Progettazione e l'uso di un apparato per quantificare bivalvi sospensione alimentazione in mare

Environment
 

Summary

Un dispositivo di scorrimento per utilizzando il metodo biodeposition per quantificare il comportamento di filtrazione e l'alimentazione dei molluschi bivalvi è stato modificato per uso di fiancata della nave. Una tabella bidimensionale gimbal costruita intorno al dispositivo consente di isolare l'apparecchio dal movimento della barca, consentendo in tal modo la quantificazione accurata delle variabili di filtrazione bivalvi in impianti di acquacoltura offshore crostacei.

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Galimany, E., Rose, J. M., Dixon, M. S., Alix, R., Li, Y., Wikfors, G. H. Design and Use of an Apparatus for Quantifying Bivalve Suspension Feeding at Sea. J. Vis. Exp. (139), e58213, doi:10.3791/58213 (2018).

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Abstract

Come l'acquacoltura molluschi si muove da depressioni costiere e degli estuari a posizioni off-shore, la necessità di quantificare le interazioni di ecosistema di allevamento molluschi bivalvi (cioè, cozze, ostriche e vongole) presenta nuove sfide. I dati quantitativi circa il comportamento alimentare di molluschi sospensione-alimentazione sono necessari determinare interazioni importante ecosistema di aziende offshore crostacei, compresa la loro capacità di carico, la concorrenza con la comunità di zooplancton, la disponibilità di risorse trofiche alle diverse profondità e la deposizione di benthos. Il metodo biodeposition viene utilizzato per quantificare alimentazione variabili in sospensione-alimentazione bivalvi in un ambiente naturale e rappresenta un proxy più realistico rispetto a esperimenti di laboratorio. Questo metodo, tuttavia, si basa su una piattaforma stabile per soddisfare i requisiti che portate in dotazione per i molluschi di acqua rimangono costanti e i bivalvi sono indisturbati. Un dispositivo di scorrimento e il processo per l'utilizzo del metodo biodeposition per quantificare l'alimentazione dei molluschi bivalvi sono stati modificati da un formato basato su terra per uso di fiancata della nave con la costruzione di una tabella bidimensionale gimbal intorno al dispositivo. Planimetro dati rivelano un minimo pitch e yaw delle sezioni contenenti i molluschi di prova nonostante il movimento della barca, la velocità di flusso all'interno delle camere rimangono costanti e gli operatori sono in grado di raccogliere la biodeposits (feci e pseudofeces) con sufficiente coerenza per ottenere misure accurate di liquidazione bivalvi, filtrazione, selezione, ingestione, rifiuto e assorbimento a crostacei offshore siti di acquacoltura.

Introduction

Pesca di cattura di selvatici è in declino in tutto il mondo1. Di conseguenza, la crescita futura nel rifornimento di frutti di mare dovrà provenire da un'espansione dell'acquacoltura. La produzione di acquacoltura di pesce è stato crescente e continuerà a crescere rapidamente attraverso 2025, rendendo acquatica agricoltura il più velocemente crescente cibo produzione sistema2. L'allevamento di molluschi bivalvi sospensione-alimentazione (cozze, ostriche, capesante e vongole) è considerato tra le più ecocompatibili forme di acquacoltura, perché questi organismi non richiedono nessuna alimentazione supplementare ma, invece, ottenere nutrizione dal fitoplancton naturale produzione e trasferimento organico importa a organismi bentonici3,4. Infatti, l'acquacoltura molluschi è considerato come uno strumento legittimo per migliorare la qualità dell'acqua e la struttura trofica in estuari eutrofici5,6. Nonostante le prospettive generalmente favorevoli per l'espansione dell'acquacoltura molluschi depressioni costiere e degli estuari, conflitti con altre coste oceaniche interessi quali pesca commerciale e sportiva, attività ricreative e l'estetica desideri di limitazioni della società proprietari terrieri costieri aggregati sotto il termine "capacità sociale"-hanno portato alcuni a guardare al "mare aperto" per l'espansione su larga scala della molluschicoltura7.

Allevamento di molluschi in movimento al largo, in acque aperte, offre un grande potenziale per crostacei espansione dell'acquacoltura, ma presenta anche sfide senza precedenti agli organismi nel ecosistema oceanico8. Primi, l'allevamento, sospensione-alimentazione specie di bivalvi sono organismi d'estuari che si sono evoluti in ambienti che differiscono in molti modi dal mare aperto ecosistema9. Variazioni temporali diurne e stagionali in salinità, temperatura e chimica dell'acqua e l'intensa attività biologica stimolata dalla disponibilità elevata e variabile dei nutrienti nelle acque costiere hanno selezionato per fisiologici e comportamentali caratteristiche di cozze, ostriche, capesante e vongole che possono conferire poco beneficio in relativamente costante, diluire oceano ambiente10. Molluschi bivalvi sono conosciuti per rispondere a questi cambiamenti ambientali regolando la loro filtrazione per approfittare dei periodi di buona qualità dell'acqua e ottimizzare il loro cibo acquisizione11,12. In un ambiente più costante, come acque aperte, non è chiaro se bivalvi regolerà i loro tassi di pompaggio e filtrazione efficace per mantenere un bilancio energetico positivo per una crescita rapida. La seconda sfida di allevamento di crostacei offshore è anche legata alla disponibilità di cibo relativamente basso seston nell'oceano. Con densità di fitoplancton essendo molto inferiore offshore che negli estuari, saranno le specie di bivalvi attualmente coltivato con successo in estuari trovare cibo a sufficienza per mantenere la crescita ed il metabolismo? Pratiche attuali impiegando linee, calzini, gabbie o altri contenitori per contenere crostacei negli estuari causare filtri tridimensionali che possono vuotare il fitoplancton localmente anche in acque costiere, eutrofico13,14. Ipotesi sulla cultura design, la densità, la spaziatura delle linee, del cambio e raccolto tempo ciclo potrebbe essere necessario essere ripensato nell'oceano aperto per gestire sia la capacità di carico di produzione della fattoria e la capacità di carico ecologica dell'ecosistema marino locale 15 , 16. crostacei intensivo allevamento praticato nearshore debbano essere modificati per essere compatibile con l'ambiente Diluire dell'oceano.

