珊瑚的室內(nèi)循環(huán)海水生態(tài)養(yǎng)殖模式的構(gòu)建

黃 敏，王榮霞，王永波，蒲利云，唐賢明

(1.海南省海洋與漁業(yè)科學院，?？?571126；2.海南省熱帶海水養(yǎng)殖技術(shù)重點實驗室，?？?571126)

珊瑚屬于腔腸動物門(Coelenterata)珊瑚蟲綱(Anthozoa)，在熱帶和亞熱帶海域中均有分布。珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)是海洋的“熱帶雨林”，海洋中由珊瑚骨骼堆積而成的珊瑚礁具有保護海岸、維護生物多樣性、維持漁業(yè)資源等重要功能[1-2]。因此，珊瑚礁在海洋生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)著極其重要的地位。近年來，受全球氣候變化和地區(qū)性人類活動的影響，珊瑚資源正在急劇衰退，開展珊瑚人工繁育是解決珊瑚資源衰退的主要途徑之一[3-4]。此外，珊瑚人工繁育還有助于開展珊瑚的基礎生物學和珊瑚礁生物活性物質(zhì)資源開發(fā)等科學研究。目前國內(nèi)外對珊瑚研究多集中在生物學和生態(tài)學領(lǐng)域，對珊瑚的人工養(yǎng)殖報道較少[5-6]。國內(nèi)對于珊瑚養(yǎng)殖的報道只限于少數(shù)的幾個品種，包括鹿角珊瑚和尖銳軸孔珊瑚[7-8]。當前，珊瑚室內(nèi)人工養(yǎng)殖主要在控溫、控光的水族缸中進行，并對養(yǎng)殖種類的最優(yōu)養(yǎng)殖條件進行研究，如：李澤鵬等[9]研究了主要環(huán)境因子對濱珊瑚的脅迫作用，認為石珊瑚在25～28 ℃之間具有一定的抗溫機制，并且當磷酸鹽濃度高于30 μmol·L-1時，石珊瑚會白化而死亡；李衛(wèi)東等[10]探索出一種肉質(zhì)軟珊瑚的人工擴繁方法，可以實現(xiàn)軟珊瑚在水族缸內(nèi)的快速人工擴繁。筆者通過對珊瑚室內(nèi)水族缸養(yǎng)殖模式進行試驗研究，以期構(gòu)建高效穩(wěn)定的珊瑚循環(huán)海水生態(tài)系統(tǒng)，為珊瑚人工繁育、推動海洋生物資源保護與利用等研究提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗材料氣泡珊瑚(Plerogyrasinuosa)、腎形真葉珊瑚(Euphylliaancora)、長須飛盤(Heliofungiaactiniformis)、綠紐扣珊瑚(Protopalythoasp.)和鹿角珊瑚(Acroporacervicornis)等試驗材料均采自三沙市西沙海域，經(jīng)消毒處理后運至海南省海洋與漁業(yè)科學院瓊?？蒲谢匮h(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中進行暫養(yǎng)，待其生長穩(wěn)定后，選取氣泡珊瑚、腎形真葉珊瑚、長須飛盤和綠紐扣珊瑚骨骼直徑在5～15 cm的個體，鹿角珊瑚選擇芽高1～10 cm的個體開始進行試驗。

1.2養(yǎng)殖設施與設備珊瑚養(yǎng)殖裝置包括珊瑚養(yǎng)殖缸、水處理缸和燈光架。養(yǎng)殖缸內(nèi)設置對流泵。水處理缸內(nèi)用隔板分隔為過濾室、蛋分除沫室、微生物室和抽水室，其中，過濾室填充過濾材料，蛋分除沫室里設置蛋白除沫器；微生物室里滋生有微生物；抽水室設置功率為2 000 L·h-1的抽水泵。海水從珊瑚養(yǎng)殖缸中出來，經(jīng)過砂濾、棉濾后引入蛋白分離器中進行有機物的分解，再通過微生物系統(tǒng)，最后返回到養(yǎng)殖缸中。海水的循環(huán)周期控制在大約6 h循環(huán)1次，每天循環(huán)4次。經(jīng)過循環(huán)處理的海水，氨氮濃度控制在0～0.01 mg·L-1, 硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮濃度控制在0～0.005 mg·L-1, 溶解氧含量在4 mg·L-1以上。在養(yǎng)殖缸上方安置燈光架，利用定時器使LED燈上午6：00開，下午18：00關(guān)，模擬日出、日落的自然現(xiàn)象，為珊瑚的生長提供光源。

1.3實驗環(huán)境以5種珊瑚為樣本，每種珊瑚養(yǎng)殖實驗組設置3個平行，每立方水體的養(yǎng)殖密度為15株。培育光照條件：光波長為380～415 nm，色溫值25 000～30 000 K。

