Summary
En gjennomflytsenhet enhet for bruke metoden biodeposition til å kvantifisere filtrering og fôring atferd av bivalve bløtdyr ble endret for skip bruk. En todimensjonal gimbal tabell bygget rundt enheten isolerer apparatet fra båten bevegelse, og dermed slik at nøyaktig kvantifiseringen bivalve filtrering variabler på offshore skalldyr akvakultur nettsteder.
Abstract
Skalldyr akvakultur beveger seg fra kysten oppstĺtt og elvemunninger til offshore steder, presenterer behovet for å kvantifisere økosystem interaksjoner av oppdrettsfisk annet muslinger (dvs., blåskjell, østers og muslinger) nye utfordringer. Kvantitative data om fôring virkemåten til suspensjon-fôring bløtdyr er nødvendig å bestemme viktig økosystem interaksjoner av offshore skalldyr gårder, inkludert sin bæreevne, konkurransen med dyreplankton samfunnet, den tilgjengelighet av trophic ressurser på ulike dybder og avsetning å benthos. Metoden biodeposition brukes til å kvantifisere fôring variabler i suspensjon-fôring annet muslinger i naturomgivelser og representerer en mer realistisk proxy enn laboratorieforsøk. Denne metoden er imidlertid avhengig av en stabil plattform å tilfredsstille kravene som vann strømningshastigheter levert til skjellene forblir konstant og de annet muslinger er uforstyrret. En gjennomflytsenhet enhet og prosessen for å bruke metoden biodeposition til å kvantifisere fôring av bivalve bløtdyr ble endret fra en land-basert format for skip bruk ved å bygge en todimensjonal gimbal tabell rundt enheten. Planimeter data avslører en minimal pitch og yaw av kammer som inneholder test skjellene tross båt bevegelse strømningshastigheter i kamrene forblir konstant og operatører kan samle biodeposits (avføring og pseudofeces) med tilstrekkelig konsistens å få nøyaktige målinger av bivalve klaring, filtrering, utvalg, svelging, avvisning og absorpsjon på offshore skalldyr akvakultur nettsteder.
Introduction
Vill-fangst fiskeri faller verden1. Følgelig må fremtidig vekst i sjømat tilbudet komme fra en utvidelse av akvakultur. Akvakulturproduksjon av sjømat har vært økende og vil fortsette å vokse gjennom 2025, gjør akvatiske oppdrett mest raskt økende mat produksjon system2. Oppdrett av suspensjon-fôring bivalve bløtdyr (blåskjell, østers, kamskjell og muslinger) anses å være blant de mest miljøvennlige godartet formene for akvakultur, fordi disse organismene krever ingen ekstra fôring, men i stedet få ernæring fra det naturlige Planteplanktonet saken produksjon og overføre organisk til bunnlevende organismer3,4. Faktisk, skalldyr akvakultur blir vurdert som et legitimt verktøy å forbedre vannkvalitet og trophic strukturen i eutrophic elvemunninger5,6. Til tross for generelt gunstige utsiktene for utvidelse av skalldyr akvakultur i kystnære oppstĺtt og elvemunninger, konflikter med andre kyst hav interesser som kommersielle og fritidsaktiviteter fiskeriene, fritidsaktiviteter og estetiske ønskene til kyst grunneiere-samfunnsmessige begrensninger samlet under begrepet "sosial bæreevne"-har ført noen til å se "havet" for storskala utbygging av skalldyr oppdrett7.
Flytte skjelldyrkere i åpent farvann, tilbyr, stort potensial for skalldyr akvakultur utvidelse, men også gir enestående utfordringer for organismer i oceanic økosystem8. Første, mest oppdrettet, suspensjon-fôring bivalve arter er marinsystemer organismer som utviklet seg i miljøer som skiller seg på mange måter fra åpent hav økosystem9. Sesongmessige og dagaktive timelige variasjoner i saltholdighet, temperatur, og vannkjemi og intens biologiske aktivitet stimulert av høy og variable næringsstoffer tilgjengeligheten langs kysten har valgt for atferdsmessige og fysiologiske egenskaper blåskjell, østers, kamskjell og muslinger som kan tildele liten nytte i den relativt konstant, fortynne havet miljø10. Annet muslinger er kjent for å svare på disse miljøendringer ved å regulere sin filtrering å dra nytte av perioder med god vannkvalitet og å optimalisere deres mat oppkjøpet11,12. I et mer konstant miljø, for eksempel åpent farvann, er det uklart om annet muslinger vil regulere sine pumping og filtrering priser effektivt for å opprettholde en positiv energibalanse for rask vekst. Den andre utfordringen offshore skjelldyrkere også knyttet til relativt lav seston mat tilgjengelighet i havet. Med planteplankton tettheter er mye lavere offshore enn i elvemunninger, vil bivalve arter for tiden oppdrettet vellykket i elvemunninger finne nok å spise for å opprettholde både metabolisme og vekst? Gjeldende praksis ansette linjer, føre sokker, bur eller andre vedlegg å holde skalldyr i elvemunninger tredimensjonale filtre som kan utarme planteplankton lokalt selv i eutrophic, kystnære farvann13,14. Forutsetninger om kultur gir design, strømpe tetthet, avstanden mellom linjer og beskjære syklustiden må være rethought i åpent hav å administrere både produksjon bæreevne gården og økologisk bæreevne av det lokale marine økosystemet 15 , 16. intensiv skjelldyrking som praktisert nearshore må endres for å være kompatibel med fortynnet miljøet av havet.
