Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
1. gimbal bord och Matande enhet
- Konstruera och montera tabellen gimbal för att bestå av två ramar, en gimbal tabell och en ballast tank, som visas i figur 1a.
- Bygga den yttersta ram 130 cm lång, 92 cm bred och 90 cm lång med 0,65 cm polyvinylklorid (PVC) lager. Använd rostfria skruvar och muttrar för att bilda ramen.
- Bygga den innersta ram (125 cm lång och 80 cm bred) från 4 x 10 cm polyvinylklorid (PVC) lager. Passa avsnitten kraftigt förstärkt överst på kortsidorna på ramen för att få den inre gimbal ram. Permanent fix rostfritt stål stift för att tillåta den inre ramen att svänga fritt inom den yttre ramen.
- På samma sätt inkludera förstärkta sektioner på långsidorna av inre ramen att rymma rostfritt stål stift monterade i tabellen gimbal, gör det möjligt att svänga fritt.
- Buljongtärning PVC med en flyttbar barlast. Fyll på vattenbehållaren med ballast med 85 kg av havsvatten och infoga en 50 kg zink vikt till botten av ballast tanken; det fungerar som en motvikt till dämpa, men inte begränsa, swing av tabellen.
Obs: Ballast tanken är kopplad till tabellen gimbal av rostfritt stål skruvar och muttrar.
Figur 1: Gimbal bord och utfodring enheter utvecklats för att kvantifiera tvåskaliga suspension utfodring med metoden biodeposition ombord på en båt. (en) i denna panel visas en bild av tabellen monterade gimbal med utfodring enheten. (b) i denna panel visas en schematisk bild av monterade utfodring enheten. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
- Konstruera och montera utfodring enheten, som består av en head tank och 2 uppsättningar av 10 utfodring chambers (figur 1b).
- Bygga huvud tanken med 6,5 mm PVC för att vara 70 cm i längd x 30 cm i bredd x 12 cm i höjd (figur 2a). Borra ett 25 mm diameter hål i mitten av 30-cm vänster på 3 cm från toppen.
- Borra 10 hål 13 mm i diameter genom vart och ett av de 70-cm PVC bitarna av rektangeln så att mitten av varje hål är 2,5 cm från basen. Borra de första hål 40 mm från sidan av huvudet tanken; då är de på varandra följande hål 69 mm från varandra.
- Placera plast skiljevägg anslutningsdon av 7 mm i innerdiameter gängade i varje hål så att vatten att lämna huvudet tanken. Passa silicon slangar på 6,5 mm i innerdiameter på anslutningarna. I mitten av varje tub, mellan huvudet tanken och utfodring kamrarna, Anslut justerbara ventiler till slangen att styra flödet in utfodring kamrarna.
Obs: Säkerställ att partiklarna förblir svävande i huvudet tank vatten och jämnt fördelade över utfodring kamrarna, lägga till luftning i hela tanken med luft stenar eller luftslang. - Inre åtgärder av varje utfodring kammare är 17,5 cm i längd 6 cm i bredd 6 cm i höjd (figur 2b). Borra ett 13 mm diameter hål i mitten av en av de 6 cm sidorna, så att mitten av hålet är 15 mm från botten. På 6-cm motsatssidan av varje kammare, borra ett 13 mm diameter hål 45 mm från botten.
- Inkludera en baffel inuti varje utfodring kammare; baffeln är en PVC-bit som är 3 cm i höjd och 6 cm bred och placeras 3,5 cm från 6-cm sida av utfodring kammaren som har hålet borras 15 mm från botten. Limma baffeln längst ned i kammaren så att vatten rinner över den.
- Inkluderar en andra baffeln pjäs som är flyttbara, 50 mm lång och T-formad bit (58 mm brett längst T, 15 mm från toppen, det vidgar till 72 mm bredd). Formen tillåter baffeln att vila ovanpå utfodring kammaren väggarna och för vattnet att flöda under baffeln i kammaren (figur 2 c). Plats rörliga baffel 1-2 cm framför den tvåskaliga, vilket tvingar vattnet flödar direkt in på Tvåskaligt längst ned i kammaren.