Per avanzare la nostra comprensione di come costiere allevamento di crostacei pratiche potrebbero essere necessario essere modificati per avere successo al largo, dati quantitativi sull'interagiscono di crostacei con il seston presente in sedi offshore proposto come potenziali siti di fattoria sono essenziali. Una serie di tecniche per la quantificazione di filtrazione, gioco, ingestione, rifiuto e assorbimento di particelle di sospensione-alimentazione molluschi bivalvi è stati sviluppati17,18. Alcuni di questi metodi sono stati ottimizzati per rilevare variazioni su periodi di tempo molto breve, la selezione tra tipi di particelle diverse, o risposte fisiologiche a diverse variazioni ambientali19,20,21 . Recentemente, i perfezionamenti di ciò che viene definito il metodo di biodeposition hanno condotto all'accettazione di questo approccio come un legittimo strumento per quantificare la maggior parte della filtrazione importante e di alimentazione variabili in cozze, ostriche e vongole17,22 .

Il metodo di biodeposition, in generale, utilizza un approccio di bilancio di massa, con il componente inorganico seston come un elemento tracciante, per quantificare il partizionamento di crostacei individuale dei componenti organici ed inorganici seston in proporzioni catturate, respinto, ingerito, e assorbito nel corso di un lasso di tempo di ore17. Per questo approccio essere precisi, è estremamente importante che le portate di acqua consegnati ai singoli crostacei sono costanti e precisamente conosciuta e che i molluschi non sono disturbati fisicamente in modo che mantengono il loro comportamento di filtrazione costante. È inoltre necessario sincronizzare la raccolta dell'acqua campioni al momento dell'ingestione bivalve con la raccolta di campioni di feci prodotte dopo la digestione (cioè, egestion). Questi due processi (ingestione ed egestion) sono compensati da quanto tempo che ci vuole per un particolato di transito attraverso l'intestino di bivalve. L'intestino di transito rappresenta ora il tempo trascorso tra l'ingestione di cibo e il rilascio di materiale non digerito sotto forma di feci. Inoltre, da un punto di vista pratico, biodeposits bisogno di essere raccolti quantitativamente dal ricercatore prima che essi sono disaggregati per moto d'acqua. Per questi motivi, apparecchi e procedure per la quantificazione di bivalvi filtrazione utilizzando il metodo di biodeposition sono state limitate a posizioni molto nearshore dove una stabile piattaforma-terraferma o un molo fisso-è abbastanza vicino alla popolazione di crostacei, l'essere studiato. Per il metodo di biodeposition essere utilizzato al largo, era necessario trovare un modo per soddisfare le esigenze di metodo per una piattaforma stabile a bordo di una barca.

Secoli fa, naviganti che cercano di risolvere lo stesso problema di base di come isolare la fiancata della nave articoli dal movimento della nave ha sviluppato la sospensione cardanica. Un giunto cardanico introduce uno o più perni tra la piattaforma collegata alla nave e l'articolo essendo isolato, permettendo l'articolo isolato rispondere più alla forza di gravità rispetto al movimento della nave. Abbiamo impiegato forse i perni di disegno-perno giunto cardanico più semplici a 90° angoli-con la progettazione di un apparecchio per volta da quello segnalato da Galimany e colleghi di lavoro22. Nella presente relazione, l'efficace funzionamento dell'apparecchio viene convalidata misurando: 1) il movimento della tavola con crostacei chambers rispetto al moto barca, 2) la consistenza delle portate fino a 20 di replicare chambers mentre in mare e 3) il dati di filtrazione da cozze testato in tre sedi offshore a bordo di tre navi diverse.

Protocol

1. giunto cardanico tavolo e dispositivo d'alimentazione

  1. Costruire e assemblare la tabella gimbal per consistere di due telai, una tabella di giunto cardanico e una zavorra, come mostrato in Figura 1a.
    1. Costruire il telaio ultraperiferiche 130 cm di lunghezza, 92 cm largo e 90 cm di altezza utilizzando stock di cloruro di polivinile (PVC) 0,65 cm. Utilizzare dadi e bulloni in acciaio inox per formare il telaio.
    2. Costruire il telaio più interno (125 cm di lunghezza e largo 80 cm) da 4 x 10 cm di cloruro di polivinile (PVC) magazzino. Montare le sezioni pesantemente rinforzate nella parte superiore dei lati corti del telaio a ricevere il telaio interno gimbal. Risolvere definitivamente i perni in acciaio inox per consentire la cornice interna di oscillare liberamente all'interno della cornice esterna.
    3. Analogamente, includere sezioni rinforzate sui lati lunghi del telaio interno per ospitare perni in acciaio inox montati nella tabella gimbal, permettendogli di oscillare liberamente.
    4. Dado da brodo il PVC con una zavorra rimovibile. Riempire il serbatoio di zavorra con 85 kg di acqua di mare e inserire un peso di 50 kg zinco fino in fondo di zavorra; Esso agisce come un contrappeso a smorzare, ma non limitare, l'oscillazione della tabella.
      Nota: Di zavorra è associata alla tabella gimbal mediante bulloni e dadi di acciaio inossidabile.

