生态化学计量法在刺参饵料中的应用

DOI:10.3969/j.issn.1004-6755.2014.01.002

摘要：在人工饲养条件下，采用不同比例的孔石莼干粉与养殖海区底泥配制的人工饵料和商品刺参饵料投喂刺参，通过测定饵料、刺参及其粪便中的C、N、P含量，应用生态化学计量法分析研究了一定时期内，不同C、N、P元素比值的饵料对刺参自身及其粪便中C、N、P元素比值以及生长的影响。结果表明，摄食不同饵料的刺参均呈现体重增加。不同处理组刺参及其粪便中的C∶P比、N∶P比随着饵料中的C∶P比、N∶P比升高而升高。尽管不同饵料的C∶N比不同，但各处理组刺参和其粪便中的C∶N比差异较小。

关键词：生态化学计量法；刺参；人工饵料

1研究刺参生态化学计量学的背景及意义生态化学计量学是一门研究生物系统能量平衡与多重化学元素（主要是生源要素C、N、P）平衡的新兴科学。其核心思想是：有机体都是由元素构成的，有机体和它们所消耗的资源之间的元素组成有着相当大的差异，并具有自己的特定的C、N、P比值范围，这些元素的比值不仅决定了有机体的关键特征，也决定了有机体对资源数量和种类的需求[1]。因此，环境的元素化学计量比值和有机体的化学计量比值之间就形成了复杂的反馈关系，一旦两者的化学计量比值不相匹配，则会影响生物的生长发育过程和形态的改变[2]。

生态化学计量学研究的物种从浮游动物、昆虫到鱼、鸟和哺乳动物[3]，但是对棘皮动物的研究还未见报道。因此想应用生态化学计量法分析不同C、N、P元素比值的饵料对刺参自身及其粪便中C、N、P元素比值的影响以及其生长的影响，试图找出适于刺参养殖的饵料配比。

2材料与方法

2.1材料

2.1.1刺参大小约180日龄。实验用刺参平均体重为（10.78±0.35） g。

2.1.2孔石莼实验用海藻为孔石莼，放入烘箱中在56 ℃条件下烘干至恒重，用粉碎机粉碎后过100目分样筛，常温置于干燥器中保存。

2.1.3底泥为扇贝养殖区底泥。过1.5 mm的滤网，混匀后放入4 ℃下冰箱96 h风干水分，然后用烘箱在65 ℃烘干至恒重，用粉碎机粉碎后过200目分样筛，常温置于干燥器中保存。

2.1.4海水实验用海水取自周边海域，经砂滤后抽取，过200目纱绢后使用。

2.1.5仪器Elementar Analysensysteme GmbH型元素分析仪（Elementar VarioEL V Elemental Analyzer，Germany），连续流动化学分析仪（AA3）（英国SEAL公司）等。

2.1.6药品0.1 mol/L的甲酸氨，5%的过硫酸钾，丙酮，钼酸铵，酒石酸钾锑，抗坏血酸，磷酸二氢钾，氯化钠，过硫酸钠，碳酸氢钠，均为分析纯；十二烷基硫酸钠SDS为优级纯。

2.2实验方法

2.2.1实验饵料的配制实验设计的四种饵料为购买的商品刺参饵料（以下简称饵料A）和由不同比例的养殖海区底泥与孔石莼干粉组成的人工饵料，具体配制比例如表1（以质量分数表示）。每天各组按比例称取底泥和藻粉混合，加少量水混匀，搅拌成糊状投喂刺参。

2.2.2刺参饲养刺参饲养于长×宽×高为40 cm×30 cm×25 cm的饲养箱中，实验海水盐度为(32±2)‰，pH 为7.5左右，用增氧机持续充氧，保证溶氧充足；采用空调控温，温度波动范围在14～16 ℃；静水养殖，每隔一天换水1/2。

表1实验用人工饵料组成

成份饵料种类饵料B饵料C饵料D养殖海区底泥75%55%35%孔石莼干粉25%45%65%

正式实验前将购买的刺参放于实验设定的环境中暂养10 d，投喂刺参饵料A，使其适应环境。

取108头暂养好的体质健壮，体表无损伤，摄食旺盛，规格匀称的刺参。随机选取12头刺参解剖去脏，用纯水冲洗干净后放入冰箱中于-20 ℃的条件下保存，待饲养实验结束后同饲养的刺参一起分析。

