珠江口鱼类群落结构的时空变化

王迪, 林昭进

王迪, 林昭进. 珠江口鱼类群落结构的时空变化[J]. 南方水产科学, 2006, 2(4): 37-45.
引用本文: 王迪, 林昭进. 珠江口鱼类群落结构的时空变化[J]. 南方水产科学, 2006, 2(4): 37-45.
WANG Di, LIN Zhaojin. Spatial and temporal variations of fish community structure in the Pearl River Estuary waters[J]. South China Fisheries Science, 2006, 2(4): 37-45.
Citation: WANG Di, LIN Zhaojin. Spatial and temporal variations of fish community structure in the Pearl River Estuary waters[J]. South China Fisheries Science, 2006, 2(4): 37-45.

珠江口鱼类群落结构的时空变化

详细信息
    作者简介:

    王迪(1980-),女,硕士研究生,从事渔业资源研究。E-mail:wangdi666@eyou.com

    通讯作者:

    林昭进,E-mail:scslzj@163.net

  • 中图分类号: S932.4

Spatial and temporal variations of fish community structure in the Pearl River Estuary waters

  • 摘要:

    根据1986~1987年珠江口及其邻近水域渔业资源的周年月份调查数据,运用MVSP软件包中的聚类分析和主坐标分析对珠江口鱼类群落的时空变化进行定量分析,描述珠江口鱼类群落的季节变化和区域变化特征,把珠江口从时空上划分为4个季节和5个水域,并与传统的划分方法作比较,讨论了这种分析结果的合理性。综合考虑个体数、重量、出现频率等因素,把珠江口鱼类的优势种确定为优势度大于1 000的丽叶鲹、棘头梅童鱼、凤鲚、银鲳、杜氏棱鳀、带鱼、黄斑鲾和赤鼻棱鳀等8种,分析了优势种的区域和季节变化。

    Abstract:

    Based on monthly fishery resources investig ation data of demersal trawl from 1986~1987 in the Pearl River Estuary and adjacent waters, the paper quantitatively analyzed variation of fish community of various species by cluster analysis and principal coordinates analysis of a package of MVSP. The result described seasonal and spafial variations and showed that the waters can be divided into four seasons in temporal and five waters types in spatial, and compared with the traditional divided idea, and the rationality of the result was discussed. In addition, eight species of Caranx kalla, Pampus argenteus, Collichthys lucidus, Coilia mystus, Thrissa dussumieri, Trichiurus japonicus, Leiognathus bindus, Thrissa kammalensis were defined to be dominant species of fishes in the Pearl River Estuary by comsidering factors of individual, weight and frequeucy, and the seasonal and spatial variations of the dominant species were analyzed.

  • 虾青素(astaxanthin)是一种非维生素A原的类胡萝卜素,常温下呈紫黑色结晶粉末,熔点224℃,易氧化且对光敏感,不溶于水,易溶于二氯甲烷、氯仿、丙酮等大多数有机溶剂[1]。虾青素最重要的性质在于它的抗氧化性,其分子结构中具有活泼的电子效应,极易与自由基反应而清除自由基[2-3],因而被誉为“超级维生素E”和“超级抗氧化剂”。动物试验表明它有抑制肿瘤发生、增强免疫功能等多方面的生物活性和生理功能,在功能食品和医药等方面应用广泛[4]

    近年来出于安全考虑,人们对生产天然虾青素的兴趣大大提高。目前较有前景的天然虾青素生产来源是甲壳类动物的外壳、酵母菌和藻类。由于甲壳类年产量很大,加工厂的废弃物占原料的70%~85%,是提取虾青素的一种良好来源。据报道,2006年全世界约有54万t粉红虾被加工,以平均每吨废弃物可提取出35 g虾青素估计,每年可获取18 900 kg虾青素[5]

    由于天然虾青素在甲壳类壳中的含量非常低,因而传统的提取和精制方法如碱法破壁法、超声波法、层析法等,提取率均较低,难以满足生产和市场需要。

    负压空化法提取技术是一种崭新的提取方法。其原理是利用负压空化气泡产生强烈的空化效应和机械振动,造成目标物颗粒细胞壁快速破裂,胞内物质被释放;同时负压空化效应使细胞膜和壁的通透性加大,提取溶剂得以瞬间进入,大大促进胞内物质向介质释放、扩散和溶解过程,从而使提取过程在极短时间内完成。这种提取方法具有提取收率高、设备简单、易于操作的特点[6-8]