1.4養(yǎng)殖管理在珊瑚養(yǎng)殖期(1年)對養(yǎng)殖水溫、鹽度、pH、光照強度、氨氮、溶解氧等環(huán)境指標進行定期監(jiān)測，每個月測定3～5次，分別利用溫度計、鹽度計、pH計和水下照度計定期監(jiān)測珊瑚養(yǎng)殖缸內(nèi)水質(zhì)指標水溫、鹽度、pH和水下光照強度，同時利用國標方法(GB 17378.4-2007 海洋監(jiān)測規(guī)范 第4部分：海水分析)測定溶解氧和營養(yǎng)鹽的濃度(氨氮、亞硝基氮和硝基氮等)。

養(yǎng)殖水溫控制在24～28 ℃。當氣溫低于24 ℃時利用加熱棒對養(yǎng)殖水體進行加溫，當溫度高于28 ℃時則使用空調(diào)制冷室內(nèi)溫度以降低水溫。

養(yǎng)殖鹽度控制在25～35。由于養(yǎng)殖基地海南省瓊海市屬于亞熱帶氣候溫度較高，因此，珊瑚缸中的水蒸發(fā)較快，鹽度比較高，通過每天監(jiān)測水體鹽度，及時調(diào)節(jié)養(yǎng)殖水體鹽度。

養(yǎng)殖水體的pH控制在8.0～8.5。用KH添加劑(NaHCO3)控制水體硬度值在7～12。用鈣添加劑(CaCl2)調(diào)節(jié)鈣的含量控制在0.04%～0.05%。鈣添加劑不能和KH添加劑一起加入，這2類添加劑的添加時間至少間隔在1 h以上。

1.5生物學觀察及測量

1.5.1 生長狀態(tài)觀察定期觀察氣泡珊瑚、腎形真葉珊瑚、長須飛盤和綠紐扣珊瑚水螅體的伸展狀態(tài)，拍照記錄珊瑚的生長狀態(tài)。

1.5.2 鹿角珊瑚的珊瑚枝生長的測量選取水族缸中生長狀況良好的50株鹿角珊瑚，每月1日測量鹿角珊瑚的芽高、芽長和體質(zhì)量，計算出鹿角珊瑚的平均生長率。其中，測量珊瑚枝的最高點到珊瑚的底座為珊瑚的芽高；選取珊瑚枝中最長的1枝(做好標記，保證每次選取的為同一枝)，測量該枝條的長度為珊瑚的芽長。

2 結(jié)果與分析

2.1水質(zhì)參數(shù)變化在循環(huán)水養(yǎng)殖過程中水溫、pH值、硬度和鈣含量保持穩(wěn)定，水溫為24.3～28.0 ℃，pH為8.0～8.3，鈣質(zhì)濃度維持在0.04%～0.05%，硬度KH維持在6～8(表1)。養(yǎng)殖水體中鹽度、氨氮、亞硝基氮和溶解氧等指標的變化易受外界環(huán)境影響，但監(jiān)測發(fā)現(xiàn)本實驗的這幾個環(huán)境因子在循環(huán)水水族缸培養(yǎng)系統(tǒng)基本保持穩(wěn)定。

2016-02-05紐扣珊瑚放入水族缸中，在2016-03-17發(fā)現(xiàn)，紐扣珊瑚排放出精子和卵子，進行體外受精后，受精卵隨著海水漂浮，經(jīng)過數(shù)天后沉降，固著在水族缸底部。經(jīng)過半個月左右，在水族缸底看到小個體的紐扣珊瑚(圖1)。表2顯示的是紐扣珊瑚在整個自然繁育過程中水質(zhì)的變化情況。在紐扣珊瑚自然繁殖的過程中，珊瑚養(yǎng)殖水體的水質(zhì)各項指標均表現(xiàn)穩(wěn)定。

2.2水下光照條件對珊瑚生長的影響從圖2可見，20 000～30 000 Lx光照強度下的珊瑚比10 000 Lx左右光強的珊瑚生長旺盛,而30 000 Lx以上的光強對珊瑚生長有一定的抑制，說明較高的光照強度對珊瑚的生長具有一定的促進作用，但過強的光強對珊瑚生長卻具有一定的抑制作用。圖2結(jié)果表明，光照強度對珊瑚生長的促進作用可能存在一個飽和點，例如，氣泡珊瑚在超過30 000 Lx的光照條件下珊瑚水螅體只表現(xiàn)為部分伸展。不同珊瑚的光飽和點是不同的，光飽和點的確定還需要進一步的研究。

表1 珊瑚養(yǎng)殖水質(zhì)指標監(jiān)測結(jié)果

表2 紐扣珊瑚繁育過程中水質(zhì)指標監(jiān)測結(jié)果

2.3鹿角珊瑚的生長變化鹿角珊瑚屬于造礁珊瑚中的一種，其生長變化的研究對海洋生態(tài)環(huán)境修復起著重要的作用。由表3可知，從2016年4～10月，鹿角珊瑚的相對生長保持在一個穩(wěn)定的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，珊瑚芽長的相對增長率為2.84%～3.42%，芽高的相對增長率為2.28%～2.79%，而質(zhì)量的相對增長率為2.28%～3.02%。從養(yǎng)殖成活率來看，鹿角珊瑚在實驗過程中沒有出現(xiàn)死亡，成活率為100%。而且在實驗過程中鹿角珊瑚沒有出現(xiàn)白化現(xiàn)象。