Figure 1
Figura 1: giunto cardanico tavolo e alimentazione dispositivi sviluppati per quantificare bivalvi sospensione alimentazione utilizzando il metodo di biodeposition a bordo di una barca. (un) questo pannello mostra un'immagine della tabella gimbal assemblato con il dispositivo d'alimentazione. (b) questo pannello mostra un disegno schematico del traino montato. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

  1. Costruire e assemblare il dispositivo d'alimentazione, che è costituito da un serbatoio di testa e 2 set di 10 alimentazione chambers (Figura 1b).
    1. Costruire il carro armato capo utilizzando 6,5 mm PVC da 70 cm di lunghezza x 30 cm in larghezza x 12 cm in altezza (Figura 2a). Praticare un foro di diametro 25 mm al centro del lato sinistro 30 cm a 3 cm dall'alto.
    2. Eseguire 10 fori di 13 mm di diametro attraverso ciascuno dei pezzi in PVC 70 cm del rettangolo affinché il centro di ogni foro è di 2,5 cm dalla base. Il primo foro 40 mm dal lato del serbatoio testa; quindi, i centri dei fori consecutivi sono 69 mm l'una da altra.
    3. Connettori di plastica paratia di luogo di 7 mm di diametro interno filettato in ogni foro per permettere all'acqua di lasciare il serbatoio di testa. Misura tubo in silicone di 6,5 mm di diametro interno sui connettori. Nel mezzo di ciascun tubo, tra il serbatoio di testa e gli alloggiamenti di alimentazione, collegare valvole regolabili per il tubo per controllare il flusso entrando gli alloggiamenti d'alimentazione.
      Nota: Per garantire che le particelle rimangono sospese nell'acqua serbatoio testa e uniformemente distribuita tra gli alloggiamenti d'alimentazione, aggiungere aerazione per tutto il serbatoio usando pietre di aria o tubo dell'aria.
    4. Dimensioni interne di ogni camera di alimentazione sono 17,5 cm in lunghezza x 6 cm in larghezza x 6 cm in altezza (Figura 2b). Praticare un foro di diametro 13 mm al centro di uno dei lati 6 cm, così che il centro del foro è di 15 mm dal fondo. Sul lato opposto-6cm di ogni alloggiamento, praticare un foro di diametro 13 mm 45 mm dal fondo.
    5. Includere un deflettore all'interno di ogni camera di alimentazione; il deflettore è un pezzo di PVC che è 3 cm di altezza e 6 cm di larghezza e deve essere inserito 3,5 cm dal lato di 6 cm della camera di alimentazione che ha il foro 15 mm dal fondo. Incollare il deflettore sul fondo della camera di modo che l'acqua scorre su di esso.
    6. Includere un secondo pezzo di deflettore che è mobile, un pezzo di lunghe e a forma di T di 50 mm (58 mm di larghezza nella parte inferiore della T, a 15 mm dall'alto; si allarga ad una larghezza di 72 mm). La forma permette il deflettore al riposo in cima le pareti della camera d'alimentazione e per l'acqua a fluire sotto il deflettore in aula (Figura 2C). Posto il movable deflettore 1-2 cm davanti i bivalvi, che costringe il flusso dell'acqua direttamente sul bivalvi nella parte inferiore della camera.
    7. Montare la testa camera e dispositivo d'alimentazione in cima alla tabella di giunto cardanico e tenerli in luogo con tappetini antiscivolo. Il sistema è progettato in questo modo modulare per facilitare l'imballaggio, lo spostamento e l'archiviazione.

Figure 2
Figura 2: misure del serbatoio testa dettagliate e alimentazione chambers. (a) si tratta di un disegno del serbatoio testa con le misure dettagliate. (b) questo è un disegno di una alimentazione camera con le misure dettagliate. La linea a strisce indica la posizione del deflettore fisso. (c) si tratta di un disegno e le misure del deflettore mobile. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

2. flusso di calibrazione per l'alimentazione di Chambers

  1. Per calibrare le portate, collocare un cilindro graduato in plastica 100 mL vetro all'uscita di una camera di alimentazione. Iniziare immediatamente la registrazione del tempo con un cronometro.
  2. Dopo 30 s, togliere il cilindro graduato e controllare il volume dell'acqua raccolto. In teoria, raccogliere 100 mL di acqua, che equivale a un flusso dal serbatoio testa agli alloggiamenti d'alimentazione di 12 L h-1.
    Nota: La portata di 12 L h-1 è stata determinata da precedenti esperimenti di laboratorio per produrre una distribuzione omogenea delle particelle tra acquari senza ricircolo dell'acqua.
    1. Se il volume di acqua raccolta è non all'interno di 5 mL di destinazione 100 mL, è possibile regolare il flusso chiudendo o aprendo la valvola situata tra il serbatoio di testa e la camera di alimentazione. Controllare nuovamente il nuovo tasso di flusso attraverso la raccolta di acqua per 30 s e ripetere questo passo fino ad ottenuta la portata desiderata.
  3. Ripetere la stessa procedura di calibrazione per ogni camera di alimentazione, comprese le camere di controllo, prima dell'inizio della raccolta.