    文章首次采用负压空化法从河虾的虾壳中提取天然虾青素,变废为宝,提高水产品废弃物的综合利用率,为水产品的综合应用开辟新路,并为负压空化法的工业化提取技术提供理论基础。

    原料为新鲜河虾虾壳,取自河南南阳市白河附近一生产河虾虾仁的冷库车间。

    虾壳预处理是用5%盐酸浸泡、水洗除去盐和矿物质及一些水溶性杂质,将虾壳敲碎,离心甩干,备用。

    自制空化柱(内径为4 cm,上端连接空气流量计和真空泵,下端配有法兰控制空气进量);真空泵;空气流量计;离心机。

    高效液相色谱仪(Waters 510高压泵;Waters 717自动进样器;色谱柱为Novapak C18柱(Φ4.6×150 mm)或Waters Spherisorb. S5W(5 μm silica)硅胶柱(Φ4.6×250 mm);Waters 486紫外检测器,二极管阵列检测器(PDA)。

    甲醇、乙醇、丙酮、乙腈、二氯甲烷等化学试剂均为分析纯。

    量取甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷各100 mL,分别与10 g虾壳混合,置于空化柱中,进行负压空化提取,时间为30 min,通气量为0.20 m3·h-1,分别取样,样品经12 000 r·min-1离心5 min后采用HPLC检测虾青素的含量。

    量取50%,60%,70%,80%,90%,100%的乙醇溶液各100 mL,分别与10 g虾壳混合,置于空化柱中,进行负压空化提取,时间为30 min,通气量0.20 m3·h-1,分别取样,样品经12 000 r·min-1离心5 min,HPLC检测虾青素含量。

    量取10 g虾壳,与100 mL 80%的乙醇溶液混合,置于空化柱中,进行负压空化提取,时间为1 h,通气量0.20 m3·h-1,每间隔5 min取样,样品经12 000 r·min-1离心5 min后检测虾青素的含量。

    量取3份10 g虾壳,分别用80%乙醇溶液提取3次(料液比分别为1:10,1:20,1:30)进行对比试验,通气量为0.20 m3·h-1,时间为30 min,收集提取液,浓缩至干,分别用100 mL乙醇溶解,取样,样品经12 000 r·min-1离心5 min后采用HPLC检测虾青素的含量。

    量取5份10 g虾壳,分别与100 mL 80%乙醇溶液混合,置于空化柱中,进行负压空化提取,时间为30 min,选择通气量0.10,0.15,0.20,0.25,0.30 m3·h-1进行对比试验,分别取样,样品经12 000 r·min-1离心5 min后采用HPLC检测虾青素的含量。

    HPLC检测。(1)游离虾青素分析。色谱柱为Novapak C18柱,Φ4.6×250 mm;预柱为Waters;流动相A为甲醇-二氯甲烷-水(50:2:3);流速0.6 mL·min-1;检测波长478 run。(2)虾青素酯分析。色谱柱为Novapak C18柱,Φ4.6×250 mm;预柱为Waters;流动相B为甲醇-二氯甲烷-乙腈-水(30:9:7:1.4);流速0.6 mL·min-1;检测波长481 nm。

    游离虾青素分析结束时,色谱柱需要用二氯甲烷-甲醇(1:3)冲洗。它能准确测定游离虾青素的含量,但不适用于正己烷配制的样品溶液的分析。虾青素酯分析准确性较差,但可用于正己烷配制的样品溶液。

    取10 g虾壳鲜物料,用pH值为11.8的NaOH溶液处理,温度为40℃,处理2 h后,水洗至溶液呈中性,在4 800 r·min-1下离心10 min,取沉淀部分加入100 mL 80%乙醇溶液浸提l h,取样,12 000 r·min-1离心5 min,样品采用HPLC进行虾青素含量测定。

    取10 g虾壳鲜物料,加入100 mL 80%乙醇溶液,放入超声机内进行超声提取,时间为35 min,温度为40℃,频率为100 kHz。取样,12 000 r·min-1离心5 min,样品采用HPLC进行虾青素含量测定。

