基于碳、氮稳定同位素技术的东太湖水生食物网结构
太湖不同湖湾中铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)的氮稳定同位素特征
太湖不同湖湾中铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)的氮稳定同位素特征何虎;于谨磊;章铭;刘正文;李宽意【摘要】进入湖泊中不同氮源氮稳定同位素值(δ15N)的差异和生物对氮稳定同位素的记忆作用,可以反映流域人类活动输入的污染物对生态系统的影响程度.本文调查了太湖4个湖湾(梅梁湾、贡湖湾、竺山湾和东太湖)中铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)的δ15N值,结果表明环棱螺δ15N值的变幅为6.9‰ ～18.1‰,平均值为11.2‰,不同湖湾中环棱螺δ15N值差异极显著,从高到低依次为梅梁湾(17.7‰)、贡湖湾(13.2‰)、东太湖(10.2‰)和竺山湾(7.8‰).分析认为,梅梁湾和贡湖湾接纳较多的人类活动产生的污染物,其周边城市如无锡、常州等地的污水处理效率有待提高；竺山湾水体氮素主要来自于农业面源污染,需降低农田化肥的使用量.%Nitrogen discharged into lake ecosystems typically has different nitrogen stable isoto pe ratios (δ15N) and measurement of 5 N in organisms can be useful indicators of anthropogenic impacts from the watershed. The S N values of Bellamya aeruginosa were investigated in four bays of Lake Taihu. Results showed that δ15N values in snail ranged f rom 6. 9‰ to 18.1‰, with an aver-age of 11.2‰. Snail S N values displayed a significant variation among four bays. The highest average value was found in Meil-iang Bay( 17. 1‰) , followed by Gonghu Bay( 13. 2‰) , East Taihu( 10. 2‰) and Zhushan Bay(7. 8‰) . Our investigation sug-gested that both Meiliang Bay and Gonghu Bay have received tremendous amount of domestic sewage derived from increasing human activities. Therefore, it's necessary to promote investment of sewagetreatment plants in surrounding cities including Wuxi and Changzhou. Our research also indicated that Zhushan Bay, which is located in northwest part of Lake Taihu is mainly affected by agriculture non-point source pollution. So it's necessary to reduce the use of fertilizers to improve the water quality of that bay.【期刊名称】《湖泊科学》【年(卷),期】2012(024)002【总页数】5页(P282-286)【关键词】铜锈环棱螺;氮稳定同位素;人类活动污染物;太湖【作者】何虎;于谨磊;章铭;刘正文;李宽意【作者单位】中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室,南京210008;中国科学院研究生院,北京100049;暨南大学水生生物研究所,广州510632;华中农业大学水产学院,武汉430070;中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室,南京210008;暨南大学水生生物研究所,广州510632;中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室,南京210008【正文语种】中文输入到湖泊生态系统中的各种氮源的氮稳定同位素值(δ15N)通常具有很大差异，如生活污水或动物粪便的δ15N 值范围为10‰ ～20‰［1-2］，明显高于大气降水(2‰ ～8‰)和综合肥料(－3‰ ～4‰)［3］.人类活动产生的污染物的δ15N较高，输入到湖泊生态系统后，会通过生产者吸收固定或者消费者直接摄食的方式进入生态系统食物网，由于δ15N信号能够沿着食物链向上传递，所以各营养级生物的δ15N都会升高.因此，δ15N是反映流域人类活动对水生生态系统影响的一个良好指标.例如，Anderson等［4］对82条不同营养水平河流的3个营养级生物的δ15N进行了调查分析，结果表明生物的δ15N值与该流域人类活动产生的氮负荷量(包括家畜粪便、化肥和人类废水)显著相关.Benson等［5］调查也发现纽约东北部Upper Saranac湖苦草(Vallisneria americana)的δ15N值与该流域的人口密度呈正相关.在水生态系统中，水体硝氮［6］、沉积物［7］、水生植物［5］和鱼类［8］的δ15N值都可以用来指示氮源.螺贝类等大型底栖动物作为初级消费者，具有寿命长、机体组织周转率低［9］、迁移能力差、活动场所相对固定［10］的特点，其机体组织的δ15N值反映了栖息地长时间、综合的氮素来源，在研究流域人类活动对生态系统的影响上同样具有很好的指示效果.例如，Karube等［11］调查了日本琵琶湖沿岸带螺Semisulcospira spp.和双壳类Unio douglasiae biwae Kobelt的碳、氮稳定同位素值，结果发现样品的δ15N 值存在较大的空间差异，螺的δ15N值与流域人口密度显著相关.Fry［12］研究了旧金山湾(San Francisco Bay)蛤Potamocorbula amurensis的δ15N值，发现受人类活动影响较大的南部湾(South Bay)中蛤的δ15N值较高.太湖地处经济发达的上海、江苏和浙江两省一市交界处，湖泊面积2338 km2，平均水深1.9 m.太湖流域面积达36895 km2，是我国人口最稠密和城市化程度最高的地区之一.竺山湾、梅梁湾、贡湖湾是太湖北部相邻的三个湖湾，东太湖则位于太湖东南部，与北部湖湾相距较远.由于太湖流域周边地区的土地利用方式和经济发展程度存在差异，输入到湖湾中的氮分布具有较大的空间异质性［13］.本文调查了四个湖湾沿岸带大型底栖动物铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)的氮稳定同位素值，拟通过螺的δ15N值来指示人类活动对湖湾生态系统的影响，研究成果对太湖的控源截污工作具有一定的指导意义.2009年7月3日和4日，在太湖梅梁湾、贡湖湾、竺山湾以及东太湖采集水样及环棱螺样品.