3. preparazione dei filtri per il metodo di Biodeposition

Nota: La determinazione del particolato totale, organico e inorganico in acqua, pseudofeces e le feci è effettuata utilizzando filtri di fibra vetro GF/C 25 mm di diametro. Prima la raccolta del campione, assicurarsi che i filtri sono lavati, asciugati, bruciati e prepesati. Utilizzare sempre piatto-punta forcipe per gestire i filtri durante tutti i processi. Se un filtro si rompe o ha un buco, eliminarlo senza utilizzarlo.

  1. Per lavare i filtri, in primo luogo, aggiungere circa 10 filtri in un becher con 200 mL di acqua distillata e mescolare manualmente. Dopo 15 s, nota che l'acqua precedentemente chiara ha fibre bianche in esso; Queste sono sciolti in vetroresina di polvere-come rilasciata dai filtri. Smettere di mescolare.
  2. Decantare l'acqua nel bicchiere e aggiungere 200 mL di acqua distillata nuovamente. Lavare i filtri 3 x in totale. Ripetere il processo di lavaggio fino a quando non abbastanza filtri sono disponibili per condurre un'alimentazione completa sperimentare, vale a dire circa 48 filtri per filtrazione dell'acqua se l'esperimento dura 2h e acqua è raccolto ogni 15 min, e 32 filtri per le feci e le pseudofeces di 16 bivalvi .
  3. Asciutto i filtri a 60 ° C per almeno 1 h. bruciano i filtri essiccati in un forno a muffola a 450 ° C per 4 h rimuovere qualsiasi materiale organico contaminante. Rimuovere i filtri dalla fornace, trasferirli in un essiccatore e consentono i filtri per venire a temperatura ambiente.
  4. Pesare i filtri su una bilancia analitica e registrare i pesi. Due possibili metodi per tenere traccia dei pesi dei filtri sono come segue.
    1. Numero ogni filtro sul bordo, all'esterno dell'area che riceverà il campione durante la filtrazione, utilizzando una matita morbida. Pesare il filtro dopo la numerazione e, registrare il numero e il peso in un notebook e memorizzare i filtri dopo la pesatura loro nella loro scatola filtro originale.
    2. Pesare individualmente ciascun filtro e poi avvolgerlo in un pezzo di carta stagnola ovattato e registrare il peso corrispondente sulla lamina. Conservare i filtri avvolti fino a quando non utilizzato nel campo e annotare il peso in un notebook dopo che un campione è raccolto.

4. tempo di transito intestinale

  1. Il cinque bivalve posto singolarmente in vetro o bicchieri di plastica riempito con 300 mL di acqua di mare ambiente, non filtrata.
  2. Aggiungere 2 mL di monocoltura di Tetraselmis SP. a ciascun becher e registrare il tempo si apre la finestra di ogni individuali bivalvi, che viene segnalato da un gape shell.
    Nota: Tetraselmis SP. viene utilizzato per la determinazione del tempo di transito intestinale perché prontamente è ingerito da specie di bivalvi, e le feci risultanti sono verde scuro a colori, differenziandoli dai feces marrone prodotta dopo la digestione di un naturale Comunità di plancton.
  3. Controllare ogni bicchiere ogni 3-5 minuti per assicurarsi che i bivalvi rimangano aperte e produce feci.
    1. Verificare che le feci sono densamente imballato, strette stringhe risultante dal processo di digestione di bivalvi (Figura 3) e mantengono la loro struttura quando dispensato.
    2. Garantire che i depositi raccolti sono le feci e non pseudofeces (Figura 3), che, se prodotto, vengono prodotte immediatamente a seguito di un eccesso di Tetraselmis sp; pseudofeces sono leggermente-imballato, nube-come i depositi di particelle non ingerito che rapidamente risospendere quando raccolti con una pipetta.

Figure 3
Figura 3: illustrazione delle differenze visive tra feci bivalvi e pseudofeces. Il pannello di sinistra mostra una cozza a costine (Geukensia demissa), con le frecce che indicano le feci prodotte e pseudofeces. Il pannello di destra mostra in dettaglio le feci verde e pseudofeces prodotto dopo una filtrazione di monocoltura di Tetraselmis SP. e le feci marrone e le pseudofeces prodotte dopo una filtrazione di una comunità naturale di fitoplancton. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

  1. Quando feci verde appaiono, registrare il tempo per ogni singolo bivalvi. La lunghezza di tempo tra l'apertura del bivalve e la sua produzione di feci verde è il tempo di transito dell'intestino. Media i tempi di transito intestinale di tutti i cinque bivalve replica per ottenere il tempo di transito dell'intestino medio da utilizzare in tempi l'offset tra la raccolta di campioni di acqua e i campioni fecali.
    Nota: Uso cinque replica nel caso in cui uno o più bivalvi fallire per aprire o per produrre feci. Idealmente, il tempo di transito dell'intestino medio si baserà più di tre replicati.

