三亚近海诺亚砗磲分布特征及底质对其外套膜颜色的影响

刘春胜 吴川良 李秀保 刘 闯 王爱民 顾志峰 吕 布

(1. 海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室, 海口 570228; 2. 海南大学海洋学院, 海口 570228;3. 三亚珊瑚礁生态研究所, 三亚 572000)

砗磲是海洋双壳贝类中个体最大的一类, 分布于从西太平洋到印度洋非洲东海岸的热带珊瑚礁海域, 全世界现存12个种, 分别隶属软体动物门双壳纲帘蛤目砗磲科的砗磲属Tridacnidae(10种)和砗蚝属Hippopus(2种)[1,2]。目前, 我国已报道8种, 其中以诺亚砗磲 (T. noae)、番红砗磲 (T. crocea)和长砗磲 (T. maxima)等小型砗磲资源量较多[3—5]。砗磲为珍稀水生动物, 《濒危野生动植物种国际贸易公约》(CITES)和《世界自然保护联盟(IUCN)濒危物种红色名录》均将砗磲列为世界稀有海洋生物加以保护, 并实施国际贸易管制[6,7]。我国亦多次出台相关法规, 加强对砗磲资源保护。

截至目前, 气候变化、过度捕捞及栖息地破坏被认为是导致砗磲资源减少的主要原因[2]。Van Wynsberge等[8]报道法属玻里尼西亚长砗磲资源受气候波动和过度捕捞影响; Ramah等[9]报道毛里求斯岛海洋禁渔区内外砗磲数量和种类组成差异明显。自20世纪90年代, 我国海南岛周边及南海各岛礁砗磲资源量不断下降, 目前临高和文昌等部分海南岛周边海域砗磲已经绝迹, 而捕捞和旅游被认为影响近岸珊瑚礁生态系统的两个重要因素[10—12]。为比较非法捕捞及旅游扰动对砗磲资源影响程度,本研究以诺亚砗磲为实验对象, 开展三亚珊瑚礁国家级自然保护区 (以下简称珊瑚礁保护区, 主要受非法捕捞影响)和旅游区蜈支洲岛 (主要受海上旅游活动影响)的诺亚砗磲调查, 分析人类活动对其分布及其外套膜颜色影响, 以期为砗磲保护策略的制定提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 站位及调查方法

2018年8月至2019年6月, 在三亚周边海域选取4个区域 (蜈支洲岛、亚龙湾、鹿回头半岛和东西瑁岛)共设置33个站位 (图 1和表 1)进行砗磲资源调查。蜈支洲岛为旅游景区, 周边海域有公司专门管理, 且岛上无原始居民, 几乎无偷捕乱采活动; 亚龙湾、鹿回头半岛和东西瑁岛属三亚珊瑚礁国家级自然保护区, 但经常有渔民在附近海域从事非法采捕活动。

每个调查站位分别在平潮线下2—4 m和6—8 m处设置1条调查断面, 每条断面布设1条长50 m, 宽1 m的样带, 样带断面与岸线平行方向布设。采用水下数码摄像机从样带的一端开始沿着断面线摄像, 回到实验室后在电脑上进行判读, 以统计砗磲及底质状况。当调查过程中发现砗磲时, 采用水下照相机对其外套膜及周边底质进行拍照, 同时测量其壳长。

1.2 砗磲种类鉴定

通过形态学观测和分子学鉴定相结合的方法对砗磲种类进行鉴定。其中形态学参考Roa-Quiaoit[13]和Su等[14], 通过现场观察、拍照对比的方法鉴定。

图 1 三亚周边海域砗磲调查站位图Fig. 1 Map of giant clam survey sites in coastal waters of Sanya