For å fremme vår forståelse av hvordan kyst skjelldyrkere praksis må endres for å lykkes, kvantitative data om hvordan skalldyr sammen med seston i offshore steder foreslått som potensielle lokaliteter er avgjørende. En rekke teknikker for kvantifisere filtrering, fortolling, svelging, avvisning og absorpsjon av partikler av suspensjon-fôring bivalve bløtdyr har vært utviklet17,18. Noen av disse metodene er optimalisert for å oppdage variasjoner over svært korte tidsrammer, mellom ulike partikkelstørrelse typer eller fysiologiske responser til ulike miljømessige variasjoner19,20,21 . Nylig, forbedringer av det som kalles metoden biodeposition har ført til aksept av denne tilnærmingen som et legitimt verktøy å kvantifisere de fleste av de viktige filtrering og fôring variabler i blåskjell, østers og muslinger17,22 .
Biodeposition metoden, bruker en masse balanse tilnærming, med uorganiske seston komponent som en tracer, å kvantifisere partisjonering av personlige skalldyr organiske og uorganiske seston komponenter i proporsjoner fanget, avvist, svelget og absorbert over en tidsskala timer17. For denne tilnærmingen å være nøyaktig, er det kritisk viktig at strømningshastigheten vann leveres til individuelle skalldyr er konstant og nøyaktig kjente og at skjellene ikke er forstyrret fysisk slik at de opprettholder sin konstant filtrering atferd. Det er også nødvendig å synkronisere samlingen vann prøver ved bivalve inntak med samling av avføring prøver produsert etter fordøyelsen (dvs., egestion). Disse to prosessene (inntak og egestion) er forskjøvet med tiden det tar for en partikler til transitt gjennom bivalve tarmen. Tarmen transitt tid representerer tiden som har gått mellom inntak av mat og utgivelsen av ufordøyd materiale i form av avføring. Videre fra et praktisk ståsted må biodeposits samles kvantitativt ved forskeren før de verdivurderes av vann bevegelse. For disse grunner, apparater og prosedyrer for å kvantifisere bivalve filtrering ved hjelp av biodeposition metoden har vært begrenset til svært nearshore steder hvor en stabil plattform-tørt land eller fast brygge-er nær nok til skalldyr befolkningen blir undersøkt. For metoden biodeposition skal brukes offshore var det nødvendig å finne en måte å oppfylle kravene til metoden for en stabil plattform ombord i en båt.
Århundrer siden, utviklet sjøfolk søker å løse det samme grunnleggende problemet med hvordan å isolere ombord artikler fra skipets bevegelse gimbal. Gimbal introduserer en eller flere dreies mellom plattformen knyttet til skipet og artikkelen blir isolert, tillater isolert artikkelen til å reagere mer på tyngdekraften enn til skipets bevegelse. Vi ansatt kanskje de enkleste gimbal design-pinners dreies på 90-graders vinkler i utformingen av et apparat endret fra det som rapportert av Galimany og kolleger22. I rapporten finnes effektive funksjonen til apparatet blir validert ved å måle: 1) bevegelsen av tabellen med skalldyr kamre sammenlignet med båt bevegelse, 2) konsistensen av strømningshastigheter 20 replikere kammer mens på havet, og 3) filtrering data fra blåskjell testet på tre offshore steder ombord tre ulike fartøy.
Protocol
1. gimbal tabell og fôring enhet
- Konstruere og montere tabellen gimbal for å bestå av to rammer, en gimbal-tabell og en ballast tank, som vist i figur 1a.
- Bygge ytterste rammen 130 cm lange 92 cm bred, og 90 cm høy bruke 0,65 cm polyvinylklorid (PVC). Bruke rustfritt stål muttere og bolter til rammen.
- Bygge den innerste rammen (125 cm lang og 80 cm bred) fra 4 cm x 10 cm polyvinylklorid (PVC) lager. Passe de sterkt forsterket delene øverst på kortsidene rammen for å motta indre gimbal rammen. Permanent fikse rustfritt stål pinner for å tillate den indre rammen å svinge fritt i ytre rammen.