- Passar den head avdelningen och utfodring enhet ovanpå tabellen gimbal och hålla dem på plats med halkskyddande mattor. Systemet är utformat i detta modulära sätt att underlätta packning, flyttar och lagring.
Figur 2: detaljerade mätningar av huvudet tanken och utfodring chambers. (en) Detta är en ritning av huvudet tanken med detaljerade mätningar. (b) Detta är en ritning av en utfodring kammare med detaljerade mätningar. Den randiga raden anger platsen för fast baffeln. (c) Detta är en ritning och mätningar av lös baffeln. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
2. flödet kalibrering för utfodring Chambers
- Graderad cylinder vid utloppet av en utfodring kammare att kalibrera flöden, placera en 100 mL glas eller plast. Omedelbart börja inspelningen tiden med ett stoppur.
- Efter 30 s, ta bort graderade cylindern och kontrollera volymen av det vatten som samlas in. Idealiskt, samla 100 mL vatten, vilket motsvarar ett flöde från huvudet tanken till utfodring avdelningar med 12 L h-1.
Obs: Flödet klassar av 12 L h-1 fastställdes av tidigare laborationer ger en homogen fördelning av partiklar mellan akvarier utan vatten återcirkulation.- Om volymen vatten som samlas in är inte inom 5 mL 100 mL målet, justera flödet genom att stänga eller öppna ventilen ligger mellan huvudet tanken och utfodring kammaren. Kontrollera det nya flödet igen genom att samla vatten för 30 s och upprepa detta steg tills det önskad flödet erhålls.
- Upprepa samma kalibrering proceduren för varje utfodring kammare, inklusive kontroll kamrarna, före början av datainsamlingen.
3. beredning av filter för metoden Biodeposition
Obs: Bestämning av totala, organiska och oorganiska partiklar i vatten, pseudofeces och avföring är gjort med 25 mm diameter GF/C glas fiber filter. Innan provtagning, se till att filtren är tvättade, torkade, brände och preweighed. Använd alltid platt-tip pincett för att hantera filter under alla processer. Om ett filter bryter eller har ett hål, kassera det utan att använda den.
- För att tvätta filtren, först lägga till cirka 10 filter i en bägare med 200 mL destillerat vatten och hetsa dem manuellt. Efter 15 s, Observera att det tidigare klart vattnet har vita fibrer i det; Detta är löst damm-liknande glasfiber släpptes av filtren. Sluta omrörning.
- Häll upp vattnet i bägaren och tillsätt 200 mL destillerat vatten igen. Tvätta filtren 3 x totalt. Upprepa tvättprocessen tills det finns tillräckligt filter att genomföra en fullständig utfodring experimentera, d.v.s. ungefär 48 filter för vattenfiltrering om experimentet varar 2 h och vatten samlas in varje 15 min och 32 filter för avföring och pseudofeces av 16 musslor .
- Torra filter vid 60 ° C för minst 1 h. bränna torkade filtren i en muffelugn på 450 ° C i 4 h att ta bort kontaminerande organiska material. Ta bort filtren från ugnen, överföra dem till en torkapparat och tillåta filtren för att komma till rumstemperatur.
- Tynger en Analysvåg filtren och spela in vikterna. Två möjliga metoder för att hålla reda på filtervikter är följande.
- Numrera varje filter på kanten, utanför det område som får provet under filtrering, med en mjuk blyertspenna. Väga filtret efter numrering den, registrera dess antal och vikt i en anteckningsbok och förvara filtren efter väger dem i deras ursprungliga filterbox.
- Väga varje filter individuellt och sedan Linda in den i en bit av dova aluminiumfolie och den motsvarande vikten på folien. Lagra inslagna filtren tills används i fältet och skriv ner vikten i en anteckningsbok efter ett prov samlas.
4. gut transittid
- Plats fem musslor individuellt i glas eller plast bägare fylld med 300 mL ambient, ofiltrerat havsvatten.
- Tillsätt 2 mL av Tetraselmis sp. monokultur till varje bägare och registrera den tid som varje enskild musslor öppnar, vilket signaleras med en shell gapa.
