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刺参养殖主要营养要素代谢过程的研究

作　者: 孙侦龙
导　师: 董双林; 高勤峰
学　校: 中国海洋大学
专　业: 水产养殖
关键词: 刺参养殖污染生物学修复混合养殖稳定同位素
分类号: S917.4
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文首先研究了有关刺参（Apostichopus japonicus）稳定同位素的基础性问题，即稳定同位素的周转过程与富集作用，然后以稳定同位素技术作为关键手段，查明了刺参养殖池塘主要营养要素的来源和循环过程，研究了刺参-皱纹盘鲍复合养殖系统污染性营养盐的循环利用过程，测定了微藻对刺参养殖碳排放的再利用效率，以及不同饲料条件下不同规格刺参C、N、P等主要营养盐的收支过程，通过以上研究，定量测定了刺参养殖过程中污染性营养盐的生物学修复过程。主要研究结果如下：1.刺参稳定同位素周转过程的研究：本实验研究了四种不同规格的刺参肠道和体壁的碳稳定同位素周转过程。结果表明，刺参肠道碳稳定同位素的周转速率要大于体壁碳稳定同位素的周转速率。碳稳定同位素的周转速率随着刺参体重的增大而减小，这可能是由于生物体个体越大而其新陈代谢速率越低的缘故造成的。相对于生长因素，新陈代谢因素为刺参体内碳稳定同位素周转的主要驱动因子，其贡献百分比在内脏和体壁中分别达到80%~90%和60%~75%。回归分析表明，刺参内脏和体壁碳稳定同位素周转的半衰期和刺参的平均单位体重耗氧率以及摄食率均呈显著的负相关关系。2.刺参稳定同位素分馏系数的测定：消费者对食物的稳定同位素分馏系数是整个稳定同位素生态学研究的理论基础，本研究测定了刺参对食物碳、氮稳定同位素的分馏系数，结果表明，刺参对食物碳、氮稳定同位素的分馏系数分别为（1.20±0.39）‰和（1.90±0.29）‰，这和其他氨排泄水生动物的稳定同位素分馏系数类似。3.不同饲料条件下刺参C、N、P营养素收支过程的研究：本实验采用5种含有不同比例（即20:80、40:60、60:40、80:20和100:0）的鼠尾藻和海泥的颗粒饲料喂养刺参，并比较了不同饲料条件下刺参C、N、P营养素的收支过程。结果表明：刺参C、N、P营养素收支过程和饲料中鼠尾藻的含量显著相关。刺参的摄食率和排粪率随着饲料中鼠尾藻含量的增加而降低；而刺参的耗氧率、排氨率、排磷率，以及对C、N、P营养素的摄入率、生长余力和吸收效率均随着饲料中鼠尾藻含量的增加而变大。当饲料中鼠尾藻添加量大于60%时，刺参对营养元素的生长余力和吸收效率无显著变化，因此对于成参而言，饲料中鼠尾藻和海泥的比例为60:40是较为理想的配制比例，既可以满足刺参生长代谢所需要的主要营养元素，又能够最大限度地减少刺参养殖活动营养盐的排放。4.不同规格刺参C、N、P营养素收支过程的研究：本实验研究了5种不同体重（干重）（分别为：0.63g±0.08g、1.22g±0.06g、1.55g±0.16g、2.88g±0.23g和7.66g±0.65g）条件下刺参C、N、P营养素的收支过程。