表3 鹿角珊瑚的生長指標變化

3 討 論

珊瑚室內(nèi)水族缸養(yǎng)殖是珊瑚人工繁育最常用的方式之一。水族缸系統(tǒng)通過人工控制為珊瑚生長繁育提供了一個適宜的環(huán)境，水溫、光照、營養(yǎng)鹽、pH、水體鈣質(zhì)、硬度等主要因素是珊瑚養(yǎng)殖與繁育的關(guān)鍵所在。維持養(yǎng)殖水體的水質(zhì)穩(wěn)定是珊瑚封閉循環(huán)水養(yǎng)殖的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)室內(nèi)水族飼養(yǎng)系統(tǒng)維持難度大，含氮營養(yǎng)鹽處理能力較弱，難以維持飼養(yǎng)珊瑚所需的較苛刻的貧營養(yǎng)鹽環(huán)境。李琰等[11]研究了“柏林系統(tǒng)”中活石對氨氮和硝基氮的去除效率，發(fā)現(xiàn)活石能夠有效去除氨氮，然而對NO3-去除效果較差。周智等[12]通過在珊瑚養(yǎng)殖水體中添加乙醇作為碳源,能顯著降低珊瑚養(yǎng)殖水體中無機氮鹽的含量，并維持其鈣鎂離子含量和堿度，從而改善珊瑚養(yǎng)殖系統(tǒng)的水質(zhì)狀況。筆者利用砂濾、棉濾輔助微生物過濾的方法可以有效地去除水體中的含氮營養(yǎng)鹽，而且整個水族缸養(yǎng)殖系統(tǒng)易于維持，簡潔高效。

珊瑚對環(huán)境有機物營養(yǎng)鹽的變化很敏感，蟲黃藻需要利用營養(yǎng)鹽充分進行光合作用產(chǎn)生足夠的能量供給珊瑚[13]；然而高濃度的營養(yǎng)鹽(尤其是有機物營養(yǎng)鹽)會造成藻類爆發(fā)從而影響珊瑚的生長和繁殖。筆者采用的蛋白分離器產(chǎn)生的氣泡表面張力可以吸附水中的有機物，因而有效的減少水體中有機物的含量。通過有效地控制水族缸內(nèi)水質(zhì)條件，5種珊瑚的生長狀況均良好，鹿角珊瑚的芽高、芽長和質(zhì)量的相對增長也很穩(wěn)定，而且成活率高，沒有發(fā)生白化現(xiàn)象。易于養(yǎng)殖的紐扣珊瑚在適宜條件下也自然繁殖產(chǎn)生了幼體。

珊瑚的生長與其體內(nèi)寄生的蟲黃藻的光合作用效率和珊瑚本身的代謝速率密切相關(guān)，而溫度是影響光合作用和新陳代謝的最重要因子之一。研究結(jié)果表明，寒潮或高溫均會導致珊瑚白化、抗病力下降等問題，而且成為珊瑚礁迅速退化的主要原因[14-15]。因此，在進行珊瑚人工繁育時要注意不同種類珊瑚的最適宜溫度及耐受溫度。適宜的水質(zhì)條件有利于珊瑚的自然繁殖，本實驗將水溫控制在24～28 ℃條件下，5種珊瑚的生長狀況均良好，且紐扣珊瑚繁殖產(chǎn)生了小珊瑚。

光照是影響珊瑚生長的重要環(huán)境因子，光照對蟲黃藻的光合作用是必不可少的，而造礁珊瑚的骨骼生長主要依靠光來促進鈣化作用[16]。SCHUTTER等研究了4種光照條件對叢生盔形珊瑚(Galaxeafascicularis)骨骼生長和凈光合作用的長期影響,結(jié)果表明，珊瑚斷枝的生長隨光照強度增加而增加，凈光合作用也隨光照強度增加而增加[17]。通常認為，多數(shù)造礁石珊瑚對光照強度要求較高，而軟珊瑚對光照強度的要求更低。ROCHE等[16]在對軟珊瑚(Sinulariaflexibilis)在不同光照條件下的培養(yǎng)研究中發(fā)現(xiàn)，低光強度下生長的珊瑚蟲黃藻密度顯著增加，而高光強度下光合色素濃度反而降低。

綜上所述，珊瑚的水族缸養(yǎng)殖模式在可控條件下是完全可行的，關(guān)鍵在于建立穩(wěn)定的海水生態(tài)系統(tǒng)。生物多樣性豐富的眾多珊瑚品種，對溫度、光照和營養(yǎng)鹽等理化條件有不同的需求，因此，珊瑚人工繁殖研究應以構(gòu)建室內(nèi)珊瑚培養(yǎng)海水生態(tài)系統(tǒng)為切入點，根據(jù)不同珊瑚品種的環(huán)境需求和養(yǎng)殖特點，探索不同珊瑚的養(yǎng)殖模式。