其中东太湖布设3个采样点，其余各湖湾布设2个采样点作为重复，采样点尽量选取靠近河口的沿岸带区域(图1).采用彼得森采泥器在沉积物表面收集大型底栖动物铜锈环棱螺.每个采样点选取3～4个规格相近的环棱螺，取肌肉组织放入烘箱，60℃烘干，然后磨碎过100目筛，称重，包装后送入DELTA plus Advantage质谱仪(Thermo Fisher)分析氮稳定同位素丰度.氮稳定同位素值以国际通用的大气氮作为参考标准，以δ值形式表示，δ15N值的分析精度为±0.1‰.水样分析指标为总氮(TN)、总磷(TP)和叶绿素 a(Chl.a)，分别采用碱性过硫酸钾消解法、碱性过硫酸钾消解钼锑钪分光光度法和丙酮萃取分光光度法测定.数据采用SPSS 16.0统计软件进行分析.各采样点铜锈环棱螺的δ15N值最小为6.9‰，出现在竺山湾的殷村港(5#点);最大为18.1‰，出现在梅梁湾的山水游艇会(2#点)(表1).方差分析表明，铜锈环棱螺的δ15N值在四个湖湾的分布具有较大的空间异质性(P＜0.05).两两比较(LSD 法)发现，梅梁湾铜锈环棱螺的δ15N值(17.7‰)最高，其次是贡湖湾(13.2‰)，而东太湖(10.2‰)和竺山湾(7.8‰)采集的铜锈环棱螺的δ15N值均较低，二者无显著差异(P＞0.05).调查发现，在梅梁湾采集的铜锈环棱螺的δ15N值最高，已有研究也表明该湖湾水体中微囊藻和硝态氮的同位素值较高［14］，说明梅梁湾受人类活动的影响较大，接收了大量生活污水等高δ15N值污染物.梅梁湾位于太湖北部，周边城市如无锡和常州具有较高的城镇化率和人口密度，人类活动剧烈.秦伯强等［15］调查表明，无锡和常州是太湖水体污染物的主要来源地区，大量污染物通过直湖港、武进港和梁溪河等入湖河道排入梅梁湾和五里湖后［15-16］，使水体的氮磷浓度升高，造成水体富营养化，同时栖息地生物的氮同位素值也升高.近年来，由于太湖富营养化问题的日益突出，各地政府加大投资力度处理城市生活污水，但从本实验调查的结果来看，现阶段太湖流域城市的污水处理能力仍显不足.Townsend-Small等［6］研究也表明武进港和梁溪河水体硝氮的δ15N值较高，暗示无锡和常州市生活污水的排放仍然是梅梁湾面临的主要问题.贡湖湾位于太湖东北部，本研究发现该湖湾采集的铜锈环棱螺的氮稳定同位素值仅次于梅梁湾，远高于其它湖湾(P＜0.05).这一方面是因为该湖湾与生活污染严重的梅梁湾紧邻，两个湖湾容易发生水量交换，从而受到梅梁湾接纳的污染物的影响较大;另一方面，虽然该湖湾河流多以出湖为主，但“引江济太”工程的通道——望虞河是以入湖为主的.所谓“引江济太”，即通过望虞河从长江大量引水入太湖，以求达到改善太湖水质的目的［17］.然而，望虞河在引水入太湖的过程中，同时也可能将沿岸带，特别是西岸地区大量的污染物排入太湖.研究表明望虞河西岸水体污染严重，几条主要支流总体均处于劣Ⅴ类水平［18］，生活污染是主要的氮磷污染源，其排放的总氮和氨氮分别占河道总负荷量的52.5%和60.2%［17］.研究发现贡湖湾沿岸带采集的芦苇δ15N值也较高［13］，与本研究对铜锈环棱螺δ15N值的调查结果一致，说明贡湖湾接纳了较多的人类活动产生的污染物.竺山湾一直是太湖富营养化程度最严重的地区之一，水体氮磷浓度较高，水华暴发频繁［19-20］，然而，该湖湾采集的铜锈环棱螺的δ15N值在四个湖湾中却最低，这说明该湖湾并没有接收过多的生活源污染物，输入到湖湾生态系统的氮素应该有其它来源.竺山湾位于太湖西北部，和其它三个湖湾不同，流域的土地利用方式以农田为主，林琳［21］利用同位素示踪技术识别不同人类活动对太湖环境的影响时，发现宜兴小流域的δ15N值主要受农业面源污染的影响，所以该湖湾水体氮素可能主要来源于农田化肥.据统计，太湖流域每亩地施用化肥38.5 kg，远高于全国平均的27.4 kg，有机肥和化肥的比例在1990s中期就达到了1∶9［22］，大量低δ15N值的综合化肥［3］通过径流或其它途径进入湖湾后，不仅造成湖湾水质恶化，水体氮、磷营养盐浓度升高，同时也导致栖息地生物的δ15N值较低.东太湖3个采样点铜锈环棱螺的δ15N值都较低，分析认为这可能有两方面的原因:首先，东太湖是太湖的出水通道，河流以出湖为主，这导致沿岸带人类活动产生的污染物不能通过河道进入湖湾，并且由于太湖南部较短的换水周期［15］，即使有少量污染物被输入湖湾，也会很快通过河道排泄至下游，所以湖湾中滞留的污染物较少.相关研究也发现东太湖水体氨氮［14］、硝氮［6］以及水生植物芦苇［13］的δ15N值都较其它湖湾低.其次，食物来源不同也可能是导致东太湖螺的δ15N值较低的一个原因，铜锈环棱螺属前腮亚纲(Prosobranchia)，田螺科(Viviparidae)，环棱螺属(Bellamya)，主要以水体中的附着生物和有机碎屑为食［23-24］，也能摄食浮游藻类［25］.和太湖北部的三个湖湾已经发展成藻型湖湾不同，东太湖至今仍属于草型生态系统，沉水植被覆盖率较高［19］，所以栖息在东太湖的环棱螺可能摄食了较多的附植生物和水生植物碎屑，而其它湖湾的铜锈环棱螺则主要以沉积物表面的藻源有机质为食.由于水生高等植物和浮游藻类在生理结构和对水体氮素的利用上的差异，导致同一栖息地的某些水生高等植物的δ15N值要显著低于浮游藻类.例如，林琳等［14］调查发现太湖梅梁湾采集的菱的δ15N值(6.59‰)要显著低于该湖湾藻类的δ15N值(16.79‰)，因此，东太湖采集的环棱螺的δ15N值较低也有可能是因为该湖湾栖息的铜锈环棱螺摄食了较多的水生植物碎屑.本研究表明太湖沿岸带铜锈环棱螺的δ15N值存在较大的空间差异，梅梁湾和贡湖湾采集的铜锈环棱螺的δ15N偏高，湖湾接收了大量人类活动所排放的污染物，说明周边城市如无锡、常州等地的污水处理效率还有待提高.竺山湾水体氮磷营养盐浓度较高，铜锈环棱螺的δ15N值较低可能是因为外源氮素主要来自于低δ15N 值的农田化肥，这也说明湖湾受农业面源污染的影响相对较大，应该考虑减少综合化肥的使用量.东太湖铜锈环棱螺δ15N值较低，一方面是由于河流出湖污染物在湖湾中滞留时间较短;另一方面也可能是因为该湖湾铜锈环棱螺摄食了较多的水生植物碎屑.【相关文献】［1］Kreitler CW，Jones DC.Natural soil nitrate:the cause of the nitrate contamination of ground water in runnels county，Texas.Ground Water，1975，13(1):53-62.［2］Gormly JR，Spalding RF.Sources and concentrations of nitrate-nitrogen in ground water of the central platte region，Nebraska.Ground Water，1979，17(3):291-301.［3］McClelland JW，Valiela I，Michener RH.Nitrogen-stable isotope signatures in estuarine food webs:A record of increasing urbanization in coastal watersheds.Limnology and Oceanography，1997，42(5):930-937.［4］Anderson C，Cabana G.Does δ15N in river food webs reflect the intensity and origin of N loads from the watershed?Science of the Total Environment，2006，367(2/3):968-978.［5］Benson ER，O'Neil JM，Dennison ing the aquatic macrophyte Vallisneria americana(wild celery)as a nutrient bioindicator.Hydrobiologia，2008，596(1):187-196. ［6］Townsend-Small A，McCarthy MJ，Brandes JA 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基于碳氮稳定同位素的太湖鱼类营养生态位研究