- Tilsvarende Inkluder forsterket deler på langsidene av indre rammen til rustfritt stål pins montert i tabellen gimbal, slik at det å svinge fritt.
- Lager PVC kuben med flyttbare ballast. Fyll på ballast med 85 kg sjøvann og sette en 50-kg sink vekt til bunnen av ballast tanken; det fungerer som en motvekt mot fukt, men ikke begrense, sving på tabellen.
Merk: Den ballast tanken er knyttet til tabellen gimbal av rustfritt stål muttere og bolter.
Figur 1: Gimbal bord og fôring enheter utviklet for kvantifisere bivalve suspensjon fôring med metoden biodeposition ombord båten. (en) dette panelet viser et bilde i tabellen montert gimbal med fôring enheten. (b) dette panelet viser en skjematisk av sammensatte fôring enheten. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
- Konstruere og montere fôring enheten, som består av en leder tank og 2 sett av 10 fôring kammer (figur 1b).
- Bygge hodet tanken med 6.5 mm PVC skal 70 cm i lengde x 30 cm i bredde x 12 cm i høyden (figur 2a). Bore et 25-mm-diameter hull i midten av til venstre for 30 cm på 3 cm fra toppen.
- Bore 10 hull på 13 mm i diameter gjennom hver av de 70 cm PVC stykker av rektangelet slik at midten av hvert hull er 2,5 cm fra basen. Bore det første hullet 40 mm fra siden av hodet tanken; så er av påfølgende hullene 69 mm fra hverandre.
- Sted plast skott kontaktene på 7 mm indre diameter tredd i hvert hull slik at vann for å la hodet tanken. Passe silisium rør 6.5 mm indre diameter på kontaktene. I hver retning, mellom hodet tanken og fôring chambers, koble justerbar ventiler til slangen å kontrollere flyten inn fôring kamrene.
Merk: For å sikre at partiklene forblir suspendert i hodet tank vann og jevnt fordelt over fôring chambers, legge til lufting gjennom tanken med luft steiner eller luft slangen. - Indre er av hver fôring kammer 17,5 cm i lengde x 6 cm bredde x 6 cm i høyden (figur 2b). Bore en 13-mm-diameter hull i midten av en av de 6 cm-sidene, slik at midten av hullet er 15 mm fra bunnen. På motsatt 6 cm side av hvert kammer, bore 13-mm-diameter hull 45 mm fra bunnen.
- Inkluder en forbløffe inne hver fôring kammer; forbløffe er en PVC som er 3 cm høy og 6 cm bred og skal plasseres 3,5 cm fra 6 cm siden av fôring kammer med hull boret 15 mm fra bunnen. Fest forbløffe til bunnen av kammeret slik at vann renner over den.
- Inkluderer andre forbløffe brikke som er bevegelig, 50 mm lang, og T-formet stykke (58 mm bred nederst på T, på 15 mm fra toppen, det utvider til en bredde med 72 mm). Figuren kan forbløffe hvile over fôring kammeret veggene og vannet å strømme under forbløffe i kammeret (figur 2 c). Stedet bevegelige forbløffe 1-2 cm foran bivalve, som tvinger vannstrømmen direkte på bivalve nederst i kammeret.
- Passer hodet kammer og fôring enheten over tabellen gimbal og holde dem på plass med anti-skli matter. Systemet er utformet på denne modulær måte å lette pakking, flytte og lagring.
Figur 2: detaljerte målinger av hodet tanken og fôring kamre. (en) Dette er en tegning av hodet tanken med detaljerte målinger. (b) her er tegningene av fôring kammer detaljerte mål. Stripete linjen indikerer plasseringen av den faste forbløffe. (c) Dette er en tegning og målinger av de bevegelige forbløffe. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
2. flyten kalibrering for fôring Chambers
- Uteksaminert sylinder ved utgangen av en fôring kammer å kalibrere strømningshastigheter, plasserer en 100-mL glass eller plast. Umiddelbart registrere tiden med en stoppeklokke.
- Etter 30 s, fjerne uteksaminert sylinder og kontrollere volumet av vannet samlet. Ideelt sett samle 100 mL vann, som tilsvarer en flyt fra hodet tanken til fôring kamre av 12 L h-1.
Merk: Inntakets 12 L h-1 ble bestemt av tidligere laboratorieforsøk til en homogen fordeling av partikler mellom akvarier uten vann resirkulering.- Hvis volumet av vann som samles inn er ikke innenfor 5 mL til 100 mL mål, Juster strømmen ved lukking eller åpne ventilen mellom hodet tanken og fôring kammeret. Sjekk nye infusjonshastigheten igjen ved å samle vann i 30 s og gjenta dette trinnet til ønsket infusjonshastigheten er oppnådd.