    在提取工艺中,应选择对目标提取物溶解度高、价格便宜、毒性低且易回收的提取溶剂(图 1)。由于负压空化提取法在提取时,溶剂在空化柱内会剧烈混旋,负压作用下气流将带走一部分溶剂,此外如果提取溶剂的挥发性较强会导致过多的溶剂进入空气之中,造成环境污染,所以首选挥发性弱的提取溶剂。

    图  1  不同提取溶剂对虾青素提取率的影响
    1.甲醇;2.乙醇;3.丙西酮;4.二氧甲烷
    Figure  1.  Effect of various solvent on astaxanthin extraction rate
    1.methanol; 2.ethanol; 3.acetone; 4.dichlormethane

    目前,虾青素提取中常用的溶剂有二氯甲烷、丙酮、甲醇和乙醇。二氯甲烷的毒性大,挥发性强,且与物料无法互溶,出现分层现象,给物料的装投和处理带来极大不便;丙酮的提取效果较好,但其挥发性较强,毒性也较大,在物料的提取、溶剂的回收过程中,会造成大量污染,且会繁化操作和产品后处理等程序;甲醇和乙醇的效果相当,故选择毒性较低的乙醇作为提取溶剂[9]

    图 2所示,乙醇浓度越高提取效果越好,这是因为在气泡传质的过程中,提取溶剂借助气泡溃灭或收缩时产生的巨大能量,可以透过细胞壁与提取的目标物充分接触;虾青素不溶于水,当乙醇中含水后,虾青素在提取溶剂中的溶解度降低,与虾青素脂肪粒接触时,无水乙醇可以最大限度的溶解虾青素,使提取更充分,但由于工业化生产的特殊要求,提取溶剂的浓度不宜过高,否则将会提高成本,并且给下一步溶剂回收的再利用造成一定的难度。所以选择浓度为80%的乙醇溶液作为提取溶剂,降低成本。

    图  2  乙醇浓度对虾青素提取率的影响
    Figure  2.  Effect of various ethyl alcohol density on astaxanthin extraction rate

    图 3可知,随着空化时间的增加,虾青素的提取率成上升趋势,在35 min时上升至最高,之后曲线成下降趋势。虽然空化现象可以产生巨大的能量,但是由于空化柱内细胞的数量也很大,要想使提取效果完全,就要使每一个细胞都受到气泡的冲击,而且还要使每一个细胞内的虾青素都被抽提出来,这样就需要一定的提取时间来使气泡多次作用到每一个细胞[10]。虾青素的不稳定性又决定了提取时间不宜过长,所以在提取35 min后提取溶液中虾青素的含量才会降低,由此确定负压空化法提取虾青素的最佳时间为35 min。

    图  3  不同时间对虾青素提取率的影响
    Figure  3.  Effect of various extraction time on astaxanthin extraction rate

    图 4可以看出料液比对虾青素的提取有显著影响,料液比1:10的提取效果最差,较料液比1:20提取率低32.3%,因为料液比过小,料液过分粘稠,空化的效果受到影响,造成了虾青素的提取不完全;料液比1:20与料液比1:30的提取效果相当,但提取的料液比过大,溶剂使用量过多,后期固液分离及溶剂回收负载过重,将会延长生产周期,加大成本。因此,选择最佳料液比为1:20。

    图  4  料液比(体积比)对虾青素提取率的影响
    Figure  4.  Effect of material/fluid ratio (V/V)on astaxanthin extraction rate

    图 5的结果可以知道,最佳通气量为0.20 m3·h-1。通气量的选择要适中,不宜过大或过小,因为当通气量较低时,液相中气含率较小,气泡数量产生较少,气液混旋效果较差,传质表面减少,影响液相与固相间的传质效率;当通气量过大时,传质体系中含气量增加,但空化所需的临界压力减小,同时小气泡的数量减少,空化效果较差,导致传质率降低。

    图  5  通气量对虾青素提取率的影响
    Figure  5.  Effect of ventilation on astaxanthin extraction rate