收稿日期：2022-01-24修回日期：2023-03-19基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFC0407200）。
作者简介：刘素群，1997年生，女，硕士研究生，研究方向为湖泊生态学。
E-mail:*********************通信作者：刘学勤，1979年生，男，副研究员，主要从事河流―泛滥平原生态学及水文生态学研究。
E-mail:************.cn基于碳氮稳定同位素的太湖鱼类营养生态位研究刘素群1,2，申明华1,2，刘学勤1（1.中国科学院水生生物研究所，湖北武汉430072；2.中国科学院大学，北京100049）摘要：为探究太湖鱼类的营养生态位特征，2019－2020年开展了鱼类碳氮稳定同位素调查，运用贝叶斯稳定同位素椭圆模型解析了鱼类的营养生态位大小及生态位重叠，运用双基线法分析了鱼类的营养级。
结果显示，鱼类δ13C 值为-27.67‰~-17.92‰，δ15N 值为6.02‰~20.31‰。
营养生态位大小（SEAc 值）为0.14‰2~20.43‰2，其中黄颡鱼（Pelteobagrus fulvidraco ）的生态位最大，光泽黄颡鱼（Pelteobagrus nitidus ）的生态位最小。
刀鲚（Coilia na-sus ）、陈氏短吻银鱼（Salangichthys tangkahkeii ）和鲢（Hypophthalmichthys molitrix ）的SEAc 值均较小，表明其可利用的食物源和生境范围较窄，鳙（Aristichthys nobilis ）的SEAc 值较大，表明其可利用的食物源和生境范围较广。
鱼类的营养生态位重叠度为0~70.6%。
大银鱼（Protosalanx hyalocranius ）与翘嘴鲌（Culter alburnus ）的生态位重叠度最大（70.6%），其次为中国花鲈（Lateolabrax maculatus ）与翘嘴鲌（39.9%），其余物种间的生态位重叠度为0~38.9%。
基于碳、氮稳定同位素分析的三角湖鱼类营养结构研究
基于碳、氮稳定同位素分析的三角湖鱼类营养结构研究刘淑君;翟东东;罗进勇;熊飞;刘红艳;陈元元【期刊名称】《淡水渔业》【年(卷),期】2024(54)3【摘要】为了解武汉地区三角湖生态系统营养结构特征,本研究应用碳、氮稳定同位素技术分析了鱼类的δ^(13)C值和δ^(15)N值组成、营养级和营养结构特征及其季节变化规律。
结果显示,三角湖鱼类δ^(13)C、δ^(15)N均值分别为-26.16‰±1.33‰、13.19‰±1.97‰,平均营养级为3.05±0.64。
鱼类δ^(13)C 值无显著季节差异,秋季鱼类δ^(15)N值(11.33‰±2.02‰)与夏季(13.67‰±1.24‰)、冬季(14.46‰±1.36‰)差异显著。
不同食性鱼类营养级存在差异,肉食性鱼类>杂食性鱼类>浮游生物食性鱼类。
三角湖鱼类群落的营养结构存在季节差异,秋季鱼类基础食物来源(CR)、鱼类群落营养长度(NR)、生态位总空间(TA)、核心生态位空间(SEAc)均为最大,说明秋季鱼类食物来源多样性高,春季NR、TA、SEAc值均为最小,说明春季鱼类食物来源多样性低,鱼类之间竞争相对较大。
三角湖杂食性鱼类较多,建议通过投放一些浮游生物食性鱼类及肉食性鱼类优化鱼类群落营养结构。
【总页数】9页(P3-11)【作者】刘淑君;翟东东;罗进勇;熊飞;刘红艳;陈元元【作者单位】江汉大学生命科学学院;江汉大学【正文语种】中文【中图分类】Q148【相关文献】1.基于氮稳定同位素的九龙江口鱼类营养级研究2.三峡水库与长寿湖水库鱼类碳、氮稳定同位素特征及营养级的比较3.基于碳、氮稳定同位素研究黄海及东海北部主要鱼类的营养级和食性4.基于氮稳定同位素分析的三峡水库主要鱼类营养级研究5.基于碳氮稳定同位素的太湖鱼类营养生态位研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
健康生态圈-食物网构建试验方案
1、研究内容1.1底栖、鱼类、植被、土壤专项调查1.2食物网构建2、研究背景食物网是生态系统中多种生物及其营养关系的网络，它描述了生物群落内不同生物体之间复杂的营养相互作用，并揭示整个生态系统水平上的物质和能量流动过程。
传统方法食性分析法（胃肠中的食物组成），不能提供动物长期的摄食信息以及食性转化情况，且不能区分所摄食物消化吸收的难易程度，往往结果偏向于较难消化的食物，存在较大的不确定性。
稳定同位素技术是研究生态系统食物网中物质循环与能量流动的有效技术之一。
在摄食生态学研究方面，生物组织中的碳、氮稳定同位素(13C、15N)可提供较长期的摄食信息及食物网中的物质和能量的传递信息。
碳稳定同位素比值（δ13C）常用来分析消费者食物来源，而氮稳定同位素比值（δ15N）常用来用于分析食性转化以及确定研究对象的营养级。
3、研究区域及样点选取黄河三角洲自然湿地、生态修复示范区。
选定3个典型岛屿作为采样研究地点。
4、调查时间1)第一次本底调查：2018年11月2)第一次本底调查：2019年1月13日-15日3)改后第一次调查：2019年4月（春）4)改后第二次调查：2019年7月（夏）5)改后第三次调查：2019年10月（秋）6)改后第四次调查：2019年1月（冬）5、调查步骤5.1土壤、底泥等调查5.1.1土壤土壤采集：取样深度分别为0-10cm，10-20cm，20-30cm，30-40cm，每个点每一层取两个位置（间距1米左右）的土壤混合成一个样品，采样过程中登记好样品号、取样深度、取样时间、取样地点（经纬度）。
土壤前处理及测定指标：5.1.2底泥和颗粒物等底泥与颗粒物的采集：底泥中的有机物质（SOM）用手采集,用铝箔纸包裹,放入聚乙烯封口袋内。
颗粒有机物（POM）样品是将水样用13号浮游生物网（112μm）过滤后,真空抽滤到预烧的玻璃纤维滤膜上获得,滤膜用铝箔纸包裹,放入聚乙烯封口袋内。
底泥和颗粒物前处理：底泥中的有机物质（SOM）在实验室使用1mol/L盐酸酸化去除碳酸盐，以免影响δ13C值的测定,后用去离子水冲洗烘干,用研钵充分磨碎,放入干燥器中保存。
基于稳定同位素的海南东寨港红树林湿地水生食物网结构研究
过80目筛。干燥后的样品放在-20乜保存，进行进 一步分析。
1.3同位素测试 所有样品的稳定C和N同位素比值均在中国科