- Gjenta samme kalibreringsprosedyren for hver fôring kammer, inkludert kontroll chambers, før begynnelsen av datainnsamling.
3. forberedelse filtre for metoden Biodeposition
Merk: Bestemmelse av totalt, organiske og uorganiske partikler i vann, pseudofeces og avføring er gjort med 25 mm diameter GF/C glass fiber filtre. Før prøvetaking, kan du kontrollere at filtrene er vasket, tørket, brent, og preweighed. Bruk alltid flat-tip tang for å håndtere filtrene i alle prosesser. Hvis et filter bryter eller har et hull, kaste den uten å bruke den.
- For å vaske filtrene, må du først legge til ca 10 filtre i et beaker med 200 mL destillert vann og rør dem manuelt. Etter 15 s, Merk at tidligere klare vannet har hvite fibrene i det. Dette er løs støv-like glassfiber utgitt av filtrene. Stopp under omrøring.
- Dekanter vannet i begeret og legge til 200 mL destillert vann igjen. Vask filtrene 3 x totalt. Gjenta vaskeprosessen til nok filtre er tilgjengelig til å foreta en full fôring eksperimentere, dvs ca 48 filtre for vannfiltrering hvis eksperimentet varer 2t og vannet er samlet hvert 15 min og 32 filtre for feces og pseudofeces av 16 annet muslinger .
- Tørr filtrene på 60 ° C for minst 1 h. brenne tørkede filtrene i et dempe ovn ved 450 ° C 4 h å fjerne skadelige organisk materiale. Fjerne filtrene fra ovnen, overføre dem til en desiccator, og tillater at filterne skal komme til romtemperatur.
- Veie filtrene på en analytical balanse og registrere vekter. To mulige metoder for å holde orden på filteret vekter er som følger:
- Nummerere hvert filter på svært kanten, utenfor området får prøven under filtrering, bruke en myk blyant. Veie filteret etter nummerering det posten sin nummer og vekt i notepad og lagre filtrene etter veiing dem deres opprinnelige filterlisten.
- Veie hvert filter individuelt og Pakk den i et stykke dempet aluminiumsfolie og registrerer tilsvarende vekten på folien. Lagre innpakket filtrene før brukes i-feltet og skriv ned vekten på en bærbar PC når et utvalg er samlet inn.
4. gut transittiden
- Sted fem annet muslinger individuelt i glass eller plast kanner fylt med 300 mL ambient, ufiltrert sjøvann.
- Legge til 2 mL Tetraselmis sp. monokultur hver kanne og fortegnelse tid hver individuelle bivalve åpnes, som angis med et skall gape.
Merk: Tetraselmis sp. brukes til fastsettelse av transporttid gut fordi det er lett ingested av bivalve arter, og de resulterende avføring er mørk grønn i fargen, skille dem fra brun avføring produsert etter fordøyelsen av en naturlig plankton samfunnet. - Sjekk hver kanne hver 3-5 minutter for å sikre at de annet muslinger forblir åpen og produsere avføring.
- Kontroller at avføring er tett pakket, stram strenger som følge av fordøyelsesprosessen av annet muslinger (Figur 3) og beholder strukturen når pipetted.
- Sikre at samlet innskudd avføring og ikke pseudofeces (Figur 3), som, hvis produsert, produseres umiddelbart som følge av et overskudd av Tetraselmis sp; pseudofeces er lett-pakket, sky-lignende innskudd ikke svelges partikler som raskt resuspend når samlet med en pipette.
Figur 3: illustrasjon av de visuelle forskjellene mellom bivalve feces og pseudofeces. Informasjonsvinduet viser en ribbet blåskjell (Geukensia demissa), med piler som angir produsert feces og pseudofeces. Panelet til høyre viser i detalj grønn feces og pseudofeces produsert etter en filtrering av Tetraselmis sp. monokultur og brun avføring og pseudofeces produsert etter en filtrering av et naturlig planteplankton fellesskap. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
- Når grønn feces vises, registrere tiden for hver individuelle bivalve. Tiden mellom åpning av bivalve og produksjonen av grønne avføring er dens gut transporttid. Gjennomsnittlig gut transitt tider alle fem bivalve replikerer for å få mener gut transporttid til bruk i timing forskyvningen mellom innsamling av vannprøver og fecal prøver.
Merk: Bruk fem replikerer i tilfelle én eller flere annet muslinger mislykkes å åpne eller å produsere avføring. Ideelt sett vil mener gut transporttid være basert på mer enn tre gjentak.
5. prøvetaking
- Oppsamling av vann overfylte fra hodet tanken, vann fra kontroll chambers, som inneholder tomme skall av samme bivalve Art forsøk (to per side) og feces og pseudofeces produsert av hver bivalve. Rengjør annet muslinger epibionts og andre encrusting organismer å unngå filtrering av faunaen før du plasserer de annet muslinger i fôring kamre.