Anmärkning: Tetraselmis sp. används för bestämning av gut transittiden eftersom det är lätt intas av tvåskaliga arter, och de resulterande avföring är mörkgröna i färgen, att skilja dem från brun avföring produceras efter rötning av en naturlig plankton gemenskapen. - Kontrollera varje bägare var 3-5 min för att säkerställa att musslor förblir öppen och producerande avföring.
- Kontrollera att avföring är tätt packade, snäva strängar som följd av matsmältningen av musslor (figur 3) och behålla sin struktur när pipetteras.
- Säkerställa att de insamlade insättningarna är avföring och inte pseudofeces (figur 3), som, om produceras, produceras omedelbart till följd av ett överskott av Tetraselmis sp; pseudofeces är lätt-packade, cloud-liknande fyndigheter av icke-intas partiklar som snabbt blandas när samlas in med en pipett.
Figur 3: Illustration av de visuella skillnaderna mellan tvåskaliga avföring och pseudofeces. Den vänstra panelen visar en ribbad mussla (Geukensia demissa), med pilar som visar producerade avföring och pseudofeces. Den högra panelen visar i detalj grön avföring och pseudofeces produceras efter en filtrering av Tetraselmis sp. monokultur och brun avföring och pseudofeces produceras efter en filtrering av en naturlig växtplankton gemenskap. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
- När grön avföring visas, Anteckna tiden för varje enskild musslor. Längden av tid mellan öppnandet av Tvåskaligt och dess produktion av grön avföring är dess gut transittid. Genomsnittliga de gut transittider alla fem musslor replikerar för hämtning av genomsnittlig gut transittid att använda i timing förskjutningen mellan insamling av vattenprover och fecal prov.
Obs: Använd fem replikerar ifall en eller flera musslor misslyckas med att öppna eller producera avföring. Idealiskt, genomsnittlig gut transittiden baseras på mer än tre replikat.
5. provtagning
- Samla in prover av vatten överfyllda från huvudet tanken, vatten från kontroll kamrarna, som innehåller tomma skal av samma tvåskaliga art används i experiment (två per sida), och av avföring och pseudofeces som produceras av varje musslor. Ren musslor av epibionts och andra encrusting organismer att undvika filtrering genom andra fauna innan du placerar musslor i utfodring kamrarna.
Obs: Musslor placeras i utfodring kamrarna kan flytta runt, så för att underlätta avföring och pseudofeces insamling, fixa dem inom varje kammare med fästelement (e.g, Velcro).- Samla in 300 mL vatten var 15 min för 2 h. separat filter overflow vattnet och vattnet från två uppsättningar av kontroll kamrarna genom preweighed filter (dvs., 3 filter per tidpunkt). Skölj filtren med ~ 5 mL isoton ammonium formate medan filtren är fortfarande på filtrering grenröret.
- Fördröja uppkomsten av den biodeposit samlingen från samlingen vatten av längden av genomsnittlig gut transittiden som fastställdes som beskrivs i avsnitt 4 i protokollet. Om den genomsnittliga gut transitering tiden var 1 h, starta exempelvis samlingen vatten så snart musslor i utfodring kamrarna öppna. Efter 1 h, tydliga avdelningar med alla avföring och pseudofeces som har producerats och, sedan börja insamling av alla efterföljande avföring och pseudofeces.
- Skugga av musslor i både utfodring kamrarna och tarm transit behållarna att öka antalet musslor som är öppna för foder.
- Samla avföring och pseudofeces separat med glas pipett och hålla biodeposits i en separat behållare (kolv eller tube) för varje musslor under hela insamlingsperioden 2-h. Filtrera på biodeposits i varje container individuellt på ett preweighed filter och skölj dem med 5 mL isoton ammonium formate.
Obs: I slutet av samlingen 2-h, det blir 16 behållare med avföring samlas in och 16 behållare med pseudofeces som samlas in, för sammanlagt 32 behållare att filtrera. - Förvara filtren i petriskålar eller i dovt aluminiumfolie för transport till laboratoriet. Om dova aluminiumfolie är används för transport, första vik filtren på mitten, med filtermaterial på insidan av luckan, att förhindra förlust av filtreras material genom kontakt med folien. Lagra alla filter i en kylare med is.