5. campionario

  1. Raccogliere campioni di acqua traboccante dal serbatoio di testa, di acqua dalle camere di controllo, che contengono i gusci vuoti della stessa specie di bivalvi utilizzati negli esperimenti (due per lato) e di feci e pseudofeces prodotto da ogni bivalvi. Pulire i bivalvi di epibionti e altri organismi incrostanti per evitare filtrazione di altra fauna prima di mettere i bivalvi nelle camere di alimentazione.
    Nota: Bivalvi collocati nell'alimentazione alloggiamenti possono muoversi, così per facilitare la raccolta di feci e pseudofeces, fissarli all'interno di ogni camera usando dispositivi di fissaggio (ad esempio, Velcro).
    1. Raccogliere 300 mL di acqua ogni 15 min per 2 h. separatamente filtro acqua overflow e l'acqua dalle due insiemi delle sezioni di controllo attraverso filtri prepesati (cioè, 3 filtri per punto di tempo). Sciacquare i filtri con ~ 5 mL di formiato di ammonio isotonica, mentre i filtri sono ancora sul collettore di filtrazione.
    2. Ritardare l'insorgenza della collezione biodeposit dalla raccolta acqua dalla lunghezza del tempo di transito dell'intestino medio che è stata determinata come descritto nella sezione 4 del protocollo. Ad esempio, se il tempo di transito dell'intestino medio è stato di 1h, inizia la raccolta di acqua appena apre i bivalvi nelle camere di alimentazione. Dopo 1 h, deselezionare gli alloggiamenti di tutte le feci e pseudofeces che sono state prodotte e, quindi, inizia la raccolta di tutti i successive feci e pseudofeces.
      1. Ombreggiare i bivalvi in camere di alimentazione e i contenitori di transito dell'intestino per aumentare il numero di molluschi bivalvi che si aprono al feed.
    3. Raccogliere le feci e pseudofeces separatamente con una pipetta di vetro e mantenere il biodeposits in un contenitore separato (boccetta o tubo) per ogni bivalvi durante tutto il periodo di raccolta 2-h. Filtrare il biodeposits in ogni contenitore singolarmente su un filtro prepesato e risciacquarli con 5 mL di formiato di ammonio isotonica.
      Nota: Alla fine della raccolta 2-h, ci saranno 16 contenitori con feci raccolte e 16 contenitori con pseudofeces raccolti, per un totale di 32 contenitori per filtrare.
    4. Memorizzare i filtri in piastre di Petri o in ovattato di alluminio per il trasporto al laboratorio. Se ovattato foglio di alluminio è utilizzato per il trasporto, piegare prima i filtri a metà, con il materiale filtrante all'interno della piega, per evitare qualsiasi perdita di filtrato materiale attraverso il contatto con la pellicola. Conservare tutti i filtri in un secchiello con ghiaccio.
    5. In laboratorio, asciugare tutti i filtri in forno a 60 ° C per almeno 24 h.
    6. Ripesare ogni filtro utilizzando una bilancia analitica. Sottrarre il peso iniziale dal peso finale per determinare il particolato totale.
    7. Masterizzare tutti i filtri nel forno a muffola a 450 ° C per 4 h. rimuovere i filtri dalla fornace, trasferirli in un essiccatore e consentono i filtri per venire a temperatura ambiente. Pesare i filtri nuovamente su una bilancia analitica. Sottrarre il peso del filtro bruciato dal peso secco filtro per determinare il particolato inorganico.
      Nota: Il particolato organico è la differenza tra il particolato totale e particolato inorganico.

Representative Results

Il metodo biodeposition per quantificare alimentazione bivalvi è ben consolidato e fornisce un meccanismo per ottenere dati completi sulla filtrazione e prestazioni d'alimentazione di bivalvi utilizzando seston naturale in un ambiente di campo. Precedenti applicazioni del metodo biodeposition potevano essere condotte solo alle posizioni basate su Riva perché il metodo richiede una piattaforma stabile. Lo studio della filtrazione bivalvi e alimentazione in off-shore nelle acque richiede misure basate sulla nave, e navi non sono abbastanza, stabile anche nelle condizioni più tranquille. Abbiamo progettato e testato l'aggiunta di una tabella di giunto cardanico a esistente apparato filtratori, per creare la piattaforma stabile, necessaria per utilizzare correttamente il metodo di biodeposition.

Insieme alla piattaforma stabile per i bivalvi filtrare, segnaliamo che i dati che dimostrano una distribuzione di particelle anche attraverso singole camere all'interno dell'apparato di alimentazione (p = 0.997 da una generalizzazione del test di Welch per 20% parzialmente rasato significa23 ; Figura 4). Questa distribuzione uniforme della materia sospesa indica che la consegna delle particelle dal serbatoio di testa a singole camere è coerenza; così, tutti i bivalvi sono esposti alla stessa quantità di cibo e la qualità e possono essere considerati vero replica.

Figure 4
Figura 4: media abbondanza di cella in ogni camera di alimentazione durante i test di distribuzione della particella di alloggiamenti vuoti. Questo pannello mostra il numero medio di fitoplancton cellule/mL (± SD) in acqua di mare raccolto dal tubo di uscita di ogni camera di alimentazione (contrassegnato da 1-20) durante le prove di garanzia della qualità per assicurare una distribuzione uniforme delle particelle nel sistema di flusso continuo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Quattro prove di fiancata della nave sono state condotte con tre specie di mitili in tre posizioni con quantità molto differenti seston e composizione (Figura 5). Le diverse specie studiate possono potenzialmente essere, o sono attualmente in fase, allevamento off-shore; Abbiamo usato specie multiple per verificare l'applicabilità generale dell'apparato. Mitili (Mytilus edulis) sono stati utilizzati nel primo esperimento di Connecticut (CT) e nel Massachusetts (MA). Cozze a costine (Geukensia demissa) sono stati utilizzati nel secondo esperimento CT. Mitilo mediterraneo (Mytilus galloprovincialis) sono stati usati nell'esperimento California (CA). Due esperimenti sono stati condotti in Costiera CT, nel Long Island Sound, a 1,5 km al largo di Milford on 12 giugno 2013 e il 19 giugno 2013. Il terzo esperimento è stato condotto in Costiera MA, nel suono di vigneto, 1 km al largo di Menemsha il 23 luglio 2013. Il quarto esperimento è stato condotto in offshore CA, 10 km al largo di Long Beach il 20 agosto 2013.