Merk: Annet muslinger i fôring kamre kan flytte rundt, så for å lette samlingen feces og pseudofeces, fikse dem på plass innen hvert kammer med festene (f.eks, Velcro).- Samle 300 mL vann hvert 15 min for 2 h. separat filter overflyt vann og vann fra to av kontroll kamre gjennom preweighed filtre (dvs., 3 filtre per punkt). Skyll filtrene med ~ 5 mL isotonic ammonium formiat mens filtrene er fortsatt på filtrering manifold.
- Forsinke utbruddet av samlingen biodeposit fra samlingen vann av lengden på mener gut transporttid ble det bestemt som beskrevet i del 4 av protokollen. For eksempel hvis transporttid mener gut var 1t, starte samlingen vann snarest annet muslinger i fôring kamre åpne. Etter 1 h, fjerner du kamrene av alle feces og pseudofeces som er produsert, og deretter starte alle etterfølgende avføring og pseudofeces.
- Skyggelegge annet muslinger både fôring chambers og gut transitt beholdere for å øke antall annet muslinger åpner for å mate.
- Samle avføring og pseudofeces seg med en glass pipette og holde biodeposits i en egen beholder (kolbe eller rør) for hver bivalve gjennom 2-h samling perioden. Filtrere biodeposits i hver beholder individuelt på et preweighed filter og skyll med 5 mL isotonic ammonium formiat.
Merk: På slutten av samlingen 2-h, det blir 16 beholdere med avføring samles og 16 beholdere med pseudofeces samlet, totalt 32 beholdere for å filtrere. - Lagre filtrene i Petri retter eller dempet aluminiumsfolie for transport til laboratoriet. Hvis dempet aluminiumsfolie brukes for transport, brett filtrene i to, med filteret materiale på innsiden av bretten, å hindre tap av filtrert materiale gjennom kontakt med folie. Lagre alle filtre i en kjøligere med is.
- I laboratoriet, tørke alle filtre i ovnen på 60 ° C for minst 24 timer.
- Reweigh hvert filter bruker en analytical balanse. Trekk første vekten fra den endelige vekten til å bestemme den totale partikler.
- Brenne alle filtre i dempe ovn ved 450 ° C for 4 h. fjerne filtrene fra ovnen, overføre dem til en desiccator, og tillater at filterne skal komme til romtemperatur. Veie filtrene igjen på en analytical balanse. Trekk brent filter vekten fra tørket filter vekten å bestemme uorganiske partikler.
Merk: Den organiske partikler er differansen mellom den totale svevestøv og uorganiske partikler.
Representative Results
Metoden biodeposition å kvantifisere bivalve fôring er godt etablert og gir en mekanisme for å få omfattende data om filtrering og fôring ytelsen til annet muslinger med naturlig seston i feltet omgivelser. Tidligere programmer av metoden biodeposition kunne utføres bare på land-baserte steder fordi metoden krever en stabil plattform. Studiet av bivalve filtrering og fôring i offshore-vannet krever skip målinger, og skip er ikke stabil nok, under selv calmest forhold. Vi har utviklet og testet tillegg av en gimbal tabell til eksisterende filter-fôring apparater, opprette jevn plattformen kreves du skal bruke metoden biodeposition.
Sammen med den stabile plattformen for annet muslinger filtrere, vi rapportere data demonstrerer en selv partikkel distribusjon over personlige chambers innen fôring apparatet (p = 0.997 fra en generalisering av Welch's test for 20% trimmet betyr23 ; Figur 4). Denne jevn fordeling av suspendert saken angir at leveringen av partikler fra hodet tanken til enkelte kammer er konsekvent; dermed alle annet muslinger er utsatt for samme mat kvantitet og kvalitet og kan betraktes som sann replikerer.
Figur 4: gjennomsnittlig celle overflod i hver fôring kammer under partikkel distribusjon tester av Tom chambers. Dette panelet viser gjennomsnittlig antall planteplankton celler/mL (± SD) i sjøvann fra exit tube hver fôring kammer (merket 1-20) under kvalitet sikkerhet studier for å sikre en jevn distribusjon av partikler i gjennomflytsenhet systemet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Fire skip forsøkene ble utført med tre musling arter i tre steder med svært ulike seston antall og komposisjon (figur 5). De ulike artene studerte kan potensielt være eller er under, oppdrettet off-shore; Vi brukte flere arter for å teste den generelle anvendelighet av apparatet. Blå blåskjell (Mytilus steinsopp) ble brukt i det første eksperimentet Connecticut (CT) og i Massachusetts (MA). Riflet blåskjell (Geukensia demissa) ble brukt i andre CT eksperimentet. Middelhavet blåskjell (Mytilus galloprovincialis) ble brukt i California (CA) eksperimentet. To eksperimenter ble gjennomført i kystnære CT, i Long Island Sound, 1,5 km fra Milford på 12 juni 2013, og 19 juni 2013. Tredje eksperimentet ble gjennomført i kystnære MA, vingård lyd, 1 km fra Menemsha på 23 juli 2013. Fjerde eksperimentet ble gjennomført i offshore CA, 10 km fra stranden 20 August 2013.