表 1 调查站位经纬度Tab. 1 Latitude and longitude of survey stations

分子学鉴定以COⅠ基因作为分类依据。具体如下: 现场剪取砗磲0.5—1 cm2外套膜组织, 用95%酒精固定后带回实验室。利用DNA 提取试剂盒(天根海洋动物组织基因组DNA提取试剂盒)对样品进行基因组DNA 提取, 再以2对砗磲线粒体COⅠ基因特异性引物进行PCR扩增。所用2对引物序列为: (1)COI-F1: 5′-GGGTGATAATTCGAA CAGAA-3′和COI-R1: 5′-TAGTTAAAGCCCCAGCTA AA-3′[15]; (2)COI-F2: 5′-GGTCAACAAATCATAAAG ATA-3′和COI-R2: 5′-TAAACTTCAGGGTGACCAA AA-3′[14]。PCR反映体系为: 引物各1 μL, DNA模板2 μL, 2×PCRMaster Mix 12.5 μL。COI-F1/R1引物PCR反应程序为: 94℃预变性5min; 94℃变性40s,43℃退火1min, 72℃延伸1min, 35个循环; 72℃延伸10min。COI-F2/R2引物PCR反应程序为: 94℃预变性5min; 94℃变性40s, 53℃退火1min, 72℃延伸1min, 35个循环; 72℃延伸10min。PCR产物切胶回收、纯化和测序。将测得序列提交至GenBank比对, 确认砗磲种类。

1.3 调查站位底质分析

通过计算机回放调查录像, 对各站位底质组成进行判读。各站位底质分为活珊瑚底质、礁石底质和砂质底质3种类型, 具体通过观察皮尺下珊瑚、礁石和砂质的累积长度统计各站位不同底质所占比例, 进而计算砗磲在不同底质分布比例。

1.4 诺亚砗磲外套膜及周边底质颜色参数获取

砗磲外套膜颜色与周边底质颜色相近性 (保护色)是砗磲逃避敌害生物的重要途径之一, 本文对诺亚砗磲外套膜颜色与周边环境颜色采集及分析方法参考Todd等[16], 具体如下:

砗磲图片采集时间为晴朗天气上午10:00至下午2:00阳光直射阶段, 用同一相机 (佳能EOS 6D Mark II), 固定拍照模式拍摄砗磲及周边底质, 选取清晰图片进行后续分析。拍照时相机与底质面呈45 °角, 距砗磲0.5 m, 拍照参数为M(快门速度)1/15,F(光圈大小)5.0, ISO(感光度) 200, 放大倍数1.9倍。

选取外套膜舒展的个体用以颜色相关性分析,颜色数据采集方法如下: 用Photoshop软件截取待测砗磲外套膜及周边底质图片, 而后将待测量图片导入CSE-1成像色度检测分析系统, 砗磲和底质各随机选取5个点, 获得其RGB值(R、G和B分别对应三原色中的红色、绿色和蓝色, 数值范围均为0—255)。计算这5个点RGB值的平均值, 作为该砗磲的外套膜和底质颜色参数。

1.5 数据统计

实验结果用平均值±标准误(Means±SE)表示。不同站位间砗磲密度、底质组成相关实验数据采用One-way ANOVA进行单因素方差分析, 进行Turkey多重比较。对砗磲外套膜与周边底质颜色相关性分析采用一元直线回归及相关性统计方法进行。数据分析采用DPS统计学软件, 差异显著水平为P＜0.05。

2 结果

2.1 不同海域诺亚砗磲分布及种群结构

经形态学和分子学鉴定, 本次调查共发现5个番红砗磲 (位于亚龙湾Y2和Y3及蜈支洲岛S3和S124个站位), 其余全部为诺亚砗磲, 因此本文仅针对诺亚砗磲开展相关分析。

如表 2所示, 亚龙湾和蜈支洲岛海域诺亚砗磲密度最高, 分别为2.00和1.92×10–2ind./m2, 显著高于东西瑁岛和鹿回头半岛海域 (P＜0.05)。其中蜈支洲岛诺亚砗磲主要分布于2—4 m水深 (密度为2.92×10–2ind./m2), 亚龙湾诺亚砗磲主要分布于6—8 m水深 (密度为3.50×10–2ind./m2)。