Le condizioni a queste tre posizioni coprono la gamma di ciò che potrebbe essere previsto in ambienti offshore in corso di valutazione per l'acquacoltura di crostacei. Il particolato totale acqua era più alto in CT, inferiore a MA e il più basso in CA (tutti p≤ 0,001 da una generalizzazione della procedura di T3 di Dunnett per profilati mezzi e un bootstrap -t tecnica23). Al contrario, il contenuto organico del seston era più alto in CA, inferiore a MA e il più basso in CT (tutti p≤ 0,01 da una generalizzazione della procedura di T3 di Dunnett per profilati mezzi e un bootstrap -t tecnica23; Figura 5).

Figure 5
Figura 5: composizione e la quantità di particolato in acqua nei tre percorsi sperimentali. Questo pannello mostra il medio particolato organico (POM) (± SD; dati e barre di errore in grigio) e la media di particolato inorganico (PIM) (± SD; dati in bianco e barre di errore in nero) dall'acqua raccolti in 3 diverse località sperimentale. Il full bar (grigio + bianco) indica il particolato totale (TPM). CT 1 = esperimento Connecticut 1; CT 2 = esperimento Connecticut 2; MA = esperimento Massachusetts; CA = esperimento di California. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Comportamento alimentare in bivalvi è sia specie-dipendente e subordinata a condizioni ambientali. Gli individui regolare loro comportamento alimentare secondo le differenze nella quantità e tipo (organico ed inorganico) del particolato nell'acqua. Così, i risultati dei quattro esperimenti filtratori da tre posizioni riflettono entrambi la risposta fisiologica in plastica per quantità di cibo e qualità, come pure le differenze di specie in tre dei quattro esperimenti. Efficienza di assorbimento di cozze era significativamente superiore nel primo esperimento CT nella seconda e più in alto nel primo esperimento CT rispetto a CA, ma tutti gli altri confronti accoppiati non erano significativi, probabilmente una conseguenza dell'elevata variabilità osservata in entrambi i MA e le misurazioni di CA (il significato testato a α = 0.05, regolata al controllo per test multipli; da una generalizzazione della procedura di T3 di Dunnett per profilati mezzi e una bootstrap - tecnicat ; 23Figura 6). La proporzione di materiale filtrato che era stata respinta era più alta in CT, inferiore a MA e zero nel CA (tutti p≤ 0,005 da una generalizzazione della procedura di T3 di Dunnett per profilati mezzi e un bootstrap -t tecnica23).

Figure 6
Figura 6: rifiuto del particolato totale e assorbimento della sostanza organica dalle cozze nelle prove fiancata della nave. Questo pannello mostra la percentuale di rifiuto e l'assorbimento (± SD) di cozze in tre percorsi sperimentali. CT 1 = esperimento Connecticut 1; CT 2 = esperimento Connecticut 2; MA = esperimento Massachusetts; CA = esperimento di California. Mitili (Mytilus edulis) sono stati utilizzati in CT 1 e MA. Cozze a costine (Geukensia demissa) sono stati utilizzati in CT 2. Mitilo mediterraneo (Mytilus galloprovincialis) sono stati utilizzati in CA. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Gli esperimenti in MA e CA illustrati problemi comuni che possono sorgere durante il cambiamento delle condizioni ambientali. Lo stato di alto mare è provocato da un'alta variabilità relativa nel contenuto organico misurato di pseudofeces in MA.

Figure 7
Figura 7: contenuto organico dell'acqua, feci e pseudofeces in tre percorsi sperimentali. Questo pannello mostra la percentuale media di materia organica (± SD) nell'acqua e feci e pseudofeces delle tre specie di mitili in quattro diversi esperimenti eseguiti in 3 posizioni. CT 1 = esperimento di Connecticut 1 con mitili (Mytilus edulis); CT 2 = esperimento di Connecticut 2 con cozze a costine (Geukensia demissa); MA = esperimento di Massachusetts con cozze blu; CA = esperimento di California con il mitilo mediterraneo (Mytilus galloprovincialis). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Problemi analitici comunemente associati con aree di basso particolato sono stati illustrati in risultati di comportamento d'alimentazione da CA, dove alcune piccole pseudofeces erano inizialmente scambiato per le feci.

Figure 8
Figura 8: effetti dell'errata identificazione del biodeposits dei dati di comportamento d'alimentazione dalle cozze nelle prove fiancata della nave. Questo pannello mostra i dati di esempio dalla California, che mostrano l'effetto di errore piccole feci come pseudofeces in un ambiente di (TPM) totale particolato poco. In questo caso, il TPM era troppo basso per innescare una produzione di pseudofeces, ma le feci erano così piccole che alcuni sono stati scambiati per pseudofeces. I dati sono stati corretti che unisce i pesi di feci e "pseudofeces" e solo calcolando il pathway di ingestione. CR = velocità di eliminazione, la quantità di acqua che circola attraverso le branchie delle cozze (L/h); FR = tasso di filtrazione, la quantità di particelle mantenute nelle branchie (mg/h); AR = tasso di assorbimento, la quantità di particolato ingerito che viene assorbito nel sistema digestivo dei mitili (mg/h). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Studi di caso illustrati nella Figura 7 e Figura 8 sono spiegati più dettagliatamente nella sezione discussione .