Forholdene på disse tre stedene spenner over omfanget av hva som kan forventes i offshore miljøer under evaluering for skalldyr akvakultur. Vann totale svevestøv var høyest i CT, lavere i MA, og laveste i CA (alle p≤ 0,001 fra en generalisering av Dunnett's T3 prosedyre for trimmet midler og en bootstrap -t teknikk23). I kontrast, var organisk innholdet i seston høyest i CA, lavere i MA, og laveste i CT (alle p≤ 0,01 fra en generalisering av Dunnett's T3 prosedyre for trimmet midler og en bootstrap -t teknikk23; Figur 5).
Figur 5: sammensetning og mengde partikler i vann på tre eksperimentelle steder. Dette panelet viser gjennomsnittlig partikler organisk materiale (POM) (± SD; data og feilfelt i grått) og den gjennomsnittlige uorganiske partikler (PIM) (± SD, data i hvitt og feilfelt i svart) fra vannet samlet på 3 ulike eksperimentelle steder. Full bar (grå + hvit) angir den totale svevestøv (TPM). CT 1 = Connecticut eksperiment 1; CT 2 = Connecticut eksperiment 2; MA = Massachusetts eksperimentet. CA = California eksperiment. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Fôring atferd i annet muslinger er både arter-avhengige og avhengig av miljøforhold. Enkeltpersoner justere fôring atferd i henhold til forskjeller i mengden og type (organiske og uorganiske) partikler i vannet. Dermed gjenspeiler resultatene av fire filter-fôring eksperimenter fra tre både plast fysiologiske responsen på mat kvantitet og kvalitet, samt arter forskjeller over tre av fire eksperimenter. Muslinger absorpsjon effektivitet var signifikant høyere i første CT eksperimentet enn i andre, og høyere i første CT eksperimentet enn i CA, men alle andre sammenkoblede sammenligninger var ikke betydelig, sannsynligvis en konsekvens av høye variasjon observert både i MA og CA målinger (betydningen testet på α = 0,05 bør justeres til kontroll for flere tester, fra en generalisering av Dunnett's T3 prosedyre for trimmet midler og en bootstrap -t teknikk; 23figur 6). Andelen av filtrerte materiale ble avvist var høyest i CT, lavere i MA, og null i CA (alle p≤ 0.005 fra en generalisering av Dunnett's T3 prosedyren for trimmet midler og en bootstrap -t teknikk23).
Figur 6: avvisning av totale svevestøv og absorpsjon av organisk materiale av blåskjell i skip prøvelser. Dette panelet viser prosentandelen avvisning og absorpsjon (± SD) av blåskjell i tre eksperimentelle steder. CT 1 = Connecticut eksperiment 1; CT 2 = Connecticut eksperiment 2; MA = Massachusetts eksperimentet. CA = California eksperiment. Blå blåskjell (Mytilus steinsopp) ble brukt i CT 1 og MA. Riflet blåskjell (Geukensia demissa) ble brukt i CT 2. Middelhavet blåskjell (Mytilus galloprovincialis) ble brukt i CA. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Eksperimenter i MA og CA illustrert vanlige problemer som kan oppstå under skiftende forhold. Den høye sjøgang resulterte i en høy relative variasjon i målt organisk innholdet i pseudofeces i MA.
Figur 7: organisk innhold av vann, feces og pseudofeces i tre eksperimentelle plasseringene. Dette panelet viser den gjennomsnittlige prosentandelen av organisk materiale (± SD) i vann og avføring og pseudofeces av tre musling arter i fire forskjellige eksperimenter utført i 3 steder. CT 1 = Connecticut eksperiment 1 med blå blåskjell (Mytilus steinsopp); CT 2 = Connecticut eksperiment 2 med ribbet blåskjell (Geukensia demissa); MA = Massachusetts eksperiment med blå blåskjell; CA = California eksperiment med Middelhavet blåskjell (Mytilus galloprovincialis). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Analytiske problemer ofte forbundet med områder av lav svevestøv ble illustrert i fôring atferd resultater fra CA, der noen små pseudofeces ble først forvekslet med avføring.