    综上所述,虾青素的最佳工艺参数为提取溶剂是80%乙醇溶液,提取时间为35 min,料液比为1:20,通气量为0.20 m3·h-1

    在单因素试验的基础上,确定乙醇浓度、提取时间、料液比、通气量4因素,采用L9 (34)的正交试验,以提取率为指标确定最佳条件,见表 1

    表  1  正交试验结果及分析
    Table  1.  Orthogonal test results and analysis
    试验号
    no.
    乙醇浓度/%
    ethyl alcohol density
    A
    提取时间/min
    extraction time
    B
    料液比
    material/fluid ratio
    C
    通气量/m3·h-1
    ventilation
    D
    提取率/%
    extraction rate
    1 1(70) 1(25) 1(1:15) 1(0.15) 1.26
    2 1 2(30) 2(1:20) 2(0.20) 1.44
    3 1 3(35) 3(1:25) 3(0.25) 1.37
    4 2(80) 1 2 3 1.32
    5 2 2 3 1 1.53
    6 2 3 1 2 1.65
    7 3(90) 1 3 2 1.43
    8 3 2 1 3 1.25
    9 3 3 2 1 1.30
    K K1 1.357 1.337 1.387 1.363
    K2 1.500 1.407 1.353 1.507
    K3 1.327 1.440 1.443 1.313
    R 0.173 0.103 0.090 0.194
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    表 1可知,各因素影响极差大小的主次顺序为D>A>B>C,即通气量对提取率的影响最大,乙醇浓度其次,提取时间和料液比对提取率的影响较小。最佳提取工艺条件为D2A2B3C3,即通气量0.20 m3·h-1,乙醇浓度80%,提取时间35 min,料液比1:25。此组合在表 2中未出现,故需做验证试验。而验证试验表明,在最佳条件下,其提取率为1.68%,高于其它组合。

    表  2  不同提取方法提取条件的比较
    Table  2.  Comparison of different extraction methods
    方法
    methods
    提取时间/min
    extraction time
    提取温度/℃
    extraction temperature
    溶剂
    solvent
    碱法破壁提取
    extraction alkaline broken-down wall
    190 40 NaOH(pH=11.8)
    80%乙醇溶液(100 mL)
    80% ethyl alcohol (100 mL)
    超声波法
    ultrasonic wave
    35 40 80%乙醇溶液(100 mL)
    80% ethyl alcohol (100 mL)
    负压空化法
    vacuum cavitations
    35 25 80%乙醇溶液(100 mL)
    80% ethyl alcohol (100 mL)
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    根据检测结果,空化提取法的提取效果优于化学破壁法,提取率较碱法破壁提高26.7%。试验发现,碱对虾青素有一定的破坏作用,在使用pH值为11.8的碱液时,虾青素的损失率最小;但这些精确的溶液条件和较短的处理时间将给大规模生产带来一定难度,操作中的微小误差都将会导致提取率的严重降低。负压空化法提取时间短,对提取温度也无特殊要求(表 2),将原来的破壁提取2步操作合并为一步完成,所以,无论是在提取率还是在操作程序的简化程度方面,负压空化法都是更适合产业化生产的提取方式。

    在提取时间、溶剂以及提取效果3方面,超声提取与负压空化法提取基本相同,但超声法的提取温度要略高于负压空化法超声提取,在实验室规模应用较普遍,处理少量样品时操作简便,液量损失少,但是超声波产生的化学自由基团能使某些敏感活性物质失活,噪声令人难以忍受,而且大容量装置声能传递,散热均有困难,因而超声破碎的应用潜力有限。

    文章研究了负压空化法提取虾壳中虾青素的工艺条件对虾青素提取效果的影响,确定了负压空化法提取最佳工艺参数:提取溶剂为浓度80%的乙醇溶液,提取时间为35 min,料液比为1:20,通气量为0.2 m3·h-1。同时将负压空化法与常用破壁提取方法的提取效果和效率进行了比较,结果表明负压空化法优越于其它方法。

    负压空化法是一种提取虾青素的新方法, 它运用气泡的空化作用将原有的先破壁、后浸提的2步提取工艺缩短为一步完成, 适用于工业生产。一般认为运用此方法提取虾青素时,材料的细胞壁并没有破碎, 而是其通透性发生了改变, 这样就使存在于脂质中的虾青素通过细胞壁溶解在提取溶剂中, 从而实现了虾青素的高效提取。负压空化法更新了破壁提取的传统方法, 为虾青素的提取工艺提供新的思路。