- I laboratoriet, torka alla filter i ugnen på 60 ° C under minst 24 h.
- Väg om dem varje filter som använder en Analysvåg. Subtrahera den ursprungliga vikten från den slutliga vikten att bestämma den totala partiklar.
- Bränna alla filter i muffelugn på 450 ° C för 4 h. bort filtren från ugnen, överföra dem till en torkapparat och tillåta filtren för att komma till rumstemperatur. Väga in filtren igen på en Analysvåg. Subtrahera den brända filter vikten från torkade filter vikt att bestämma den oorganiska partiklar.
Obs: Den organiska partiklar är skillnaden mellan den totala partiklar och de oorganiska partiklar.
Representative Results
Metoden biodeposition att kvantifiera tvåskaliga utfodring är väl etablerad och tillhandahåller en mekanism för att erhålla omfattande uppgifter om filtrering och utfodring prestanda av musslor med naturliga seston i en miljö med fältet. Tidigare ansökningar av metoden biodeposition kunde föras endast på landbaserade platser eftersom metoden kräver en stadig plattform. Studien av tvåskaliga filtrering och utfodring i offshore-vatten kräver fartyget-baserade mätningar och fartyg är inte tillräckligt stabila, även på lugnaste villkor. Vi har utformat och testat tillägg av en gimbal tabell på befintliga filter-utfodring apparater, att skapa en stadig plattform som krävs för att korrekt använda metoden biodeposition.
Tillsammans med den stabila plattformen för de musslor att filtrera, rapporterar vi uppgifter som visar en jämn fördelning över enskilda avdelningar inom utfodring apparaten (p = 0.997 från en generalisering av Welch's test för 20% trimmade medel23 ; (Se figur 4). Här jämn fördelning av den suspenderat material visar att leveransen av partiklar från huvudet tanken till enskilda chambers är konsekvent. således alla musslor är utsatta för samma mat kvantitet och kvalitet och kan anses vara sant replikerar.
Figur 4: genomsnittlig cell överflöd i varje utfodring kammare under partikel fördelning tester av tom kammare. I denna panel visas det genomsnittliga antalet växtplankton celler/mL (± SD) i havsvatten som samlas in från exit röret av varje utfodring kammare (märkt 1-20) under kvalitet försäkran prövningar för att säkerställa en jämn fördelning av partiklar i det genomströmmande systemet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Fyra ombord prövningar utfördes tre mussla arter på tre platser med mycket olika seston kvantiteten och sammansättningen (figur 5). De olika arterna som studerade potentiellt kan vara, eller är närvarande, odlad offshore; Vi använde flera arter för att testa den allmänna tillämpligheten av apparaten. Blå musslor (Mytilus edulis) användes i den första Connecticut (CT) experimenten och i Massachusetts (MA). Ribbad musslor (Geukensia demissa) användes i det andra CT-experimentet. Medelhavet musslor (Mytilus galloprovincialis) användes i Kalifornien (CA) experimentet. Två experiment genomfördes i kustnära CT, i Long Island-sundet, 1,5 km utanför Milford on 12 juni 2013 och juni 19, 2013. Det tredje experimentet utfördes i kustnära MA, i Vineyard Sound, 1 km utanför Menemsha den 23 juli 2013. Fjärde försöket utfördes i offshore CA, 10 km från Long Beach på augusti 20, 2013.
Förhållandena på dessa tre platser spänner över vad som kunde förväntas i offshore miljöer under utvärdering för skaldjur vattenbruk. Den totala vatten-partiklar var störst i CT, lägre i MA, och lägst i CA (alla p≤ 0,001 från en generalisering av Dunnetts T3 förfarande för trimmade medel och en bootstrap -t teknik23). Däremot var organiskt material för seston störst i CA, lägre i MA, och lägst i CT (alla p≤ 0,01 från en generalisering av Dunnetts T3 förfarandet för trimmade och en bootstrap -t teknik23. (Se figur 5).