学院南京地理与湖泊研究所同位素实验室测定，稳定
同位素质谱仪由菲尼根Flash EA112 HT元素分析仪
与菲尼根DELTA V Advantage同位素比率质谱仪相连
而成。稳定C、N同位素的自然丰度表示为：
matter (POM, mainly microalgae) and epiphytic algae are -32.7 %o ~ -26.6 %。，-25.1 %o ~ -23.3 %o and -23.9 %o ~ 23・l%o , respectively, the <515N values of the three are 2.8%° ~ 6.1%o , 9%o ~ 10.2%。and 7.4%° ~ 8.8%o . The analysis of
2结果
初级生产者的尸C和尸N表现出显著性差异。 POM的d叱值范围为-25.1%o ~ -23.3%。，BMA的沪C 值比POM略高，而尸N值比POM略低，红树植物则 具有最低的尸C和沪N值，平均＜513C值为-29.3%。。 本研究采集的消费者主要包括双壳纲帘蛤科的蛤类， 脊尾白虾和日本对虾，拟穴青蟹和远海梭子蟹以及鱼 类中碎屑食性的鲍鱼、杂食性的犬牙细棘嘏虎鱼、 斑鍊、黄鳍鯛和肉食性的食蟹豆齿鳗。虾类（脊尾白 虾、日本对虾）的尸（：值（-14.7%。）最高，黄鳍鯛 的尸C值（_19.0%。）最低。＜5”N值的组成特征是食 蟹豆齿鳗的尸N值（14.8%。）最高，蟹类的尸N值 较低，例如，拟穴青蟹和远海梭子蟹的尸N值分别 为 11.9%。±0.4%。和 11.8%。±0.3%。，而鱼类的尸N 值 变化范围较小，最低的为斑餘，其尸N值为12.6%。。 杂食性鱼类的尸C值显著低于碎屑食性和肉食性鱼 类，不同摄食类型组别的鱼类尸N值差异显著，杂 食性鱼类和碎屑食性鱼类的尸N值显著低于肉食性 鱼类。
利用稳定同位素技术研究外源物质输入对太湖微食物链的贡献
利用稳定同位素技术研究外源物质输入对太湖微食物链的贡献环境科学ENVIR0NMENTALSCIENCEV o1.28,No.8Aug.,2007利用稳定同位素技术研究外源物质输入对太湖微食物链的贡献曾庆飞,孔繁翔H,张恩楼,谭啸(1,中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室,南京210008;2.中国科学院研究生院,北京100049)摘要:应用碳氮稳定同位素方法研究了太湖不同营养状态湖区内外源物质对微生物食物链主要成分的贡献.结果表明,在有大量外来物质输入的河口区,细菌,浮游枝角类,溶解性有机物(DOM)和颗粒性有机物(POM)的8C和8N同位素值,溶解性无机碳(DIC)的8"C同位素值明显低于其它采样点,这表明河口区受陆源营养物质的影响强烈.其中,DOM的8"C平均值和陆源C植物的8"C值一26qt~相近,表现出流域外源的排人对湖泊碳库的影响.与从DIC到浮游藻类的分馏值22qt~计算得到的浮游藻类8"C值相比,POM主要为内源藻类贡献.浮游枝角类的8"C的平均值低于POM(0.2%o)和细菌(2.5%o),这可能是由于枝角类脂类的积聚或选择性的摄食8"C较为贫化的微型藻类(<50m)造成的.根据双组分混合模型(two—membermixingmode1),在河口区陆源c对细菌生物量的贡献占到61.2%,随着向湖心的推进,内源藻类的贡献逐渐增加(58.5%～92.9%).关键词:稳定同位素;太湖;微食物网(链)中图分类号:)【524文献标识码:A文章编号:0250-3301(2007)O8.1670.05EffectsofAnthropogenicOrganicMatterInputsonStableCarbonandNitrogen IsotopesinOrganismsfromMicrobialFoodChaininTaihuLakeZENGQing.fei',KONGFan—xiang.ZHANGEn—lou,TANXiao'(1.StateKeyLaboratoryofLakeScienceandEnvironment,NanjingInstituteofGeographya ndLimnology,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China;2.GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences,Beijing10004 9,China)Abstract:Stableisotopeanalysesofcarbonandnitrogenwereusedtoevaluateautochthonous versusallochthonouscontributiontothemainmicrobia1foodloopcomponentsinthefoursamplingsitesbasedondifferenttrophicstatusin TaihuLake.Onaverage,the8"Cand8Nvaluesoforganicmatter(OM)sources(bacteria,cladocera,particulateandsedimentaryorganicmat ter)andthe8"Cofdissolvedinorganiccarbon(DIC),whicharethemaincomponentsinmicrobialfoodchain,showedthelowestvaluesatest uarylocationcomparedwiththeotherthreesites.reflectingastronginfluencebyterrestriallyderivednutrientsandorganicmatter.Theme an8Cvalueofdissolvedorganicmatter(DOM)thatwemeasuredwasclosetotheestimatedterrestrial8C一26%c,suggestinganallochthonous—derivedorganicCpoo1.Particulate organicmatter(POM)wassupposedtobemainlydominatedbyalgaeundertheassumptionof aconstantfractionationfromDICtophytoplanktonof22%o.Cladocerahadalower8"Cthantheaverage8"CofPOM(0.2%0)and bacteria(2.5‰),supposingalipidaccumulationorselectivefeedingamore8HC.depletedalgalfraction(pico.andnano.plankt on,<50m)ofPOM.Thecontributionof autochthonousversusallochthonouscarbontothebacterialbiomasswasestimatedbyapplyi ngatwo—membermixingmodelusinga8"Cof一26%0astheallochthonousendmember.Thebacterialbiomassconsistedof61.2%allochthon ouscarbonatestuarypointwithlargeterrestrialemuents,whileinthelargeopenlakearea,bacteriawasmainlysupportedbyautochthonousO M(58.5%～92.9%).Theresultssubstantiate thefindingthattheanalysisofcarbonandnitrogenstableisotopescanhelptoelucidatesources andsinksoforganicmatterinTaihuLake, whicharecharacterizedbyagreatspatialvariabilityandcomplexity.Keywords:stableisotope;TaihuLake;microbialfoodweb(chain)湖泊微食物网主要是由异养或自养的超微型及微型浮游生物,包括细菌,微型藻类,原生动物,微型浮游动物等以营养关系为基础构成的复杂网状结构J.