i de naturlige miljø24. Eksisterende bærbare fodring anordninger til måling toskallede fodring25,26 er afhængige af en stabil platform, såsom jord eller en fast dock; således kvantificere toskallede filtrering og fodring i feltet har indtil nu været begrænset til meget nær kysten farvande. Roman apparater og metode præsenteres her repræsenterer et pålideligt redskab til at kvantificere fodring udførelsen af muslinger i offshore-farvande hvor interaktioner mellem muslinger og miljøet har tidligere været dårligt beskrevet.
De afgørende skridt inden for offshore anvendelsen af metoden biodeposition omfatter følgende: (1) beluftning af hoved kampvognen og kalibrering af strømningshastigheder på tværs af alle fodring kamre til at sikre en endnu partikel distribution til muslinger; (2) en nøjagtig bestemmelse af den eksperimentelle gut transittid før samlingen af biodeposits; (3) identifikation, adskillelse og komplet samling af alle afføring og pseudofeces produceret af muslinger, herunder indsamling af nok biodeposits overstiger detektionsgrænsen for organiske og uorganiske partikler. Høj strømningshastigheder er afgørende for at undgå vand recirkulering i fodring afdelinger, som kan øge fænomenet med mad koncentration reduktion på grund af refiltration18,25,27,28.
Nøjagtig identifikation og adskillelse af afføring og pseudofeces kan være udfordrende i offshore miljøer. Samling af afføring og pseudofeces i Massachusetts farvande blev sandsynligvis påvirket af høj sø i den sidste time af målingen. Måling ved hjælp af denne metode vil blive begrænset af tilstanden af havet, der påvirker evnen af plukkerne at proper adskille og præcist skelne mellem afføring, pseudofeces og andre partikler materiale (dvs., silt eller partikler) deponeres i fodring afdelingerne. Denne eksperimentelle problem kan observeres i de resulterende data, hvor det organiske indhold af pseudofeces har en større variation i resultaterne fra Massachusetts end fra de andre to lokaliteter (figur 7).
Steder med meget lav partikler, såsom Californien, vil præsentere en analytisk udfordring, fordi de partikler, der opsamlet i dette eksperiment var meget tæt på detektionsgrænsen, selvom 2 L vand blev filtreret for hver vandprøve. Metode til kvantificering af organiske og uorganiske bidrag til den samlede partikler er baseret på massebalancen; således kan lille analytiske fejl nær påvisningsgrænsen resultere i fysiologisk umuligt skaldyr fodring resultater som negative afvisning eller clearance satser. Data som følge af denne type fejl, og den passende korrektion, er illustreret i figur 8, som afbilder den gennemsnitlige værdi for regnskabsafslutning sats, filtrationshastighed og absorptionshastigheden fra Californien eksperiment. Afføring mængder var så små i denne placering, at nogle blev forvekslet med pseudofeces af biodeposit plukkerne. De meget små mængder af "pseudofeces" indsamlet var ekstremt tæt på detektionsgrænsen efter vægt, og de resulterende data givet negative skaldyr filtrering og fodring data for flere gentagelser, hvilket fysiologisk umuligt og dermed åbenbart forkert. Partikler tæt på detektionsgrænsen også givet en høj variabilitet samlet til denne måling. Disse resultater kunne være forårsaget af en fejl i vejer filtrene, men mere sandsynligt, blev på grund af forkert identifikation af pseudofeces. Den sidstnævnte mulighed blev yderligere støttet af den iagttagelse, at den samlede partikler i vandet var for lavt til at udløse pseudofeces produktion22,23. Dataene blev korrigeret ved udsmid forkert pseudofeces data og kun beregne indtagelse pathway (figur 8).