结果表明：刺参C、N、P营养素收支过程和刺参的体重显著相关。刺参的耗氧率和氮、磷排泄率随着刺参体重的增加而变大，而刺参单位体重的摄食率和排粪率、单位体重的C、N、P营养素摄入率、单位体重的耗氧率以及氮、磷排泄率、单位体重的C、N、P营养素生长余力均随着刺参体重的增加而降低，而刺参单位体重对C、N、P营养素的吸收效率与刺参的体重无关，且不同体重刺参单位体重对C、N、P营养素的吸收效率无显著差异。5.池塘养殖刺参食性季节性变化的研究：本实验测定了不同季节养殖池塘刺参及其主要的食物组分，包括：悬浮颗粒有机物、底栖微藻、大型藻类以及猛水蚤和线虫等小型底栖动物的碳、氮稳定同位素值，并计算了各食物组分对刺参食物吸收的贡献比例。结果表明，由于初级生产者的季节性演替以及池塘理化环境的变化，刺参各食物组分碳、氮稳定同位素值季节变化显著，而刺参的食性也随着食物环境的变化而变化。稳定同位素混合模型计算表明，养殖池塘中，大型藻类是刺参最主要的食物组分，其对刺参食物吸收的周年平均贡献比例达到27.7%~63.4%，而其他的食物组分，即猛水蚤、线虫、POM、底栖微藻对刺参食物吸收的周年平均贡献比例分别为16.9%~33.6%，8.1%~23.3%，4.3%~6.2%和4.2%~9.2%。6.刺参-皱纹盘鲍混养系统结构优化的研究：本实验研究了刺参（1.84g±0.01g）和皱纹盘鲍（2.58g±0.11g）在不同生物量放养比例（即：0:100、30:70、50:50、70:30、100:0）下和对照组（即动物放养生物量比例为0:0），刺参和鲍鱼的生长和存活情况、水体和底泥中主要营养盐的变化情况以及刺参对混养系统内养殖废物的利用效率。结果表明，经过12周的饲养，不同养殖模式下刺参和鲍鱼的生长率和存活率、养殖系统生物量总产出、系统内主要营养盐水平的变化以及刺参对养殖废物的利用率均出现显著差异。当混养系统内刺参和鲍鱼的生物量放养比例为30:70时，养殖系统总生物量为283.16g±9.94g，显著高于其他养殖模式的总生物量。并且在此养殖模式下，刺参对鲍鱼残饵、粪便以及刺参自身粪便等养殖废物的总利用效率最高，能够最大化地将养殖废物转变为产品，缓解养殖活动对养殖水域造成的压力。因此，刺参和皱纹盘鲍的生物量放养比例为30:70，即鲍鱼主养，刺参辅养是较为理想的参鲍混合养殖模式。7.微藻对刺参代谢碳营养盐利用效率的研究：本实验采用碳稳定同位素技术定量测定了微藻对刺参养殖过程中呼吸代谢产生的碳营养盐的利用效率。结果表明，在本实验条件下，刺参呼吸代谢作用对水体中溶解无机碳的浓度和碳稳定同位素值均有显著影响。刺参呼吸代谢产生的无机碳的δ13C值为-12.92‰±0.04‰，显著低于自然海水中溶解无机碳的δ13C值-2.45‰±0.04‰。在48h的孵化过程中，微藻对刺参呼吸代谢产生的无机碳表现出强烈的选择性。稳定同位素模型计算结果表明，微藻光合作用固定的无机碳中，来源于刺参呼吸代谢产生的无机碳的贡献比例高达80.67%，而来源于自然海水中溶解无机碳的贡献比例仅为29.37%，这说明刺参和微藻之间能够形成类似浮游生物“微食物环”的互惠互利机制。