近年来,陆源碳对湖泊食物网结构的影响越来越受到重视..Samuelsson认为营养盐的浓度和循环在很大程度上影响了浮游生态系统中微食物网的结构.陆源有机物的输入和营养水平的提高将会提高微食物网,降低牧食食物网在物质循环中的贡献J.太湖是我国第3大淡水浅水湖泊,富营养化十分严重,从湖心经梅梁湾到河口,水体营养盐浓度逐渐升高,不同湖区营养状况具有显着差异,其中梅梁湾近年来经常发生蓝藻水华,大部分营养物质通过微食物环进行物质和能量的循环与传递.因此,研究外来物质对微生物食物环的贡献对进一步分析有机物在太湖水生生态系统中的迁移和转化途径及收稿日期:2006.09—12;修订日期:2006—10—27基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412305);国家自然科学基金项目(40471045);中国科学院百人计划项目作者简介:曾庆飞(1979一),女,博士研究生,主要研究方向为湖泊污染生态学,E—mail:zq—**************通讯联系人,E—mail:fxkong@.isl~8期曾庆飞等:利用稳定同位素技术研究外源物质输入对太湖微食物链的贡献其生物地球化学循环具有重要的意义.微食物网传统的研究方法是把流式细胞技术和荧光显微镜计数技术相结合,计算微型浮游生物的丰度,确定从细菌到异养鞭毛虫到纤毛虫各营养级的碳含量,传递效率及各生物种群问的消长关系,但难以确定消费者的食性和所在的营养级.稳定同位素技术在揭示有机物质在食物网中的循环路径和探究消费者之间营养关系的研究中得到了广泛应用.利用生物天然碳氮稳定同位素可以有效地揭示其有机物来源,消费者的食物组成以及各生物在食物网中所处的营养级.太湖的微食物网研究已有一定基础,阐明了不同湖区细菌数量,细胞体积和生产力差异上的比较以及与鞭毛虫,纤毛虫丰度关系…,但对食物网中主要生物组成的物质来源还有待深入研究.本实验运用稳定同位素分析手段,测定了太湖不同营养水平湖区中微食物链(微食物网结构的简化)主要生物物种的稳定碳氮同位素组成特征,并对生物之间的营养关系进行了初步探讨.1材料与方法1.1样品采集样品于2006.04采集自太湖的河口,梅梁湾湾心,太湖湖心和贡湖湾4个采样点(图1).各点位湖水的理化参数由YSI6600多参数水质监测仪(Y ellow SpringInstruments,USA)测得(表1).所有水样来自表层20cm,经120m孔径的尼龙网预过滤取水5L.其中2.5L加入少许饱和HgC1:溶液,用10%稀盐酸调pH为2,立刻一20℃冰冻保存.浮游动物用标准64m浮游生物网采集.沉积物样品取表层1～2cm.所采水样用碱性BaC12共沉淀生成BaCO得到溶解性无机碳(DIC).各采样点每个样品采集3个平行样.表1太湖各采样点水体部分理化参数Table1SelectedwatercharacteristicsofthesamplingsitesinTaihuLake图l太湖各采样点地理位置Fig.1SamplingsitesinTaihuLake(450℃4h)的WhatmanGF/F玻璃纤维滤膜;所得滤液经60℃低温蒸发获得的固体残留物即溶解性有机物(DOM);沉积物(SOM)样品自然晾干后,取适量加5%浓度的稀盐酸,反应24h,然后用蒸馏水冲洗样品至中性;细菌样品用另外2.5L未经固定的湖水进行室内原水样培养获得,具体步骤参照文献[3].以上所有样品均在60℃烘48h至恒重,磨细备用.所有样品经FlashEA1112元素分析仪燃烧,所得的CO,和N,气体分别送人FinniganMAT公司的DeltaP】advantage型稳定同位素比值质谱计上测定,碳,氮同位素分别以VPDB国际标准和大气氮为参考标准,实验室的测定精度是0.1%..数据处理在SPSS11.0下进行,方差分析采样One—wayANOV A检验;稳定同位素比值与主要环境因子之间的相关程度采用Pearson相关分析.L2,曼竺析.一,,.2结果与分析浮游动物用蒸馏水清养2h以排空其消化道内………". 含物,人工活体挑选Daphniaspp.,冷冻保存;颗粒2.1微生物食物链各主要成分的稳定同位素比值性有机物(POM)样品由真空抽滤已加酸和少量饱和太湖梅梁湾DIC6"C的平均值为一8.6%o,和大HgC12溶液处理的水样获得,所用滤膜为经预灼烧气CO:的一8.0%c接近.其中河口的最低,为l672环境科学28卷一12.3%0,这可能与河口有大量陆源C输入有关.如果认为从DIC到浮游藻类的C同位素分馏值为22%.,那么计算得到各点浮游藻类的6"C值和测量得到的POM6"C基本一致,说明太湖在4月底水体中0.7～120/.tm粒径间的颗粒有机物主要为浮游性(r=0.89,P=0.11,n=4)也证明了这一结论.各采样点的POM6"C和6N的检测值存在显着差异.其中河口,湾心的6N值为一3.o%.和一5.2%0,显着低于湖心和贡湖的6N值(15.0‰,13.9‰),类似的现象在Hansson等的研究中也有报道,说明外藻类,即内源贡献.POM和叶绿素a存在较强的相关源N对太湖水体营养物质的影响十分显着表2太湖微生物食物网主要组成的碳氮稳定同位素和C:N值(n:3)Table2Meanstableisotopemiles(‰)andC:Noffood—webcomponentsfromTaihuLake(n:3)1)SOM代表沉积有机物;DOM代表溶解性有机物;POM代表颗粒性有机物;Bact 代表细菌;Daph代表浮游枝角类;DIC代表溶解性无机碳太湖各点细菌的6"C变化幅度为一27.3‰～一29.2‰,同McCallister等¨报道的纽约河的细菌值(一28.9‰)相近.太湖各点所测得的Daphnia6"C值较为贫化,平均低于POM0.2‰,低于细菌2.5‰.Daphnia各点的6"C值和细菌存在极显着差异(P=0.001),与POM间的差异不显着(P=0.998).Daphnia各点的6"C值和C:N存在极显着的负相关关系(r=一0.99,P<0.O1,/Z=4),这与Matthews等¨的研究发现一致.细菌6N值和Daphnia分别相差3.7‰,3.8‰,3.2‰和3.3%0,如果以3.4‰为相邻营养级的富集度,那么Daphnia比细菌高出1.03个营养级.沉积物的6"C和6"N值在河口最低,分别为6"C一27%0和艿N3.1‰,从梅梁湾(艿"C一25.6%0; 6N7.5%.)至U湖心(6"C一25.3%.;6"N7.8%.)