Figur 8: effekter av forveksling av biodeposits på fôring atferd dataene fra blåskjell i skip prøvelser. Dette panelet viser eksempeldataene fra California, viser effekten av nettverksinnstillingene liten avføring som pseudofeces i en lav total-partikler-saken (TPM) miljø. I dette tilfellet TPM var for lavt til å utløse en pseudofeces produksjon, men avføringen var så liten at noen ble forvekslet med pseudofeces. Data ble korrigert ved å kombinere feces og "pseudofeces" vekter og bare beregne inntak veien. CR = klareringsrate, mengden vann som sirkulerer gjennom gjellene av blåskjell (L/h); FR = filtrering rente, mengden av partikler beholdt i gjellene (mg/h); AR = absorpsjonshastigheten, mengden av inntatt partikler som absorberes i blåskjell fordøyelsessystem (mg/h). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Case-studier som vist i figur 7 og Figur 8 forklares mer detaljert under diskusjon .
Discussion
Ulike tilnærminger har blitt brukt for filtrering og fôring av annet muslinger både laboratoriet og feltet. Målinger når bruker naturlig seston vil gi fôring priser mest ligner i naturen24. Eksisterende bærbare fôring enheter for måling bivalve fôring25,26 er avhengig av en stabil plattform, for eksempel land eller en fast forankring; dermed kvantifisere bivalve filtrering og fôring i feltet har inntil nå vært begrenset til svært kystnære farvann. Romanen apparater og metoden som presenteres her representerer et pålitelig verktøy for å kvantifisere fôring arbeidsinnsatsen av annet muslinger i offshore vannet der interaksjoner mellom annet muslinger og miljøet har tidligere vært dårlig beskrevet.
De avgjørende skritt i offshore programmet av metoden biodeposition inkluderer følgende: (1) lufting av hodet tanken og kalibrering av strømningshastigheter over alle fôring kammer å sikre en jevn partikkel fordeling til annet muslinger; (2) en nøyaktig bestemmelse av eksperimentelle gut transporttid før samlingen av biodeposits; (3) ID, separasjon og komplett samling av alle feces og pseudofeces produsert av annet muslinger, inkludert innsamling av nok biodeposits å overskride grensen for gjenkjenning for organiske og uorganiske partikler. Høy flow priser er viktig å unngå vannet resirkulering i fôring chambers, som kan øke fenomenet mat konsentrasjon reduksjon på grunn av refiltration18,25,27,28.
Nøyaktig identifikasjon og separasjon av avføring og pseudofeces kan være utfordrende i offshore miljøer. Avføring og pseudofeces i Massachusetts vannet var trolig påvirket av store bølger i løpet av den siste timen av måling. Mål med denne metoden vil være begrenset av havet, påvirker evnen til plukkere å rent skille og nøyaktig skille mellom avføring, pseudofeces og andre partikler materiell (dvs., silt eller partikler) avsatt i fôring kamrene. Eksperimentell problemet kan observeres i resultatdataene, der organiske innholdet i pseudofeces har en større variasjon i resultatene fra Massachusetts enn fra de to andre stedene (figur 7).
Steder med svært lav partikler, for eksempel California, vil presentere en analytisk utfordring, fordi svevestøv samlet i dette eksperimentet var svært nær grensen for påvisning, selv om 2 L vann ble filtrert for hver vannprøve. Metoden for kvantifisere organiske og uorganiske bidrag til den totale svevestøv er basert på masse balanse; Dermed kan små analytisk feil nær grensen for påvisning føre fysiologisk umulig skalldyr fôring resultater, som negative avvisning eller klaring. Data fra denne typen feil, og den aktuelle korreksjonen, illustrert i Figur 8som plott gjennomsnittsverdien for klareringsrate filtrering hastigheten og absorpsjon sats fra California eksperimentet. Avføring mengdene var så lite på dette stedet at noen feil for pseudofeces av biodeposit-plukkere. De svært små mengder "pseudofeces" samlet var svært nær grensen for påvisning av vekt og resultatdataene gitt negative skalldyr filtrering og fôring data for flere gjentak, som er fysiologisk umulig, og dermed åpenbart feil. Svevestøv nær grensen for påvisning også gitt en høye variasjon samlet for dette målet. Disse resultatene kan skyldes en feil i veier filtrene, men mer sannsynlig skyldes feil identifisering av pseudofeces. At sistnevnte ble videre støttet av observasjon at vann totale svevestøv var for lavt til å utløse pseudofeces produksjon22,23. Data ble korrigert av forkaster feil pseudofeces data og bare beregne inntak veien (Figur 8).