砗磲为雌雄同体, 雄性先熟。根据诺亚砗磲生长发育规律, 将其分为4个阶段 (壳长＜5 cm性腺未发育; 5—＜10 cm雄性为主; 10—＜15 cm雌雄同体;≥15 cm雌性为主), 并对各调查海域诺亚砗磲不同发育阶段比例进行统计 (图 2)。在蜈支洲岛海域,种群中4种发育阶段诺亚砗磲均有发现, 其中壳长＜5 cm和5—＜10 cm个体占总数量的28%和36%, 高于大个体数量。亚龙湾海域未发现≥15 cm个体, 其壳长＜10 cm的小规格比例亦高于大规格。东西瑁岛海域未发现＜5 cm个体, 鹿回头半岛海域仅发现1个5—＜10 cm个体。

表 2 三亚不同海区诺亚砗磲密度Tab. 2 Density of T. noae at different sea areas in Sanya

2.2 诺亚砗磲分布与底质类型关系

调查发现诺亚砗磲在珊瑚礁、礁石和砂石底质环境中均有分布(图 3)。4个调查海域中蜈支洲岛珊瑚礁覆盖率最高(40.6%), 亚龙湾和东西瑁岛次之(24.94%—25.15%), 鹿回头半岛最低 (19.34%,P＜0.05)。蜈支洲岛礁石区所占比例最低 (27.15%),显著小于其他海域 (54.21%—63.51%,P＜0.05, 图 4A)。对蜈支洲岛和珊瑚礁保护区不同底质诺亚砗磲分布密度比较发现, 诺亚砗磲主要分布于珊瑚覆盖区,其次为礁石区, 砂石区极少 (图 4B)。

图 2 三亚不同海域各发育阶段诺亚砗磲数量 (A)及比例 (B)Fig. 2 The number (A) and ratio (B) of T. noae with different development stages in different sea areas

2.3 诺亚砗磲外套膜颜色与底质颜色关系

因现场调查拍照过程中, 部分诺亚砗磲个体外壳闭合或外套膜舒展不完全, 故蜈支洲岛海域选择19个个体, 珊瑚礁保护区选择9个个体进行颜色相关性分析 (图 5)。结果表明, 各海域诺亚砗磲外套膜RGB参数值与周边底质颜色均呈现显著地相关性 (P＜0.05, 表 3)。蜈支洲岛群体各RGB参数值相关系数均低于珊瑚礁保护区群体, 其中蜈支洲岛群体诺亚砗磲外套膜颜色与周边底质R、G和B值相关系数分别为0.740、0.759和0.799, 珊瑚礁保护区群体R、G和B值相关系数分别为0.824、0.828和0.922。此外, 不同诺亚砗磲群体蓝原色值B均高于绿原色值G和红原色值R。

图 3 诺亚砗磲及其底质环境Fig. 3 T. noae in different substrates

3 讨论

3.1 非法捕捞及环境污染是影响砗磲种群结构的重要因素

对三亚周边海域砗磲调查显示, 诺亚砗磲为该海域主要砗磲种类, 该结果与崔丹等报道一致[12]。据报道, 2006—2008年砗磲依然为西瑁洲岛优势种,种类有长砗磲 (应为诺亚砗磲)、鳞砗磲和番红砗磲[10]。本次调查发现, 除亚龙湾外, 鹿回头半岛及东西瑁岛两个海域砗磲资源已十分稀少, 且种群结构亦不合理。与之相比, 蜈支洲岛周边海域诺亚砗磲密度为1.92×10–2ind./m2, 种群结构稳定。相关研究表明, 尽管三亚周边海域无机氮和活性磷酸盐等关键水质指标呈现一定时空波动性, 但珊瑚礁保护区所在海域与蜈支洲岛海域差异不显著, 均属超Ⅰ类水质, 因此环境因子不是导致不同调查海域砗磲种群差异的主要原因[17,18]。进一步分析发现, 鹿回头半岛及东西瑁岛海区周边有居民常驻, 同时因保护区人员有限, 时常有偷捕滥采现象发生; 而蜈支洲岛为无居民海岛, 加之经营公司监管严格, 极少发生偷捕滥采行为。此外, 珊瑚礁保护区海域禁止旅游开发, 与之相比蜈支洲岛为三亚著名景点,其年接待游客量达200万人次以上[19], 因此蜈支洲岛周边海域受旅游活动影响显著高于珊瑚礁保护区。据此, 作者推测非法捕捞是导致海南岛近岸海域砗磲资源减少的重要影响因素。Ramah等[9]通过比较毛里求斯岛禁渔区与非禁渔区亦表明, 禁渔措施有助于砗磲资源恢复。