将另外96头刺参随机分配到12个饲养箱中，每箱8头，用实验饵料驯化1周后禁食48 h，称重，作为初始体重，开始正式饲养实验。

实验设4个处理组，每组设3个平行，第一组对刺参投喂饵料A，第二组投喂饵料B，第三组投喂饵料C，第四组投喂饵料D。每天上午10:00投喂刺参饵料，投喂饵料23 h后用虹吸法吸出刺参粪便，用0.1 mol•L-1的甲酸氨处理后，在65 ℃条件下烘干至恒重。将收集的刺参粪便放在自封袋中并编号，于常温下放在干燥器中保存。每隔一天，早晨换一次水，换水体积的1/2。实验持续45 d。

2.2.3样品测定

2.2.3.1刺参体重的测定将用实验饵料驯化1周，禁食48 h后的刺参取出，用滤纸吸除刺参体表的水分，放置在纱绢上15 min后用分析天平称量湿重，作为刺参的初始体重；饲养45 d ，禁食48 h后的刺参处理同上，作为刺参的终末体重。然后在65 ℃条件下烘干至恒重，用分析天平称量，作为刺参的干重。

2.2.3.2C、N、P元素含量的测定将饲养实验前暂养10 d 的刺参和经过45 d 的饲养后各不同处理组的刺参，禁食48 h，然后解剖去肠，用纯水冲洗干净，在65 ℃条件下烘干至恒重，研磨成粉末。将保存的实验期间最后5 d 的刺参粪便研成粉末。同一处理组的三个饲养箱中的刺参及其粪便均合为一个样品分析其终末成分。

用元素分析仪测量刺参体壁及其粪便的C、N元素含量；将一定量的刺参体壁及刺参粪便用过硫酸钾消化后，用连续流动化学分析仪测量P元素含量。

2.3数据处理

所有实验数据应用SPSS统计软件进行统计分析，结果均以平均值±标准差表示，P＜0.05表示样品间差异显著，P＜0.01表示样品间差异极显著。由Origin软件绘图。

刺参的特殊生长率（specific growth rate, SGR）由以下公式计算：

SGR（%• d-1）= 100（lnDW2-lnDW1）•T-1

式中：DW1为实验开始时每个处理组刺参的干重；DW2为实验结束时每个处理组刺参的干重；T为实验时间（45 d ）。

3结果与分析

3.1饵料C、N、P元素含量

表2为实验饵料C、N、P元素含量。由表2可知，人工饵料B、饵料C、饵料D的C、N、P元素含量上升。饵料D的C、N、P元素含量与饵料A相近。从元素比值看，饵料B、饵料C、饵料D的C∶N比值相同，均为9∶1，低于饵料A的11∶1。而饵料A、B、C、D的C:P比分别为79∶1、69∶1、106∶1、129∶1。

表2实验饵料C、N、P含量

饵料饵料A饵料B饵料C饵料DC/%22.198.2813.7819.28N/%2.050.901.562.22P/%0.280.120.130.15C:N11:19:19:19:1C:N:P79:7:169:8:1106:12:1129:15:1注：成分百分比为质量百分比。

3.2刺参生长

不同处理组刺参的生长情况见表3。刺参在45 d 的饲养过程中，除第二组中一头刺参死亡外， 其它组刺参生长状况正常，成活率达到100%，可见所配制的饵料可以满足刺参生长需要。由表3可知，实验开始时，各处理组刺参的初始湿重差异并不显著，经过45 d 的饲养后，每个处理组的刺参体重都有了不同程度的增加，且第二处理组刺参增重达19.19 g，与其它处理组相比增重显著（P＜0.05）。

表3不同处理组刺参的生长情况

投喂水平第一组第二组第三组第四组成活率/%10095.8100100初始体重/g87.51±3.2683.19±5.7683.08±2.7191.08±1.27终末体重/g94.17±9.52102.38±8.02893.22±8.2598.06±9.77增重/g6.65±6.2619.19±2.2710.15 ±5.546.98±8.49SGR/%•d-10.20±0.020.32±0.010.22±0.040.22±0.06注：各处理组体重为三个平行组的平均值，以湿重计。

各处理组刺参的特殊生长率见图1。由图1可知，各处理组刺参的特殊生长率大致相同，除第二组的特殊生长率达到0.32%•d-1，与其它处理组相比较高；第一组特殊生长率0.20%•d-1，为各组最低，其它各处理组均为0.22%•d-1，差异并不显著（P＞0.05）。