    虾青素作为分布极为广泛的叶黄素,具有独特的着色功能,也能够促进抗体的产生,增强动物的免疫力;在抗氧化性、清除自由基方面,其能力强于β-胡萝卜素;具有水溶性和亲脂性,易溶于二硫化碳、丙酮、苯和氯仿等有机溶剂。因此,虾青素是一种极具潜力的类胡萝卜素添加剂,在食品、饲料、化妆品、医药等领域有着广阔的应用前景。

  • 图  1   1986~1987年珠江口鱼类资源调查站位示意图

    Figure  1.   Sampling stations in 1986~1987

    图  2   珠江口鱼类月份聚类分析

    Figure  2.   Dendrogram of merger of fishes in the Pearl River Estuary

    图  3   珠江口鱼类月份主坐标排序分析

    Figure  3.   Ordination of merger of fishes in the Pearl River Estuary

    图  4   珠江口鱼类采样站位聚类分析

    Figure  4.   Dendrogram of merger of fishes in the Pearl River Estuary

    图  5   珠江口鱼类采样站位主坐标排序分析

    Figure  5.   Ordination of merger of fishes in the Pearl River Estuary

    表  1   珠江口历次鱼类资源调查

    Table  1   Fishes resources researches of the Pearl River Estuary

    调查年份investigation year 项目item 采样方式sample mode 调查月份investigation months 调查区域investigationarea 站位数station number
    1980~1981 广东省海岸带和海涂资源综合调查 阿氏拖网 季度月 近海区 27
    1986~1987 珠江口渔业资源调查 底拖网 月度 虎门水道-近海区 18
    1990~1991 广东省海岛资源综合调查 底拖网 3、9 近海区为主,部份咸淡水区 25
    1997~1998 铜鼓水道海豚/渔业/底栖生物调查 掺缯网、尖尾罟网 月度 内伶仃岛附近 5
    2003 广州南沙水域水生生态调查 底拖网 3、4、5、8、9、10、11 虎门水道-伶仃洋水域 6
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    表  2   网次分布情况