图 4 不同海域底质组成(A)及诺亚砗磲分布比例(B)Fig. 4 Substrate compositions (A) and ratio of T. noae at different substrates (B)

图 5 诺亚砗磲外套膜与周边底质RGB颜色参数相关性Fig. 5 The relationship between mean red, blue and green (RGB)values of T. noae clam mantles and their surrounding substrates

表 3 不同海域诺亚砗磲外套膜与周边底质颜色回归分析Tab. 3 Regression analysis of T. noae clam mantles and their surrounding substrates at different sea areas

亚龙湾和蜈支洲岛海域诺亚砗磲密度无显著差异, 且两海域均为超Ⅰ类水质, 透明度相差不大(约为5—6 m), 然而亚龙湾海域诺亚砗磲主要分布于6—8 m水深, 蜈支洲岛海域则主要分布于2—4 m水深。砗磲共生虫黄藻是其能量来源的重要组成部分, 砗磲分布与光照强度密切相关[7,20]。诺亚砗磲与长砗磲类似, 主要分布于1—18 m水深, 浅水区更有利于其生长[1,21]。在无捕捞限制条件下, 分布于浅水水域的砗磲被捕捞几率应高于深水区。据此, 我们推测捕捞压力导致了亚龙湾诺亚砗磲分布水层变深。

3.2 捕捞引起砗磲外套膜颜色变化

保护色是生物对生态环境的适应, 具有隐蔽、拟态、警戒、吸引异性等重要作用[22]。砗磲外套膜颜色多态性亦是其逃避敌害生物捕食的重要生活史策略[7,23,24]。热带珊瑚礁生态系统极其复杂,砗磲为适应周边复杂环境, 进化产生了外套膜颜色多态性程度更高的后代, 以保证种群延续[16]。本研究对蜈支洲岛和珊瑚礁保护区诺亚砗磲外套膜颜色分析发现, 其颜色RGB参数值与周边底质颜色呈现显著的相关性(P＜0.05)。Todd等[16]对帕劳番红砗磲外套膜颜色分析, 亦发现其与底质环境颜色呈现显著的相关性, RGB参数相关系数分别为0.641、0.540和0.528; 法属波利尼西亚长砗磲外套膜红色与蓝色原色亦得出相同结果[23]。然而与之相比, 本研究中蜈支洲岛和珊瑚礁保护区诺亚砗磲外套膜颜色相关性系数更高, 且珊瑚礁保护区群体高于蜈支洲岛群体。一方面本研究砗磲样本较小, 可能造成一定误差; 另一方面, 捕捞压力的差异性或许是导致该现象原因。砗磲为逃避敌害生物捕食, 其外套膜呈现出多态性[16,23,24]。当外套膜颜色与周边底质颜色相近时, 砗磲被敌害生物捕食几率降低,存活率增加。同理, 砗磲外套膜颜色与周边环境颜色相似度越高, 其被人类采捕几率就越小, 随着人类捕捞活动增强, 砗磲外套膜颜色与周边环境颜色相关性亦越高。

砗磲是现存最大的双壳贝类, 具有重要的生态和经济价值[4,25]。本次调查结果表明诺亚砗磲分布与珊瑚礁覆盖度密切相关; 诺亚砗磲数量与捕捞活动存在显著的负相关性, 鹿回头半岛和东西瑁岛等非法采捕活动频繁海域诺亚砗磲数量显著少于蜈支洲岛; 捕捞活动亦显著影响诺亚砗磲分布水深,及其外套膜颜色与周边环境颜色的相关性。基于此, 在今后砗磲保护政策制定中, 应注意(1)加强珊瑚礁保护, 恢复砗磲栖息地; (2)加强宣传和执法力度, 杜绝非法捕捞砗磲行为; (3)开展砗磲增殖放流活动, 补充周边海域砗磲种群数量。