Discussion

Diversi approcci sono stati usati per studiare la filtrazione e l'alimentazione di molluschi bivalvi in laboratorio e sul campo. Misurazioni effettuate quando usando naturale seston produrrà alimentazione prezzi più simili a quelli in ambiente naturale24. Dispositivi alimentazione portatili esistenti per misurazione bivalvi alimentazione25,26 dipendono da una piattaforma stabile, come la terra o un dock fisso; così, quantificare bivalvi filtrazione e alimentazione nel campo, finora, era limitata a molto vicino-shore nelle acque. Il romanzo apparato e metodo presentato qui rappresentano uno strumento affidabile per quantificare le prestazioni d'alimentazione di molluschi bivalvi nelle acque al largo dove le interazioni tra bivalvi e l'ambiente precedentemente sono stati descritte male.

I passaggi critici all'interno dell'applicazione offshore del metodo biodeposition includono i seguenti: (1) l'areazione del carro armato il capo e la taratura delle portate attraverso tutti gli alloggiamenti di alimentazione per garantire una distribuzione uniforme delle particelle per i bivalvi; (2) una determinazione accurata del tempo di transito intestinale sperimentale prima della raccolta di biodeposits; (3) l'identificazione, la separazione e la raccolta completa di tutte le feci e pseudofeces prodotto dai bivalvi, compresa la raccolta di sufficiente biodeposits di superare il limite di rilevazione per le particelle organiche e inorganiche. Alte portate sono essenziali per evitare il ricircolo di acqua nelle camere di alimentazione, che può aumentare il fenomeno di riduzione di concentrazione di cibo a causa di refiltration18,25,27,28.

L'accurata identificazione e separazione di feci e pseudofeces può essere impegnativo in ambienti offshore. La raccolta di feci e pseudofeces nelle acque di Massachusetts probabilmente è stata influenzata pesante mari durante l'ultima ora della misurazione. Le misurazioni con questo metodo saranno vincolate dallo stato del mare, che interessano la capacità di raccoglitori per separare correttamente e accuratamente distinguere tra feci, pseudofeces e altri materiale particolato (cioè, limo o particelle) depositato in Le camere di alimentazione. Questo problema sperimentale può essere osservato nei dati risultanti, dove il contenuto organico della pseudofeces ha una maggiore variabilità nei risultati del Massachusetts che dalle altre due posizioni (Figura 7).

Posizioni con particolato molto basso, come la California, presenterà una sfida analitica, perché il particolato raccolto in questo esperimento era molto vicino al limite di rilevazione, anche se 2 L di acqua è stato filtrato per ciascun campione di acqua. Il metodo di quantificare i contributi organici ed inorganici per il particolato totale è basato sul bilancio di massa; così, piccoli errori analitici vicino al limite di rilevamento possono causare nei molluschi fisiologicamente Impossibile alimentazione risultati, ad esempio tassi negativi di rifiuto o di liquidazione. Dati derivanti da questo tipo di errore e la correzione appropriata, sono illustrati nella Figura 8, che traccia il valore medio per la velocità di eliminazione, il tasso di filtrazione e il tasso di assorbimento dell'esperimento di California. La quantità di feci erano così piccoli in questa posizione che alcuni furono scambiati per pseudofeces dai raccoglitori di biodeposit. Le piccole quantità di "pseudofeces" raccolti erano estremamente vicino al limite di rilevazione di peso e i dati risultanti ha reso negativo crostacei filtrazione e alimentazione dati per diverse repliche, che è fisiologicamente impossibile e, quindi, Ovviamente non corretto. Particolato vicino al limite di rilevazione ha reso anche un'alta variabilità nel complesso per questa misura. Questi risultati potrebbero essere causati da un errore nella pesatura i filtri ma, più probabilmente, era dovuto l'identificazione errata di pseudofeces. La possibilità di quest'ultima è stato ulteriormente sostenuta tramite l'osservazione che il particolato totale dell'acqua era troppo basso per innescare pseudofeces produzione22,23. I dati sono stati corretti scartando i dati pseudofeces non corretta e solo calcolando il pathway di ingestione (Figura 8).

L'apparato per quantificare bivalvi sospensione alimentazione utilizzando il metodo di biodeposition a bordo di una barca può essere modificato e adattato alle diverse specie di bivalvi. La dimensione delle sezioni d'alimentazione possa variare leggermente per ospitare conchiglie bivalvi più largo o più stretti. È importante notare, tuttavia, che modifica le dimensioni delle sezioni d'alimentazione da quelle qui descritte richiedono che la distribuzione delle particelle anche attraverso gli alloggiamenti d'alimentazione è stata stabilita prima di svolgere qualsiasi misure. Il volume di acqua filtrata deve essere regolato in base alle condizioni locali. Basso-seston ambienti come la California richiedono un maggiore volume di acqua filtrata per superare il limite di rilevamento per l'analisi basata sul peso. Allo stesso tempo, se troppa acqua è filtrata, quindi intasano i filtri e il tempo di essiccazione in forno (non temperatura) deve essere aumentato. Allo stesso modo, la collezione di biodeposit potrebbe essere necessario essere allungato in ambienti basso-seston per raccogliere abbastanza materiale per superare il limite di rilevamento analitico. Un altro indicatore di un insieme di biodeposit problematico è il relativo contenuto organico dell'acqua contro le pseudofeces e le feci. Feci e pseudofeces non possono contenere una percentuale sostanzialmente maggiore di materia organica dell'acqua; Essi sono un prodotto delle particelle dall'acqua filtrate e trasformati. In alcune condizioni, il contenuto organico della biodeposits può essere leggermente superiore a quella dell'acqua a causa dell'investimento organico che rendono bivalvi per elaborare le particelle di cibo; Tuttavia, questo investimento, al massimo, produrrà un aumento minore nelle feci materia organica. La percentuale di materia organica segnalato qui è molto di sopra della percentuale che potrebbe essere attribuita alla perdita fecale metabolica. I campioni di pseudofeces da Massachusetts illustrano questo potenziale problema. Il contenuto organico della pseudofeces era abbastanza variabile, come notato sopra, ma alcuni dei replicati ha prodotto contenuto organico che notevolmente ha superato quello dei campioni d'acqua corrispondente. È possibile che durante le mareggiate dell'ultima ora della raccolta biodeposit, pseudofeces sono stati combinati con la materia organica esogena, che artificialmente elevato il contenuto organico e ha prodotto risultati fisiologicamente Impossibile (Figura 7) . Se Stati di alto mare sono una possibilità probabile che in futuro si consiglia di questo metodo, l'aggiunta di più replicati attraverso ulteriori camere.