Apparatet for kvantifisering bivalve suspensjon fôring med metoden biodeposition ombord båten kan endres og tilpasset flere bivalve arter. Størrelsen på fôring kamrene kan variere litt til bredere eller smalere bivalve skjell. Det er viktig å merke, som å endre dimensjonene av fôring kamre fra beskrevet her krever imidlertid at selv partikkel distribusjon over fôring kamrene opprettes før gjennomføre eventuelle målinger. Volumet av vann filtrert bør justeres basert på de lokale forholdene. Lav-seston miljøer som California krever et større volum av vannet filtrert for å overskride grensen på gjenkjenning for vekt-basert analyse. Samtidig, hvis for mye vann er filtrert, så filtrene tette og tørketid (ikke temperatur) i ovnen må økes. Tilsvarende måtte samlingen biodeposit bli forlenget i lav-seston miljøer å samle nok materiale for å overskride grensen på analytisk gjenkjenning. En annen indikator på en problematisk biodeposit samling er relativ organisk innholdet i vann vs pseudofeces og avføring. Avføring og pseudofeces kan ikke inneholde en betydelig større prosentandel av organisk materiale enn vannet; de er et produkt av filtrert og bearbeidet partikler fra vannet. I enkelte tilfeller kan organisk innholdet i biodeposits være litt større enn vannet grunn av organisk investeringen annet muslinger gjør behandle matpartikler; men vil, denne investeringen på det meste, gi en svak økning i avføringen organisk materiale. Prosentandelen av organisk materiale rapporterte her er langt over prosenten som tilskrives metabolske fecal tap. Pseudofeces prøvene fra Massachusetts illustrerer dette potensielle problemet. Organisk innholdet i pseudofeces var ganske variabel, som nevnt ovenfor, men noen av replikat gitt organisk innhold som sterkt overskredet den tilsvarende vannprøver. Det er mulig at under tung hav av den siste timen av samlingen biodeposit, pseudofeces ble kombinert med eksogene organisk materiale, som kunstig hevet organisk innholdet og gitt fysiologisk umulig resultater (figur 7) . Hvis høy sjøs er en sannsynlig mulighet i fremtiden anvendelser av denne metoden, tillegg av flere gjentak gjennom flere chambers anbefales.
En begrensning av metoden er at apparatet er utformet å kvantifisere fôring av voksne individer. Den nøyaktige og fullstendige samlingen av avføring og pseudofeces fra bivalve frø er vanskelig på grunn av den lille størrelsen på (pseudo) avføring og ville kreve mye lengre eksperimenter for å få nok materiale til å overskride grensen på analytisk gjenkjenning. Hvis liten individer blir brukt, kan flere samordnes i et kammer til øke frekvensen av avføring og pseudofeces per kammer. Alternativt kan enhetene bli redesignet med mye mindre eksperimentelle kamre. Vær- og staten kan også være viktige begrensninger, som dette vil påvirke nøyaktigheten av samlingen biodeposit prøve. Temperaturer og regn kan redusere antall bivalve gjentak det mate. Dybden som vann pumper er deployert kan variere mellom eksperimenter for å sikre seston brukes i forsøkene gjenspeiler seston typisk for dybden som bivalve dyrking oppstår. Til tross for disse potensielle begrensningene tilbyr metoden en unik mulighet for filtrering og fôring av annet muslinger under naturlige forhold, med naturlige seston, i motsetning til simulert forhold i laboratoriet. Dataene som genereres er mye mer realistisk enn laboratorieforsøk og mer sannsynlig å reflektere resultatene av annet muslinger i plasseringen av interesse. Den nye metoden å gjennomføre ombord målinger sterkt utvider potensielle geografiske området.
Den voksende interessen i offshore blåskjell akvakultur presenterer en ideell brukergruppen for fremtidige anvendelser av denne metoden. Interessenter interessert i optimalisere plassering av nye offshore akvakultur operasjoner kan bruke denne tilnærmingen for å undersøke bivalve ytelsen på foreslåtte steder. Et eksempel på et program som er planlagt er å teste hypoteser om optimal dypet for en blå-blåskjell suspensjon kultur i farvann av sørlige New England (Mizuta og Wikfors, i review).
Disclosures
Forfatterne ikke avsløre.
Acknowledgments
Forfatterne ønsker å erkjenne NEFSC og NOAA fiskeri Service Office av havbruk for finansiering. Forfatterne er takknemlige for deres akademiske og bransjepartnere, Scott Lindell, forskning spesialist på Woods Hole oseanografiske Institute, og Phil Cruver, CEO av Catalina havet Ranch, som ordnes og tilgang til offshore blåskjell voksende områder. Arbeidet ville ikke vært mulig uten følgende arbeider plattformer; R/V KCav eid av Catalina havet Ranch, R/V Gemma eies og drives av The Marine Biological Laboratory, og R/V Victor Loosanoff drives av NOAA fiske, nordøst fiskeri Science Center. Vi takker også båt kapteiner Jim Cvitanovich og Bill Klim for sin kompetanse. Werner Schreiner gitt sin tekniske ekspertise i design og fabrikasjon rammer, gimbal tabellen og ballast tank, hodet tank og eksperimentelle 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).