全文目录

摘要  5-8
Abstract  8-16
0 前言  16-18
1 文献综述  18-38
  1.1 我国水产养殖现状  18-23
    1.1.1 概况  18-19
    1.1.2 我国水产养殖存在的问题  19-23
    1.1.3 小结  23
  1.2 发展高效低排低碳的水产养殖  23-29
    1.2.1 刺参养殖  24-26
    1.2.2 刺参与混合养殖  26-29
  1.3 稳定同位素技术(Stable Isotope Techniques)在水域生态学中的应用  29-36
    1.3.1 稳定同位素技术简介  29-31
    1.3.2 稳定同位素技术在生态学中的应用  31-36
  1.4 本论文的研究目的和技术路线  36-38
2 生长和新陈代谢对刺参不同组织碳稳定同位素周转影响的研究  38-57
  2.1 前言  39-40
  2.2 材料与方法  40-44
    2.2.1 材料来源  40-41
    2.2.2 饲料制作  41
    2.2.3 实验方法  41-42
    2.2.4 饲养条件  42
    2.2.5 碳稳定同位素的测定  42
    2.2.6 同位素周转模型和数据计算  42-44
    2.2.7 统计分析  44
  2.3 实验结果  44-52
    2.3.1 碳稳定同位素值的迁移  44-45
    2.3.2 生长、新陈代谢与同位素周转  45-52
  2.4 讨论  52-56
    2.4.1 特定组织的同位素周转  53-54
    2.4.2 特定体重的同位素周转  54-55
    2.4.3 生长与新陈代谢对同位素周转的贡献  55-56
  2.5 本章小结  56-57
3 刺参碳、氮稳定同位素分馏系数的测定  57-61
  3.1 前言  57-58
  3.2 材料与方法  58-59
    3.2.1 取样及样品的处理方法  58
    3.2.2 碳、氮稳定同位素的测定  58-59
  3.3 结果与讨论  59-60
  3.4 本章小结  60-61
4 不同配比饲料对刺参 C、N、P 营养素收支的影响  61-80
  4.1 前言  61-62
  4.2 材料和方法  62-65
    4.2.1 实验动物及暂养  62-63
    4.2.2 实验方法  63-64
    4.2.3 数据计算及分析  64-65
    4.2.4 统计分析  65
  4.3 实验结果  65-76
    4.3.1 不同处理刺参的摄食率和排粪率  65-67
    4.3.2 不同处理刺参对 C、N、P 营养盐的摄入率  67-69
    4.3.3 不同处理刺参的耗氧率和排泄率  69-71
    4.3.4 不同处理刺参对 C、N、P 营养盐的生长余力  71-73
    4.3.5 不同处理刺参对 C、N、P 营养盐的吸收效率  73-76
  4.4 讨论  76-78
  4.5 本章小结  78-80
5 不同体重对刺参 C、N、P 营养素收支的影响  80-98
  5.1 前言  80-81
  5.2 材料与方法  81-84
    5.2.1 实验动物的暂养、驯化  81-82
    5.2.2 实验方法  82-83
    5.2.3 数据计算及分析  83-84
    5.2.4 统计分析  84
  5.3 实验结果  84-95
    5.3.1 不同处理刺参单位体重的摄食率和排粪率  84-85
    5.3.2 不同处理刺参单位体重对 C、N、P 营养盐的摄入率  85-88
    5.3.3 不同处理刺参的耗氧和排泄  88-92
    5.3.4 不同处理刺参单位体重对 C、N、P 营养盐的生长余力  92-94
    5.3.5 不同处理刺参单位体重对 C、N、P 营养盐的吸收效率  94-95
  5.4 讨论  95-97
  5.5 本章小结  97-98
6 大型养殖池塘刺参食性季节性变化的研究  98-113
  6.1 前言  98-100
  6.2 材料和方法  100-102
    6.2.1 实验地点和取样方法  100-102
    6.2.2 环境参数的测定  102
    6.2.3 碳、氮稳定同位素的测定  102
    6.2.4 统计分析和同位素计算模型  102
  6.3 结果  102-109
    6.3.1 实验池塘的环境参数  102-103
    6.3.2 同位素组成以及食物贡献比例  103-109
  6.4 讨论  109-112
  6.5 本章小结  112-113
7 刺参-皱纹盘鲍复合养殖系统结构优化的研究  113-148
  7.1 前言  113-115
  7.2 材料与方法  115-118
    7.2.1 实验动物来源及暂养  115-116
    7.2.2 实验方法  116-117
    7.2.3 饲养条件  117
    7.2.4 实验样品的测定  117
    7.2.5 统计分析以及稳定同位素计算模型  117-118
  7.3 结果  118-140
    7.3.1 刺参、皱纹盘鲍的生长和生物量  118-122
    7.3.2 复合养殖系统 C、N、P 营养盐水平  122-134
    7.3.3 刺参对养殖废物的利用  134-140
  7.4 讨论  140-147
    7.4.1 刺参、皱纹盘鲍的生长和生物量  142-143
    7.4.2 环境效应  143-145
    7.4.3 刺参对养殖废物的再利用  145-146
    7.4.4 结论  146-147
  7.5 本章小结  147-148
8 微藻对刺参代谢碳营养盐利用的研究  148-161
  8.1 前言  148-149
  8.2 材料与方法  149-152
    8.2.1 实验材料  149-150
    8.2.2 实验方法  150-152
    8.2.3 样品测定  152
    8.2.4 统计分析  152
  8.3 结果  152-157
  8.4 讨论  157-160
  8.5 本章小结  160-161
论文总结  161-164
论文存在不足以及研究展望  164-166
参考文献  166-186
致谢  186-187
个人简历  187-188
发表的学术论文  188

刺参养殖主要营养要素代谢过程的研究

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