逐渐升高.DOM8"C的变化幅度为一26.1%v～一26.8%c,各点间差异不显着,平均为一26.6‰±0.16%.;6N的变化幅度为4.9%.～6.1‰,平均为5.7‰±0.27%c.同公认的c植物的6"C值一26%o相比,可以认为湖泊的DOM基本为陆源贡献.2.2细菌碳同位素组成及来源特征在NaH"CO同位素添加试验中,Kritzberg发现细菌6"C值随POM6"C的变化而变化,认为细菌利用了部分藻类来源的碳_3j.但是,细菌也不是完全依赖藻类贡献的碳,因为细菌碳同位素值高于POM,因此有可能细菌同时利用了6"C较为富集的碳源.利用双组分?昆合模型(two—endmembermixingmode1) 来研究外源C对细菌的相对贡献.表示如下,相对贡献c%=×oo其中外源C用一26%.表示,内源C从DIC到浮游藻类的分馏值22%.为计算得到.从表3可以看到,在河口细菌主要利用外源C,为61.2%,随着从湾心到湖心的推进,内源藻类贡献的C逐渐增加,变化在58.5%～92.9%之间.表3各采样点外来碳对细菌生物量的相对贡献/%0Table3RelativeimportanceofallochthonousCtobacteriabiomass atsamplingsitesbasedonatwo-sourcemixingmodels/%03讨论最近,许多研究评价了内外源有机物对河口,河流和湖泊食物网的作用'"'.Cole等¨指出,在腐殖化湖泊,外源溶解性有机碳(DOC)超过了水体总有机碳的90%,并且是该系统新陈代谢的主要物质来源.在本研究中,太湖DOC的8"C值为一26.1%.～一26.8‰,这和报道的c植物的6"C值一26%.相近,因此,可以认为该c库主要为陆源贡献.用双组分混合模型评价了内外源物质对浮游细菌生长的贡献.其中,河口陆源有机碳对细菌的贡献占到了61.2%.McCallister等的研究也表明,在纽约河口8期曾庆飞等:利用稳定同位素技术研究外源物质输入对太湖微食物链的贡献区外来有机物贡献了细菌同化产物的大部分(49%～83%).细菌原位水样培养表明,细菌生物量35%～70%的碳来自外源,从而也证实了先前的假设即仅仅自养来源的碳不能独立支持细菌的生产.但是,与藻类来源的DOC相比,陆源DOC由于分子量很大且大多属于芳香族J,N:P值较低,可食性差,通常很难被细菌利用.Cole等指出,在许多水流生态系统中,细菌的生产量和藻类的初级生产力相关,证明了藻类来源的碳对细菌生长的重要性.Kritzberg等也指出虽然内源溶解性有机碳非常少,但是相比陆源DOC,细菌仍然会优先利用内源DOC.细菌脂肪酸指示物和藻类来源的脂肪酸指示物间存在显着的正相关关系也说明了细菌对内源DOC的利用.所以,随着向敞水区推进,内源有机质的贡献逐渐增加,占到了58.5%～92.9%. DIC,细菌,沉积物和POM的6"c值在河口点明显低于其它采样点,说明大量外来物质输入对其产生了影响.但是,这些有机物的6N在河口区也较低,有悖于先前的一些研究.通常,城市生活废水含有较高6N值,变化幅度在10‰～25%0.污水中尿素通过水解和挥发转化成硝酸盐类,6N值会提高5‰～15‰_l引.因此,太湖梅梁湾N的来源和循环还需要进一步的研究.由于受外来无机碳的贡献不同,因此DIC同位素值在各点存在着差异,平均值为一7.4‰,和大气CO的一8‰相近,可以推断梅梁湾水域中的溶解性无机碳主要来自空气中的CO,.河口DIC的6c较负,这可能与水体的无氧呼吸或输入同位素值较轻的陆源碳有关.SOM的6"c 值变化范围在一24.6%o～一27.0‰问,比水体中的POM更加富集碳,表明沉积物组成复杂,存在比水体颗粒物更加富集碳的有机物.Daphnia是太湖春季水体最常见,研究最多的浮游动物,通常认为其食性没有选择性,可以滤食较小的颗粒物和细菌,所以Daphnia的6"C应该反映出细菌的6"C信号.同时,在LochNess,Grey等发现Daphnia的c和藻类来源的c同位素值相一致.同位素添加试验同样证实了Daphnia主要利用藻类来源的碳,其中59%来自活体藻类,31%来自非生命的自养来源的POM.在本试验中,各点POM和Daphnin间不存在显着性差异,说明浮游藻类可能是Daphnia的主要食物来源.另外,发现Daphnio的8C值低于细菌和POM的碳同位素值. 先前的一些研究亦有报道,即8C值在相邻营养级问可能有所降低¨.选择性觅食,脂类积累和生境差异等因素都可能导致浮游动物的6"C值偏低.关于脂类对枝角类的6"C值是否产生影响至今仍无定论.Daphnia和其C:N值存在负相关关系说明Daphnia体内的脂类积累j.同时,选择滤食6"C值更为贫化的微型藻类也可能导致Daphnia的6"C值偏低.4结论(1)在有大量外来物质输入的河口区,细菌,浮游枝角类,溶解性有机物(DOM)和颗粒性有机物(POM)的6"C和6N同位素值及溶解性无机碳(DIC)的6"c同位素值明显低于其它采样点,表明河口区受陆源营养物质的影响强烈.(2)河口区陆源碳对细菌生物量的贡献占到61.2%,随着向湖心的推进,内源藻类的贡献逐渐增加,达到58.5%～92.9%.(3)溶解性有机物(DOM)的6"C平均值和陆源c植物的6"c信号一26‰相近,表现出流域外源的排人对湖泊碳库的影响.与从DIC到浮游藻类的分馏值22%.计算得到的浮游藻类6"c值相比,初步认为颗粒性有机物(POM)主要为内源藻类贡献. (4)浮游枝角类摄食水体中颗粒物和细菌等微小有机物,但其6c的平均值低于POM(0.2‰)和细菌(2.5‰),这可能是由于枝角类脂类的积聚或选择性地摄食6C较为贫化的微型藻类(<50m)造成的.参考文献:[1]秦伯强,胡维平,陈伟民,等.太湖水环境演化过程与机理[M].北京:科学出版社,2004.225—228.[2]WetzelRG.Limnology:Lakeandriverecosystems[M].sdn Diego:AcademicPress,2001391.[3]KritzbergES,ColeJJ,PaceML,eta1.Autochthonousversusan0chth0n0uscarb0nsoLIrcesofbacteria:resultsfromwhole,lake.]C additionexperiments[J]1SxralolOceanogr,2004,49(2):588—596.[4]SamuelssonK.Mechanismstructuringthepelagicmicrobialfood webdmportanceofresourcesandpredation[D]Sweden:Urne~ University.20037～9[5]PaceML,ColeJJ,CarpenterSR,etalWholelakecarbon-13 additionsrevealterrestrialsupportofaquaticfoodwebs[J]Nature, 2004,427:240—243[6]李一平,严莹,韩广毅.太湖水质时空相关性分析[J].河海大学,2005,33(5):505—508.[7]ColeJJ,FindlayS,PaceML_Bacterialproductioninfreshand saltwaterecosystems:Across-systemoverview[J].MarEcolProg Ser,1988,43:l—lO.[8]MoranMA,HodsonRE.Suppo~ofbacteriaplanktonproductionby diss0lvedhumicsubstancesfr0mthreemarlneenvironments[J].Mar EcolProgSer,1994,110:24l一247.1674环境科学28卷[9][10][11][12][13][14][15][16][17][18]Y ashiokaT.WadaE.HayashiH.Astableisotopestudyon seasonalfoodwebdylIamicsinaeutrophiclake[J].Ecology,1994, 75:835—846.HanonLA.TranvikLJ.Foodwebsinsub—Antarcticlakes:a stableisotopeapproach[JJ.PolarBio,2003,26:783—788. 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基于碳、氮稳定同位素技术的大亚湾紫海胆食性分析
