热带东太平洋中上层食物网结构指数与重要饵料分析

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食物网(Food Web)描绘了生态系统中物种之间通过捕食而形成的复杂营养网络关系,是生态学中研究最早、最多的网络类型。了解食物网的结构及其复杂性有助于进一步研究生态系统的功能及其动态变化。关键种(Keystone species)在生态系统中具有不可替代的重要作用,对于维持种群群落结构的稳定以及生态系统的能量转化与传递具有重要意义。热带太平洋东部海域具有较高的生物多样性和丰富的鱼类资源,同时也是世界金枪鱼渔业的重要作业区域。随着金枪鱼资源的不断开发,金枪鱼渔业资源的可持续利用以及兼捕物种的保护引起了有关区域管理和国际组织的高度关注和重视,基于生态系统的渔业管理(Ecosystem-based fisheries management,EBFM)成为热门研究。相对于近海生态系统,由于大洋区进行科学调查和生物采样具有较大困难,所以人们对大洋生态系统的认识还较为缺乏。近年来,我国为履行远洋渔业管理公约,常年派遣科学观察员跟随金枪鱼生产渔船奔赴大洋区进行渔获物数据实时观察与记录,这也为我国参与大洋生态系统的研究提供了重要的调查途径。本论文根据科学观察员于2017年6月—2019年2月在热带太平洋东部海域开展的6个航次金枪鱼延绳钓渔获采样调查,分析渔获物胃含物组成,结合文献记载资料,以商业性渔业长期捕捞的经济鱼种和兼捕物种为主要对象,构建热带太平洋东部海域中上层食物网,分析食物网结构指数,并筛选重要饵料物种。研究内容及结果如下:主要应用形态学观察法,DNA条形码技术以及耳石形态学分析法作为方法补充对所采集的渔获物胃样品进行饵料物种组成成分鉴定,并记录生物学指标。以实验研究和文献查阅获得的50个物种和33个类群间的摄食关系为基础,构建种间营养相互作用网络,计算12个常见的食物网网络分析指数,并与其他9个海域的食物网网络指数进行比较分析,研究热带太平洋东部海域中上层食物网结构特征。本食物网的平均营养级(Mean Trophic level,MTL)为2.4,最高营养级为4.15,物种为虎鲸(Orcinus orca),同时金枪鱼渔业重要经济鱼种,例如黄鳍金枪鱼(Thunnus albacares)、大眼金枪鱼(Thunnus obesus)、鲣(Katsuwonus pelamis)等物种的营养级均处于较高级别,营养级分别为3.16、3.08、2.99。食物网内顶级物种、中间物种、基础物种的比例分别为10.85%、83.13%、6.02%,中间物种的比例最高,说明本食物网中的大多数物种既是捕食者,又是被捕食者。本食物网的杂食性指数(Omnivorous,Omn=92.77%)、连接复杂性指数(Connection complexity index,SC=13.22)和特征路径长度(Characteristic path length,Ch Path=1.85)的分析表明,该食物网结构目前处于较稳定状态,可在一定程度上抵御外界干扰。聚类系数(Clustering coefficient,CC=0.242)表明食物网物种间可形成几个连接性较密切的子网络结构,其中,连接性较高的物种是黄鳍金枪鱼、大眼金枪鱼、帆蜥鱼(Alepisaurus ferox)、剑鱼(Xiphias gladius)和鲯鳅(Coryphaena hippurus)。量化食物网复杂性的主要指标是总物种数(Species,S)、总连接数(Links,L)、每个物种的相互作用数量(L/S)和连通度(L/S~2)。本食物网总物种数(S)为83,连接数(L)为542。由每个物种的相互作用数量指标(L/S,6.53)和连通度指标(L/S~2,0.08)可知本食物网的复杂性处于正常水平,对人为扰动以及环境变化存在一定的抵御性。研究可以提高人们对大洋生态系统食物网结构的认识,为今后热带太平洋食物网功能的深入研究及基于生态系统的大洋渔业管理提供基础参考。以构建的热带太平洋东部海域的食物网为基础,采用SURF(SUpportive Role to Fishery ecosystems)指数筛选热带东太平洋中上层食物网中的重要饵料生物。通过每个物种i作为饵料生物为其所有捕食者提供的摄食比例以及食物网的总连接数(L),计算每种猎物的SURFi值,结果表明SURFi值较高的物种与种群是鲭(Scomber spp.)、头足类(Cephalopoda)、甲壳类(Crustacea)、鲣(Katsuwonus pelamis)、刺鲀(Diodon sp.)和帆蜥鱼,它们可被认为是热带太平洋东部海域食物网中的重要饵料生物,对维持食物网结构与功能的稳定具有重要作用,它们的数量波动可能会对热带东太平洋其他物种产生直接或间接的影响。研究结果可为管理者针对不同物种采取相应的捕捞策略提供基础科学依据。实施科学的渔业资源管理与养护,对维持大洋生态系统平衡与稳定具有重要意义,同时可以促进金枪鱼渔业的可持续发展,实现人类与自然的和谐相处。
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