应用稳定同位素技术研究鄱阳湖食物网结构与功能

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aspl12315
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食物网结构与功能的研究一直是生态学研究中的核心内容,对于理解生态系统中生物与生物之间相互的营养关系,系统中的物质循环和能量流动路径以及环境对生态系统的影响有着重要的意义。稳定碳、氮同位素分析技术已经成为研究生态系统食物网结构和营养关系及其动态变化的重要手段,已被广泛使用在不同类型生态系统的研究中。近50年来包括过度捕捞,水污染,兴建水利工程,围垦等人类活动已严重威胁了鄱阳湖水生生物的生存。本论文通过测定不同季节鄱阳湖主要的生产者,初级消费者和次级消费者碳、氮稳定同位素含量并结合食物来源混合模型研究季节性水位波动的鄱阳湖水生食物网结构与功能。本论文主要研究5种主要食物来源碳、氮同位素含量的季节变化,评估了生产者和初级消费者作为食物网基准的适用范围,示踪了常见大型无脊椎动物和鱼类的食物来源及水生食物网的主要能流途径,估算了消费者的食性转变与营养级位置变化,构建了丰枯水期鄱阳湖水生生食物网能量来源的简化模型。主要结果如下:   (1)在丰枯水期采集的鄱阳湖5种潜在食物来源δ13C值都有着季节差异。其中陆生植物的δ13C值最低(枯水期为-30.1±0.7‰,丰水期为-29.0±2.4‰),水生植物的δ13C值最高(枯水期为-21.2±2.2‰,丰水期为-21.4±3.0‰),颗粒有机物(POM),附着藻类和表层沉积物(SOM)的δ13C值介于二者之间。5种食物来源的δ15N值均有显著的季节著异,其中附着藻类的δ15N值季节差异最大,其余4种食物来源的变化范围为5.0‰~8.6‰,表层沉积物的δ15N值的季节变化趋势滞后于颗粒有机物。   (2)分析6次季度采样分别采集来自浮游食物网的颗粒有机物和滤食性初级消费者河蚬(Corbicula flumine),来自底栖食物网的表层沉积物和刮食性初级消费者铜锈环棱螺(Bellamyaaeruginosa)的δ15N值的季节变化特点及对水环境的指示效果发现:颗粒有机物和表层沉积物的δ15N值都有着极显著的季节变化,不适合作为营养级位置和湖泊营养状况的基准。其中颗粒有机物的δ15N值的变化范围为0.69‰~19.3‰,平均值为6.1‰(±3.8‰),表层沉积物的δ15N值的变化范围为0.5‰~13.6‰,平均值为6.6‰(±2.9‰)。蚌类和螺类的δ15N值均无明显的季节变化。蚌类δ15N值为变化范围为6.6‰~16.7‰,平均值为10.6‰(±1.5‰),螺类δ15N值变化范围为6.4‰~15.5‰,平均值为11.0‰(±1.6‰)。同时发现鄱阳湖水体中的氮、磷营养物质的含量有着极显著的季节变化,且枯水期浓度要高于丰水期。颗粒有机物的δ15N值仅与水体中PO4-P浓度显著相关,与水体初级生产力受磷元素制约有关。表层沉积物的δ15N值与TN,NO3-N,PO4-P均显著相关,说明其直接受到湖泊初级生产能力的影响。蚌类和螺类的δ15N值有虽营养物质含量浓度升高而增加的趋势,但是分别仅与TN浓度和PO4-P浓度显著相关。   (3)通过稳定同位素分析技术研究发现鄱阳湖的水生食物网可被划分为4个营养层次,其中肉食性鱼的营养级位置变化范围为2.4~3.4,杂食性鱼类的营养级位置变化范围为1.9~2.7,植食性鱼的营养级位置变化范围为1.5~2.2。对鄱阳湖近年来在渔获物比重逐年增加的杂食性瓦氏黄颡鱼的碳、氮稳定同位素研究证明了这种鱼生长发育中的食性转变。在采集的103尾个体中δ13C变化范围很大为-29.4‰~-24.5‰,说明其食物来源较为广泛。δ15N值变化范围是12.0‰~15.4‰与体长和体重分别呈显著负相关关系。使用用河蚬和铜锈环棱螺做为浮游层和底栖层基准的二源混合模型计算得到体长变化为3.3~12.7cm瓦氏黄颡鱼营养位置变化范围从2.6(体长11.3cm,57.0%食物来源来自底栖层)~3.6(体长3.5cm,1.6%食物来源来自底栖层),平均值为3.1±0.2,表明这种杂食性鱼食性趋于动物食性。通过估算浮游层和底栖层的食物对全部瓦氏黄颡鱼个体贡献比例,发现该种鱼主要以底栖层的食物为食(68%±27%)。结合瓦氏黄颡鱼取食食性分析的文献发现个体大的瓦氏黄颡鱼的营养级位置低于个体小的与其个体发育过程中从幼鱼期主要取食δ15N值较高浮游动物成鱼期主要取食δ15N值较低的水生昆虫幼虫、螺类和蚌类有关。   (4)本研究构建了丰枯水期鄱阳湖食物网简化能量食物网模型。对丰枯水期采集到的鄱阳湖14种常见的不同食性消费者食物来源进行分析发现,鄱阳湖水生食物网2种主要的食物来源途径:A.牧食食物链:浮游植物/附着藻类/大型水生植物-底栖动物/浮游动物/植食性鱼类-杂食性鱼类-食浮游动物鱼类/肉食性鱼类;B.碎屑食物链:陆生植物碎屑物/底栖微藻/沉积物-碎屑食性鱼类/底栖动物-杂食性鱼类——肉食性鱼类。其中牧食食物链是鄱阳湖水生食物网最主要的内源能量来源,同时外源能量也有所贡献。在枯水期,枯水期颗粒有机物为本研究中的14种消费者提供了48.4%~97.9%的能量,陆生植物提供了16.4%~84.0%的能量,表层沉积物、水生植物和附着藻类对食物网也有所贡献但他们的重要性不明显。在丰水期食物来源增多,其中水生植物为能量本研究中的14种消费者提供了平均12.7%~93.0%的能量,陆生植物提供了平均17.9%~81.0%的能量,颗粒有机提供了平均37.0%的能量,表层沉积物和附着藻类的贡献重要性不明显。除了不同类型的内源生产力在不同季节为鄱阳湖水生食物网提供了能量,外源生产力也有所贡献,且在丰水期贡献比例增大。鄱阳湖季节性水位动态连通了陆地和湖泊的物质和能量交换,是维持该地区多样的栖息环境以及丰富的生物多样性的重要保证。
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