图1不同处理组刺参的特殊生长率

除第一组投喂商品刺参饵料外，其它三组均投喂海泥与孔石莼干粉按不同比例配制而成的人工饵料。朱建新等人研究发现，投喂鲜石莼磨碎液配合饵料组的海参其体长和体重的增长都显著高于投喂鼠尾藻干粉、鲜海带磨碎液的配合饵料组，并且成活率达到85%，也高于其它各组[4]。说明孔石莼有作为海参饵料或饵料添加剂的潜力。因此，孔石莼可能是一种优良的刺参饵料。

第一组与第四组饵料的组份不同，但饵料的C、N、P元素含量相近，其特殊生长率差异不显著（P＞0.05）。第二组的特殊生长率为各组最大。

综上可以看出，用不同比例的海泥和孔石莼干粉配制的饵料适合刺参的生长。

3.3刺参C、N、P生态化学计量学分析

3.3.1不同处理组刺参体壁C、N、P元素含量不同处理组刺参体壁C、N、P元素含量如图2所示。由图2可见，投喂饵料A的第一组在实验前后其体壁的C、N元素含量基本没有变化，差异不显著（P＞0.05）；饵料D的 C、 N元素含量与饵料A相近，对应处理组刺参体壁的C、N元素含量也

（Ⅰ）

（Ⅱ）

（Ⅲ）

图2不同处理组刺参体壁C元素含量

（Ⅰ），N元素含量（Ⅱ），P元素含量（Ⅲ）

注：图中元素含量为刺参体壁元素含量（以干重表示）。柱形图上方不同的字母表示处理间差异显著性。

相近。第二组刺参的C元素含量是所有组中最低的，与其它组相比差异显著（P＜0.05），其它各处理组刺参体壁C元素含量实验前后无明显差异。第二组刺参的N元素含量也是所有组中最低的，统计分析表明，除与第三组相近外，显著低于其它处理组，第三组和第四组刺参体壁N元素含量虽略有下降，但与实验前相比差异不显著（P＞0.05）。随着不同配比的人工饵料C、N元素含量梯度的上升，第二组、第三组、第四组的刺参在试验前后其体壁C、N元素含量也梯度上升，呈正相关关系。

投喂饵料A的第一组实验前后刺参体壁的P元素含量基本没有变化，差异不显著（P＞0.05）。从第一组到第四组，刺参体壁的P元素含量依次降低，其中第三组、第四组刺参体内P元素含量与实验前差异显著（P＜0.05）。

随着不同配比人工饵料C、N元素含量升高，第二组、第三组、第四组的刺参在试验前后其体壁C、N元素含量随之升高，呈现正相关关系；从第一组到第四组，刺参体壁的P元素含量呈现依次下降趋势。表明投喂不同C、N、P元素含量的饵料的不同处理组刺参体壁C、N、P元素含量也存在一定变化，但变化幅度小于饵料中C、N、P元素含量变化。

3.3.2不同处理组刺参粪便C、N、P元素含量不同处理组刺参粪便的C、N、P元素含量如图3所示。由图3可以看出，第一组刺参粪便中N元素含量略低于第四组外，C、P元素含量均高于其它处理组。第二、三、四组刺参粪便的C、N、P元素含量均呈现明显的升高趋势。将四组刺参粪便的C、N、P元素含量分别与表2各组实验饵料的C、N、P元素含量和图2不同处理组刺参体壁C、N、P元素含量进行相比较，明显发现刺参粪便中C、N、P元素含量的变化趋势与实验饵料中的基本一致；而与刺参体壁的含量不是很明显。表明刺参粪便中C、N、P元素含量由饵料中C、N、P元素含量决定，与刺参体的含量关系不是很大。刺参粪便排泄到环境中会对周围环境造成一定的影响，可以考虑调节饵料中元素的含量来调节刺参粪便中元素的含量，从而减小对环境的影响。

（Ⅰ）

（Ⅱ）

（Ⅲ）

图3不同处理组刺参粪便C元素含量

（Ⅰ），N元素含量（Ⅱ），P元素含量（Ⅲ）（以干重计）

3.3.3不同处理组刺参体壁中C∶N∶P元素比不同处理组刺参体壁以及实验饵料的C∶P比、N∶P比和C∶N比如图4。由图4可见，投喂饵料A的第一组刺参体壁中C∶P比、N∶P比和C∶N比与实验开始时刺参体壁中的比值差异不大；饵料B的C∶P比和N∶P比都为各组最低，其所饲养的刺参的C∶P比和N∶P比也为各组最低，而且显著低于饵料C、饵料D饲养的刺参；饵料D的C∶P比和N∶P比都为各组最高，其所饲养的刺参的C∶P比和N∶P比也为各组最高。刺参体壁的C∶P比、N∶P比随着饵料C∶P比、N∶P比的上升而上升，呈一定的正相关关系。尽管饵料A的C∶N比为各组中最高，并且各组饵料的C∶N比降低，并呈现一定的正相关关系，但不同处理组刺参的C∶N比相近，相互之间差异不显著（P＞0.05）。