Apparater til kvantificering af toskallede suspension fodring ved hjælp af metoden biodeposition ombord på en båd kan ændres og tilpasses flere toskallede arter. Størrelsen af de opfodring kamre kan variere en smule for at rumme bredere eller smallere toskallede skaller. Det er vigtigt at bemærke, at ændre dimensionerne for fodring afdelinger fra dem beskrevet her kræver imidlertid, at selv partikel distribution på tværs af de fodring kamre er etableret før foretage målinger. Mængden vand filtreret bør justeres baseret på de lokale forhold. Lav-seston miljøer såsom Californien kræve en større mængde vand filtreret overstiger detektionsgrænsen for de vægt-baseret analyse. På samme tid, hvis for meget vand er filtreret, så filtrene blokere og tørretid (ikke temperatur) i ovnen skal øges. Samlingen biodeposit kan ligeledes skal blive forlænget i lav-seston miljøer til at indsamle nok materiale at overskride den analytiske detektionsgrænsen. En anden indikator for en problematisk biodeposit samling er den relative organiske indhold af vand vs. pseudofeces og afføring. Afføring og pseudofeces kan ikke indeholde en betydeligt større procentdel af organisk stof end vand; de er et produkt af de filtrerede og forarbejdede partikler fra vandet. På nogle betingelser, kan det organiske indhold af biodeposits være lidt større end vandet på grund af den økologiske investeringer, der muslinger gør at behandle fødevarer partikler; men denne investering vil, på de fleste, give en mindre stigning i afføring organisk materiale. Procentdelen af organisk materiale rapporteret her er langt over den procentdel, der kunne tilskrives metaboliske fækal tab. Pseudofeces prøver fra Massachusetts illustrere dette potentielle problem. Det organiske indhold af pseudofeces var meget varierende, som nævnt ovenfor, men nogle af replikater viste indhold af organiske stoffer, der væsentligt oversteg de tilsvarende vandprøver. Det er muligt, at pseudofeces under de tunge havene af den sidste time paa biodeposit samlingen, blev kombineret med eksogene organisk materiale, som kunstigt forhøjede det organiske indhold og givet fysiologisk umuligt resultater (figur 7) . Hvis høje søtilstande er en sandsynlig mulighed i fremtiden anbefales anvendelser af denne metode, tilføjelse af flere replikater gennem yderligere kamre.
En begrænsning af metoden er, at dette apparat er designet til at kvantificere fodring af voksne individer. Den nøjagtige og komplette samling af afføring og pseudofeces fra toskallede frø er vanskelig på grund af den lille størrelse af (pseudo) afføring og ville kræve meget længere eksperimenter for at få nok materiale at overskride den analytiske detektionsgrænsen. Hvis små individer bliver brugt, kunne flere samles i én afdeling til at øge hastigheden af afføring og pseudofeces produktion pr. kammer. Alternativt, enhederne kunne være redesignet med meget mindre eksperimentelle kamre. Vejr- og søforholdene staten kan også være vigtigt begrænsninger, som disse vil påvirke nøjagtigheden af samlingen biodeposit prøve. Ekstreme temperaturer og regn kan reducere antallet af toskallede replikater, der feed. Den dybde, hvormed vand pumper er indsat kan varieres mellem eksperimenter for at sikre, seston anvendes i eksperimenter afspejler seston typisk for den dybde, hvormed toskallede dyrkning vil forekomme. Trods disse potentielle begrænsninger giver metoden en enestående mulighed for at studere filtrering og fodring af muslinger naturlige betingelser med naturlige seston, i modsætning til simulerede forhold i laboratoriet. Data genereret er meget mere realistisk end laboratorieforsøg og mere tilbøjelige til at afspejle udførelsen af muslinger i placeringen af interesse. Den nye metode til at gennemføre bord målinger høj grad udvider det potentielle geografiske omfang.
Den stigende interesse for offshore mussel akvakultur præsenterer en ideel brugergruppe for fremtidige anvendelser af denne metode. Interessenter interesserede i at optimere placeringen af nye offshore akvakultur operationer kan bruge denne fremgangsmåde til at undersøge de toskallede ydeevne på foreslåede placeringer. Et eksempel på et program, der er ved at blive planlagt er at afprøve hypoteser om de optimale dybder til en blå-mussel suspension kultur i de kystnære farvande ud af det sydlige New England (Mizuta og Wikfors, i anmeldelse).
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at oplyse.
Acknowledgments
Forfatterne vil gerne anerkende NEFSC og NOAA fiskeri Service Office af akvakultur for finansiering. Forfatterne er taknemmelig for deres akademiske og branchepartnere, Scott Lindell, forskning Specialist på Woods Hole Oceanographic Institute, og Phil Cruver, CEO af Catalina Sea Ranch, der arrangerede og givet adgang til offshore mussel-voksende områder. Arbejde ville ikke have været muligt uden de følgende arbejdsplatforme; R/V Kaptajn Jack ejes af Catalina Sea Ranch, R/V Gemma ejes og forvaltes af den Marine biologiske laboratorium, og R/V Victor Loosanoff drives af NOAA fiskeri, nordøst fiskeri Science Center. Vi takker også båd kaptajner Jim Cvitanovich og Bill Klim for deres ekspertise. Werner Schreiner fastsat sin tekniske ekspertise i designe og fabrikere rammer, kardan tabel og ballast tank, hoved tank og eksperimenterende kamre.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
- Pauly, D., Zeller, D. Catch reconstructions reveal that global marine fisheries catches are higher than reported and declining. Nature Communications. 7, 10244 (2015).
- Diana, J. S. Aquaculture production and biodiversity conservation. BioScience. 59 (1), 27-38 (2009).
- Gallardi, D. Effects of bivalve aquaculture on the environment and their possible mitigation: a review. Fisheries and Aquaculture Journal. 5, 105 (2014).
- Newell, R. I. E. Ecosystem influences on natural and cultivated populations of suspension-feeding bivalve molluscs: A review. Journal of Shellfish Research. 23 (1), 51-61 (2004).