第3期
莫宝霖等 : 基于碳、氮稳定同位素技术的大亚湾紫海胆食性分析
567
究鲜有报道。文章运用碳、氮稳定同位素技术测 定了大亚湾紫海胆及其潜在食物的稳定同位素值, 初步分析了大亚湾紫海胆食性特征 , 旨在了解紫 海胆在大亚湾生态系统中所处地位 , 为深入了解 大亚湾生物群落的食物网结构、能量流动和所处 营养级水平提供基础资料。
[3−4] [2] [1]
网结构特征和了解生物营养关系 [5−6]。 传统胃含物 分析法虽然具有直接观测生物摄食状况等优点 , 但是相对于稳定同位素技术存在较多缺陷 , 如季 节性捕食差异 , 仅能反映近期摄食情况 ; 难以辨 目前关 别胃含物中消化程度大的食物种类 [7−8]等。 于紫海胆的研究主要集中在遗传分化 [9]、性腺发 育 [10]、标记回捕 [11]和脂质分析 [12]等方面 , 在食性 研究方面 , 仅见胃含物分析 , 以及通过调节温度、 盐度等物理因子的生态学实验研究和改变摄食种 类分析紫海胆摄食习性及饵料变化等 [2,
碳、 式中 , X 为 13C 或 15N, R 为 13C/12C 或 15N/14N。 氮同位素标准样分别使用拟箭石和大气氮 , 为保 证实验结果准确性和仪器稳定性 , 每测试 10 个样 品穿插 1 个标准样品进行检测。 δ13C 和 δ15N 分析 精度均为 2‰。 1.4 数据处理与分析 文章选取浮游动物 (δ15N 值 8.77±0.90)为基线 生物 , 生物种类营养级计算公式 :
1.2
样品处理 采集生物体长鱼类为吻端至脊椎骨末端长度 ;
虾类为头胸甲长度 ; 蟹类为头胸甲两侧刺之间距 离 ; 头足类为胴体背部中线长度 , 精确到 1 mm。 紫海胆为两端壳径长度 ; 贝类为壳顶到基部距离 , 精确到 0.1 mm, 体重精确到 0.1 g。紫海胆取性腺 及亚氏提灯附属肌肉 ; 鱼类取背部肌肉 ; 虾类取 腹部肌肉 ; 蟹类取螯部肌肉 ; 头足类取胴体部位 ; 贝类取闭壳肌部位 ; 大型海藻进行脱水处理 ; 底 栖硅藻网用海水反复冲洗后放置盆中揉洗后沉淀 2 min, 再用孔径为 0.45 μm 的 GF/F 膜 (450℃ 预燃 6 h 去除无机碳)进行抽滤; 浮游动物空腹处理 24 h 后用 80 目筛绢过滤 , 然后用镊子挑出杂质后用锡 箔纸包裹 ; 浮游植物、 沉积物和 POM 均用孔径为 0.45 μm 的 GF/F 膜 (450℃ 预燃 6 h 去除无机碳 )进 行抽滤。 所取样品放置于 ‒55℃ 冷冻干燥机中冷冻 干燥 48 h, 装入 1 mL 离心管中 , 用研磨机研磨成 细粉末状 , 再使用 1 mol/L 盐酸溶液脱碳处理 , 最 后再进行干燥并保存 , 以备同位素分析。 1.3 稳定同位素分析 样品碳、氮稳定同位素比值采用稳定同位素 质谱仪 (Isoprime 100)和元素分析仪 (PYRO Cube) 测定 , 所获稳定同位素比值用以下公式计算 :
江苏盐城滨海湿地食物网的初步研究
江苏盐城滨海湿地食物网的初步研究欧志吉;姜启吴;左平【摘要】运用稳定同位素方法分析了盐城滨海湿地生态系统中部分生物的食物来源,示踪了食物网的主要碳流途径,提出了估算消费者的营养级的新模型并进行了相应计算,最终构建了江苏滨海湿地简化食物网模型.主要结论:(1)主要初级生产者的δ13C介于-28.856×10-3与-10.952×10-3之间,δ15N介于1.219×10-3与6.496×10-3之间,均具有显著差异,消费者个体的δ13 C介于-27.564×10-3与-11.641×10-3之间,δ15N介于4.462×10-3至10.339×10-3之间；(2)研究区生态系统可以划分成潮间带和潮上带两个亚生态系统,其中潮上带的主要食物源为芦苇,潮间带的主要食物源为互花米草及微体藻类,盐蒿对两个亚生态系统都有一定的食物贡献率,但均不高.(3)研究区的大型底栖生物及草食性哺乳类大部分占据第二营养级；(4)研究区动物可以划分为8个主要功能类群,即植食性哺乳类、植食性昆虫、鸟类、淡水游泳类、成水鱼类、底内动物、底上动物以及浮游动物.总之,潮间带动物比潮上带动物的食物组成多样性略高,与研究区域的生物多样性基本吻合.另外,潮间带生物的食物竞争十分激烈,光滩上分布有一定重叠的优势种并存在一定的食物生态位分化.%It was analyzed that δ13 C and δ15 N of plants, animals and faeces, then built up a simplified salt marsh food web model in Yancheng coastal salt marshes, Jiangsu Province. The main results showed: (1) Theδ13C value of primary producers are between-28. 856 × 103 and- 10. 952× 10-3, and the δ15 N are between 1. 219 × 10-3 and 6. 496 ×10-3 , with significant differences. The δ13 C value of consumers are between- 27. 564 × 10-3 and -11.641× 10-3, and the δ15 are between 4. 462× 10-3 and 10. 