第二组刺参特殊生长率最大，而刺参体壁C∶P比和N∶P比为各组中最低，表明生物会调整其机体C∶N∶P化学计量比以适应生长速率的改变。这与有关研究一致，即生长快速的有机体通常具有较低的C∶P和N∶P比值。

摄食不同饵料刺参体内的元素比值也表现出一定的差异，两者具有一定的正相关关系，饵料B的C∶P比、N∶P比含量最低，摄食饵料B的刺参体内的C∶P比、N∶P比也为所有处理组最低，饵料D的C∶P比、N∶P比含量最高，摄食饵料D的刺参体内的C∶P比、N∶P比也为不同处理组最高，与实验前相比差异显著（P＜0.05）。表明高品质的饵料能提高所饲养生物的营养价值。

（饵料）

（刺参）

（饵料）

（刺参）

（饵料）

（刺参）

图4实验饵料及不同处理组刺参中C、N、P

元素之间的比值

3.3.4不同处理组刺参粪便中C:N:P元素比不同处理组刺参粪便的C∶P比、N∶P比和C∶N比如图5所示。由图5可见，投喂饵料A的第一组刺参粪便的C∶P比、N∶P比均为最低。刺参粪便C∶P比、N∶P比与对应饵料的C∶P比、N∶P比变化趋势大体一致，C∶N比与对应饵料中C∶N比大体一致。

（Ⅳ）

（Ⅴ）

（Ⅵ）

图5不同处理组刺参粪便C∶P比 (Ⅳ)，

N∶P比 (Ⅴ)，C∶N比 (Ⅵ)，所有数据基于干重获得。

把四组刺参粪便的C∶P比、N∶P比和C∶N与图4中实验饵料进行C、N、P元素之间的比值进行比较，发现它们的变化趋势大体一致。这也进一步说明了刺参粪便中的元素含量与饵料有很大关系。

第一、二组刺参粪便与其它两组相比C∶P比、N∶P比值低很多，差异显著（P＜0.05），也有作为饵料的潜力。可以考虑将刺参粪便配制其它养殖产品的人工饵料。这样既减少了环境的污染，又能够降低配制饵料的成本。

4结论

从实验结果可以看出不同处理组刺参体内的C、N、P元素含量与其饵料中的C、N、P元素含量有密切的关系，两者呈正相关关系，即在一定范围内，生物体内的元素含量随着饵料中相应元素含量的增加而增加。饵料的C∶P比和N∶P比对生物的生长有一定的影响，C∶P比和N∶P比最低的饵料B所饲养的刺参的特殊生长率最高，且刺参体内的C∶P比、N∶P比也为所有处理组最低，饵料D的C∶P比、N∶P比含量最高，摄食饵料D的刺参体内的C∶P比、N∶P比也为不同处理组最高，与实验前相比差异显著（P＜0.05），这表明食物中的元素水平将对生物体自身成分产生一定的影响，生物体为更好地适应生活环境，在一定的尺度范围内将会随着饵料的营养成分的变化来改变自身的组成。表明高品质的饵料能提高所饲养生物的营养价值，这为以后培育高品质的刺参提供了理论基础。

刺参粪便中C、N、P元素含量的变化趋势与实验饵料中的基本一致，表明饵料中C、N、P元素含量与粪便中C、N、P元素含量有很大关系。饵料B所饲养的第二组刺参的粪便C、N、P元素含量为各组中最低，对环境的影响小。表明了饵料B (25%海藻粉和75%底泥)为最适合刺参养殖的饵料，且是一种环境友好的饵料。

参考文献：

[1] Schimel DS. All life is chemical[J]. BioScience, 2003, 53：521-524

[2] Mendez M, and Karlsson PS . Nutrient stoichiometry in Pinguecula vulgaris: nutrient availability, plant size, and reproductive status[J]. Ecology, 2005, 86：982-991

[3] Sterner RW and Elser JJ. Ecological stoichiometry: The biology of elements from molecules to the biosphere. Princeton Press, 2002

[4] 朱建新,刘慧,冷凯良,等.几种常用饵料对稚幼参生长影响的初步研究[J].海洋水产研究,2007,28(5)：10

（收稿日期：2013-09-27；修回日期：2013-10-08）

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