- Lindahl, O., Kollberg, S. Can the EU agri-environmental aid program be extended into the coastal zone to combat eutrophication. Hydrobiologia. 629 (1), 59-64 (2009).
- Rose, J. M., Bricker, S. B., Tedesco, M. A., Wikfors, G. H. A role for shellfish aquaculture in coastal nitrogen management. Environmental Science & Technology. 48 (5), 2519-2525 (2014).
- McKindsey, C. W., Thetmeyer, H., Landry, T., Silvert, W. Review of recent carrying capacity models for bivalve culture and recommendations for research and management. Aquaculture. 261 (2), 451-462 (2006).
- Cheney, D., Langan, R., Heasman, K., Friedman, B., Davis, J. Shellfish culture in the open ocean: lessons learned for offshore expansion. Marine Technology Society Journal. 44 (3), 55-67 (2010).
- Shumway, S. E. Shellfish aquaculture and the environment. , Wiley-Blackwell. Chichester, UK. (2011).
- Dame, R. F. Ecology of marine bivalves: An ecosystem approach. , CRC Press. Boca Raton, FL. (2011).
- Bayne, B. L., et al. Feeding behaviour of the mussel, Mytilus edulis: responses to variations in quantity and organic content of the seston quantity and organic content of the seston. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom. 73 (4), 813-829 (1993).
- Ward, J. E., Shumway, S. E. Separating the grain from the chaff: particle selection in suspension- and deposit-feeding bivalves. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 300 (1-2), 83-130 (2004).
- Heck, K. L. Jr, Valentine, J. F. The primacy of top-down effects in shallow benthic ecosystems. Estuaries and Coasts. 30 (3), 371-381 (2007).
- Prins, T. C., Smaal, A. C., Dame, R. F. A review of the feedbacks between bivalve grazing and ecosystem processes. Aquatic Ecology. 31 (4), 349-359 (1998).
- Ferreira, J. G., Saurel, C., Lencarte e Silva, J. D., Nunes, J. P., Vazquez, F. Modelling of interactions between inshore and offshore aquaculture. Aquaculture. 426, 154-164 (2014).
- Stevens, C., Plew, D., Hartstein, N., Fredriksson, D. The physics of open-water shellfish aquaculture. Aquacultural Engineering. 38 (3), 145-160 (2008).
- Iglesias, J. I. P., Urrutia, M. B., Navarro, E., Ibarrola, I. Measuring feeding and absorption in suspension-feeding bivalves: an appraisal of the biodeposition method. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 219 (1-2), 71-86 (1998).
- Riisgård, H. U. On measurement of filtration rates in bivalves - the stony road to reliable data: review and interpretation. Marine Ecology Progress Series. 211, 275-291 (2001).
- Møhlenberg, F., Riisgård, H. U. Efficiency of particle retention in 13 species of suspension feeding bivalves. Ophelia. 17, 239-246 (1978).
- Shumway, S. E., Cucci, T. L., Newell, R. C., Yentsch, C. M. Particle selection, ingestion, and absorption in filter-feeding bivalves. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 91 (1-2), 77-92 (1985).
- Velasco, L. A., Navarro, J. M. Feeding physiology of two bivalves under laboratory and field conditions in response to variable food concentrations. Marine Ecology Progress Series. 291, 115-124 (2005).
- Galimany, E., Ramón, M., Ibarrola, I. Feeding behavior of the mussel Mytilus galloprovincialis (L.) in a Mediterranean estuary: A field study. Aquaculture. 314 (1-4), 236-243 (2011).
- Wilcox, R. R. Understanding and applying basic statistical methods using R. , John Wiley & Sons. Hoboken, NJ. (2017).
- Velasco, L. A., Navarro, J. M. Feeding physiology of two bivalves under laboratory and field conditions in response to variable food concentrations. Marine Ecology Progress Series. 291, 115-124 (2005).
- Filgueira, R., Labarta, U., Fernández-Reiriz, M. J. Flow-through chamber method for clearance rate measurements in bivalves: design and validation of individual chambers and mesocosm. Limnology and Oceanography Methods. 4, 284-292 (2006).
- Grizzle, R. E., Greene, J. K., Luckenbach, M. W., Coen, L. D. A new in situ method for measuring seston uptake by suspension-feeding bivalve molluscs. Journal of Shellfish Research. 25 (2), 643-649 (2006).
- Riisgård, H. U. On measurement of filtration rates in bivalves - the stony road to reliable data: review and interpretation. Marine Ecology Progress Series. 211, 275-291 (2001).
- Newell, C. R., Wildish, D. J., MacDonald, B. A. The effects of velocity and seston concentration on the exhalant siphon area, valve gape and filtration rate of the mussel Mytilus edulis. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 262 (1), 91-111 (2001).