Figur 5: sammansättningen och kvantiteten avseende partiklar i vatten vid tre experimentella platser. I denna panel visas den genomsnittliga organiska partiklar (POM) (± SD; data och felstaplar i grå) och den genomsnittliga atmosfäriska oorganiska partiklar (PIM) (± SD; data i vit och felstaplar i svart) från vattnet samlas på 3 olika experimentella platser. Full bar (grå + vit) anger den totala partiklar (TPM). CT 1 = Connecticut experiment 1; CT 2 = Connecticut experiment 2; MA = Massachusetts experiment; CA = California experiment. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Utfodringen beteende i musslor är både artspecifikt och beroende på omgivningsförhållanden. Individer justera deras utfodring beteende enligt skillnader i mängden och typen (organiska och oorganiska) av partiklar i vattnet. Resultaten av de fyra filter-utfodring experiment från tre platser återspeglar således både plast fysiologiska svaret på matvarornas kvantitet och kvalitet, samt arter skillnader över tre av de fyra experiment. Mussla absorptionseffektivitet var betydligt högre i den första CT-experimenten än i andra, och högre i den första CT-experimenten än i CA, men alla andra Parade jämförelser inte var betydande, sannolikt en följd av hög variabilitet hos både den MA och CA mätningarna (betydelsen testas vid α = 0,05, justerat till kontroll för flera tester, från en generalisering av Dunnetts T3 förfarande för trimmade medel och en bootstrap -t teknik; 23figur 6). Andelen filtrerade material som avslogs var högst i CT, lägre i MA, och noll i CA (alla p≤ 0,005 från en generalisering av Dunnetts T3 förfarande för trimmade innebär och en bootstrap -t teknik23).
Figur 6: avvisandet av totala partiklar och absorption av organiskt material av musslorna i de ombordanställda prövningarna. Denna panel visar andel avslag och absorption (± SD) av musslor i tre experimentella platser. CT 1 = Connecticut experiment 1; CT 2 = Connecticut experiment 2; MA = Massachusetts experiment; CA = California experiment. Blå musslor (Mytilus edulis) användes i CT 1 och MA. Ribbad musslor (Geukensia demissa) användes i CT 2. Medelhavet musslor (Mytilus galloprovincialis) användes i CA. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Experimenten i MA och CA illustrerade vanliga problem som kan uppstå under växlande miljöbetingelser. Sjögången staten resulterade i en hög relativ variation i uppmätta organiskt material för pseudofeces i MA.
Figur 7: organiskt innehåll av vatten, avföring och pseudofeces i de tre experimentella platserna. I denna panel visas den genomsnittliga procentsatsen av organiskt material (± SD) i vatten och avföring och pseudofeces av tre mussla arter i fyra olika experiment som utförs på 3 platser. CT 1 = Connecticut experiment 1 med Blåmussla (Mytilus edulis); CT 2 = Connecticut experiment 2 med räfflad musslor (Geukensia demissa); MA = Massachusetts experiment med blåmusslor; CA = California experiment med Medelhavet musslor (Mytilus galloprovincialis). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Analytiska problem som vanligen förknippas med områden med låg partiklar illustrerades i utfodring beteende resultat från certifikatutfärdare, där några små pseudofeces var ursprungligen misstas för avföring.
Figur 8: effekterna av felidentifiering av biodeposits på utfodring beteende data från musslorna i de ombordanställda prövningarna. I denna panel visas exempeldata från Kalifornien, som visar effekten av att felaktigt tolkas små avföring som pseudofeces i en låg totalt-partiklar-frågan (TPM) miljö. I detta fall TPM var för lågt för att utlösa en pseudofeces produktion, men avföring var så liten att några var misstas för pseudofeces. Uppgifterna har korrigerats genom att kombinera avföring och ”pseudofeces” vikter och endast beräkna förtäring smittvägen. CR = Uppklarningsprocenten, mängden vatten som cirkulerar genom gälarna av musslorna (L/h). FR = glomerulär filtrationshastighet, mängden partiklar kvar i gälarna (mg/h). AR = Absorption Rate, mängden insamlade partiklar som absorberas i musslorna matsmältningssystem (mg/h). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Fallstudier som visas i figur 7 och figur 8 förklaras mer i detalj i avsnittet diskussion .
Discussion
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).
Disclosures
Författarna har något att avslöja.
Acknowledgments
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.
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).