    Table  2   Distribution of unit net

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    表  3   珠江口优势种区域变化和季节变化

    Table  3   The seasonal and spatial variations of the dominant species

    区域area 种类species ni/N(%) wi/W(%) fi/m(%) Dy 季节season 种类species ni/N(%) wi/W(%) fi/m(%) Dy
    珠江口Pearl RiverEstuarine 丽叶鲹C.kalla 47.8 46.9 37.0 35 011 春夏spring-summer 丽叶鲹C.kalla 57.7 28.7 42.2 36 469
    棘头梅童鱼C.lucidus 24.4 2.3 39.4 11 663 C.lucidus 20.0 5.4 31.1 7 898
    凤鲚C.mystus 5.2 2.1 40.9 2 983 刺鲳P.anomala 0.8 5.1 53.3 3 119
    杜氏棱鳀T.dussumieri 3.7 3.1 41.7 2 850 带鱼T.haumela 1.4 5.2 44.4 2 940
    银鲳P.argenteus 0.5 3.2 59.1 2 158 杜氏棱鳀T.dussumieri 3.3 4.8 35.6 2 817
    带鱼T.haumela 0.9 2.3 46.5 1 491 燕尾鲳P.nozawae 0.4 4.6 37.8 1 857
    黄斑鲾L.bindus 2.8 1.5 26.0 1 096 黄斑鲾L.bindus 3.4 4.3 22.2 1 726
    赤鼻棱鳀T.kammalensis 2.8 3.4 17.3 1 064 凤鲚C.mystus 2.9 0.7 44.4 1 612
    总计total 87.9 67.7 竹筴鱼T.japonica 1.7 3.3 26.7 1 313
    淡水区freshwaterzone 广东鲂M.hoffmanni 3.0 53.3 63.2 35 520 斑点马鲛S.guttatus 0.1 3.8 28.9 1 108
    中华海鲶A.sinensis 10.1 16.2 94.7 24 913 赤鼻棱鳀T.kammalensis 1.2 2.6 28.9 1 096
    七丝鲚C.grayi 23.9 3.5 89.5 24 484 总计total 92.6 68.4
    棘头梅童鱼C.lucidus 44.1 3.7 31.6 15 102 夏秋summer-autumn 棘头梅童鱼C.lucidus 45.5 8.5 39.6 21 377
    凤鲚C.mystus 14.6 1.1 63.2 9 843 丽叶鲹C.kalla 10.1 16.1 35.4 9 290
    鲈鱼L.japonicus 0.7 4.6 26.3 1 398 凤鲚C.mystus 7.9 3.6 33.3 3 847
    总计total 96.3 82.3 杜氏棱鳀T.dussumieri 4.7 3.8 43.8 3 721
    咸淡水区brackish waterzone 棘头梅童鱼C.lucidus 70.7 48.9 100 119 637 广东鲂M.hoffmanni 0.3 14.9 16.7 2 540
    凤鲚C.mystus 18.4 23.0 96.9 40 153 黄斑鲾L.bindus 4.4 1.4 43.8 2 517
    银鲳P.argenteus 1.0 6.2 68.8 4 932 黄带鲱鲤U.moluccensis 2.0 2.4 43.8 1 914
    康氏小公鱼A.commersonii 1.9 1.1 37.5 1 142 带鱼T.japonicus 0.7 2.9 43.8 1 600
    鳓鱼I.elongata 0.3 1.5 59.4 1 116 中华海鲶A.sinensis 1.1 4.1 25.0 1 316
    总计total 92.4 80.8 赤鼻棱鳀T.kammalenis 7.1 8.1 8.3 1 271
    近岸区inshorezone 丽叶鲹C.kalla 63.4 43.4 55.6 59 337 乌鲳F.niger 0.3 2.1 47.9 1 122
    杜氏棱鳀T.dussumieri 4.2 4.1 63.9 5 323 银鲳P.argenteus 0.3 1.7 52.1 1 031
    棘头梅童鱼C.lucidus 13.2 2.8 33.3 5 314 总计total 84.5 69.6
    银鲳P.argenteus 0.3 3.8 83.3 3 432 秋冬autumn-winter 丽叶鲹C.kalla 80.5 86.4 60.0 100 144
    燕尾鲳P.nozawae 0.7 4.7 61.1 3 267 棘头梅童鱼C.lucidus 6.3 2.0 66.7 5 543
    赤鼻棱鳀T.kammalenis 5.8 9.4 19.4 2 972 杜氏棱鳀T.dussumieri 2.9 1.4 80.0 3 440
    中华青鳞H.nymphaea 1.6 4.9 36.1 2 370 凤鲚C.mystus 4.2 1.2 60.0 3 208
    带鱼T.japonicus 0.6 1.6 72.2 1 565 银鲳P.argenteus 0.3 2.9 86.7 2 777
    棕腹刺鲀L.spadiceus 0.4 2.8 44.4 1 419 总计total 94.2 93.8
    总计total 90.2 77.6 冬末later-winter 银鲳P.argenteus 13.2 34.1 88.9 42 083
    近海区offshorezone 丽叶鲹C.kalla 70.2 66.1 42.5 57 931 凤鲚C.mystus 22.2 8.9 38.9 12 099
    黄斑鲾T.japonicus 8.2 2.7 65.0 7 079 棘头梅童鱼C.lucidus 10.3 11.1 38.9 8 348
    杜氏棱鳀T.dussumieri 6.5 3.5 57.5 5 734 带鱼T.japonicus 7.4 3.6 72.2 7 991
    带鱼T.japonicus 2.2 3.6 77.5 4 481 斑点马鲛S.guttatus 0.6 10.6 50.0 5 587
    黄带鲱鲤U.moluccensis 2.1 1.7 60.0 2 231 鹿斑鲾L.ruconins 11.2 2.1 38.9 5 135
    刺鲳P.anomala 1.1 2.6 52.5 1 923 杜氏棱鳀T.dussumieri 13.1 6.0 22.2 4 248
    银鲳P.argenteus 0.3 3.0 55.0 1 796 中国鲳P.sinensis 0.1 5.3 27.8 1 505
    长尾大眼鲷P.tayenus 1.2 1.9 45.0 1 386 棕腹刺鲀L.spadiceus 2.7 2.5 27.8 1 448
    总计total 91.7 85.0 多齿蛇鲻S.tumbil 2.6 3.4 27.8 1 395
    总计total 82.5 87.6
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图(5)  /  表(3)
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出版历程
  • 收稿日期:  2006-05-07
  • 修回日期:  2006-05-22
  • 刊出日期:  2006-08-04

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