Una limitazione del metodo è che questo apparecchio è progettato per quantificare l'alimentazione degli individui adulti. La raccolta accurata e completa di feci e pseudofeces da seme bivalvi è difficile a causa delle piccole dimensioni delle feci (pseudo) e richiederebbe molto più tempo esperimenti per ottenere materiale sufficiente per superare il limite di rilevamento analitico. Se vengono utilizzati piccoli individui, molti potrebbero essere riuniti in uno alloggiamento di aumentare il tasso di produzione di feci e pseudofeces per camera. In alternativa, i dispositivi potrebbero essere ridisegnati con molto più piccolo sperimentale chambers. Lo stato di meteo e mare può anche essere importanti limitazioni, come questi influiscono sulla precisione della collezione biodeposit. Pioggia e temperature estreme possono ridurre il numero delle ripetizioni bivalvi che alimentano. La profondità a cui può essere variata acqua pompe vengono distribuite tra esperimenti per garantire il seston utilizzati negli esperimenti riflettono il seston tipico della profondità in cui si verificherà la coltivazione bivalve. Nonostante queste limitazioni potenziali, il metodo offre l'opportunità unica di studiare la filtrazione e l'alimentazione di molluschi bivalvi in condizioni naturali, con naturale seston, al contrario di condizioni simulate in laboratorio. I dati generati sono molto più realistico di esperimenti di laboratorio e più probabile che riflettono le prestazioni dei bivalvi nella posizione di interesse. Il nuovo metodo per condurre misure bordo notevolmente espande la potenziale portata geografica.

Il crescente interesse per l'acquacoltura offshore cozza presenta un gruppo di utente ideale per le applicazioni future di questo metodo. Stakeholder interessati all'ottimizzazione dell'insediamento di nuove operazioni di acquacoltura offshore può utilizzare questo approccio per esaminare le prestazioni bivalvi in località proposte. Un esempio di un'applicazione che è in programma è quello di testare le ipotesi circa la profondità ottimale per una cultura di sospensione blu-cozza nelle acque costiere al largo di southern New England (Mizuta e Wikfors, nella recensione).

Disclosures

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Acknowledgments

Gli autori si desidera ringraziare NEFSC e il NOAA pesca servizio ufficio dell'acquacoltura per il finanziamento. Gli autori sono grati alla loro accademica e partner del settore, Scott Lindell, Research Specialist presso il Woods Hole Oceanographic Institute e Phil Cruver, CEO di Catalina Sea Ranch, che ha organizzato e fornito accesso alle aree di coltivazione di mitili offshore. Il lavoro non sarebbe stato possibile senza le seguenti piattaforme di lavoro; R/V Capitano Jack proprietà Catalina Sea Ranch, R/V Gemma di proprietà e gestito da The Marine Biological Laboratory, e la R/V Victor Loosanoff operati da NOAA pesca, nord-est della pesca Science Center. Ringraziamo anche i capitani delle barche Jim Cvitanovich e Bill Klim per le loro competenze. Werner Schreiner fornito di sua competenza tecnica nella progettazione e fabbricazione di telai, giunto cardanico tavolo e casse di zavorra, carro armato capo e chambers sperimentale.

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

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References

  1. Pauly, D., Zeller, D. Catch reconstructions reveal that global marine fisheries catches are higher than reported and declining. Nature Communications. 7, 10244 (2015).
  2. Diana, J. S. Aquaculture production and biodiversity conservation. BioScience. 59, (1), 27-38 (2009).
  3. Gallardi, D. Effects of bivalve aquaculture on the environment and their possible mitigation: a review. Fisheries and Aquaculture Journal. 5, 105 (2014).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Shumway, S. E. Shellfish aquaculture and the environment. Wiley-Blackwell. Chichester, UK. (2011).
  10. Dame, R. F. Ecology of marine bivalves: An ecosystem approach. CRC Press. Boca Raton, FL. (2011).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Stevens, C., Plew, D., Hartstein, N., Fredriksson, D. The physics of open-water shellfish aquaculture. Aquacultural Engineering. 38, (3), 145-160 (2008).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Møhlenberg, F., Riisgård, H. U. Efficiency of particle retention in 13 species of suspension feeding bivalves. Ophelia. 17, 239-246 (1978).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Wilcox, R. R. Understanding and applying basic statistical methods using R. John Wiley & Sons. Hoboken, NJ. (2017).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).

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