339×10-3; (2) The ecosystem of Yancheng coastal marshes can be dividedinto intertidal sub-ecosystem and supratidal sub-ecosystem, and the main food source of supratidal belt is Phragmites australis, while in the intertidal belt are Spartina alterniflora and micro-algae, Saudea salva contributes to both the two sub-ecosystems but with low contribution; (3) Most of the large herbivorous mammals and benthic organisms in Yancheng coastal marshes occupy the second trophic level; (4) The animals living in Yancheng coastal marshes can be divided into 8 major ecological groups as herbivorous mammals, herbivorous insects, birds, fresh-water swimming animals, salt-water fishes, endofauna, epifauna and zooplank-ton. Therefore, the diversity of animal food composition of the intertidal belt was slightly higher than that of the supratidal belt. The food competition between intertidal animals was very intense, and the dominant species which overlapped on the bare belt have a slightadj food niche differentiation.【期刊名称】《海洋学报（中文版）》【年(卷),期】2013(035)001【总页数】9页(P149-157)【关键词】碳同位素;氮同位素;江苏盐城滨海湿地;食物网【作者】欧志吉;姜启吴;左平【作者单位】南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室,江苏南京210093;中国科学院南京地质古生物研究所,江苏南京210008;南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室,江苏南京210093;南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室,江苏南京210093【正文语种】中文【中图分类】P731.231 引言生物有机体在长期代谢过程中，稳定同位素会以一定规律发生分馏，生物的食性以及营养级等众多信息被保留在稳定同位素中［1－2］。
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20—23 日在东太湖水域开展采样工作,采样站点见
图 1。 浮游生物采用淡水浮游生物网采集,底栖生
物为底层拖网获得,鱼类样品通过设置网具和从渔
民的渔获物中获得。 样品均冷冻保存带回实验室。
螺类和蚌类放入清水中过夜使其吐净杂质后,取腹
足肌肉组织( Mitchell et al. ,1996) ;鱼类取其第一背
生态学杂志 Chinese Journal of Ecology摇 2014,33(6) :1534-1538 摇摇摇摇Fra bibliotek摇摇摇摇摇摇摇摇
基于碳、氮稳定同位素技术的东太湖 水生食物网结构*
李云凯 摇 1,2,3** 贡摇 艺1
(1 上海海洋大学海洋科学学院, 上海 201306; 2 国家远洋渔业工程技术中心, 上海 201306; 3 大洋渔业资源可持续开发省部 共建教育部重点实验室, 上海 201306)
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况 东太湖位于苏州市以南(30毅58忆N—31毅07忆N,
图 1摇 东太湖采样站点示意图 Fig. 1摇 Sampling locations of East Lake Taihu, China
QD. 七都站,MG. 庙港站,DS. 东山站。
120毅25忆E—120毅35忆E) ,是长江中下游典型的浅水草
鳍附近肌肉,虾类取其腹肌。 用去离子水清洗,放入
冷冻管中-20 益 冷冻保存以备后续稳定同位素分析
使用。 稳定同位素分析前,放入冷冻干燥机( Christ
1鄄4琢) ,在-55 益 真空条件下冷冻干燥 24 h,使用混
合型球磨仪( Retsch MM440) 粉碎样品,用铝箔包被
1. 5 mg 后送入稳定同位素质谱仪( ISOPRIME 100,
摘摇 要摇 稳定同位素技术是研究生态系统食物网中物质循环与能量流动的有效技术之一。 碳稳定同位素比值( 啄13 C) 常用来分析消费者食物来源,而氮稳定同位素比值( 啄15 N) 常用来 确定生物在食物网中的营养位置。 本研究应用碳、氮稳定同位素技术构建了东太湖食物网 结构。 结果表明:东太湖食物网主要由两条营养传递途径组成,即浮游植物为初级生产者 的浮游营养传递途径和苦草等大型水生植物为初级生产者的近岸底层营养传递途径,湖中 9 种主要鱼虾类能量主要来自近岸底层传递;翘嘴鲌( Erythroculter ilishaeformis) 、鳜( Siniper鄄 ca chuatsi) 和鲶( Silurus sp. ) 作为湖泊中的顶极捕食者,具有相对最高的营养级,并占据食 物网的顶层。
Key words: stable isotope; food web structure; trophic level; East Lake Taihu.
摇 摇 食物网是生态系统中多种生物及其营养关系的 网络,它描述了生物群落内不同生物体之间复杂的 营养相互作用,并揭示整个生态系统水平上的物质
*上海市 教 委 晨 光 计 划 项 目 ( 10CG52 ) 和 上 海 市 教 委 创 新 项 目 (11YZ155) 资助。 **通讯作者 E鄄mail: ykli@ shou. edu. cn 收稿日期: 2013鄄10鄄09摇 摇 接受日期: 2014鄄02鄄24
营养级的确定采用如下公式: TL = 姿+( 啄15 Nsc -[ 啄15 Nbasel 伊琢+啄15 Nbase2 伊
(1-琢)] / 驻n 式中,啄15 Nsc 为消费者的 啄15 N 值;驻n 为 啄15 N 的营养 富集度,取值为 3. 4译( Post et al. ,2000) ;琢 为消费 者能量来自于浮游食物链的比例,可以用以下公式 推算:
李云凯等:基于碳、氮稳定同位素技术的东太湖水生食物网结构
1535
情况,这种方法不能提供动物长期的摄食信息以及 食性转化情况,且不能区分所摄食物消化吸收的难 易程度,往往结果偏向于较难消化的食物,存在较大 的不确定性( 李由明等,2007;徐军等,2010) 。 稳定 同位素技术是近年来生态学中兴起的一项重要研究 手段,它从新的角度为研究物种间营养关系提供了 量化指标。 在摄食生态学研究方面,生物组织中的 碳、氮稳定同位素( 13 C、15 N) 可提供较长期的摄食信 息及食 物 网 中 的 物 质 和 能 量 的 传 递 信 息 ( Gannes et al. ,1997;李忠义等,2005) 。 碳稳定同位素比值 [ 啄13 C( 13 C / 12 C) ] 用来指示食物来源,而氮稳定同位 素比值[ 啄15 N( 15 N / 14 N) ] 用于分析食性转化以及确 定研究对象的营养级。 近十几年来,稳定同位素技 术已经 被 广 泛 地 应 用 到 水 生 生 态 系 统 的 研 究 中。 Post 等(2000) 应用碳、氮稳定同位素对美国 25 个淡 水湖泊食物链长度进行了计算,发现食物链的长度 和系统初级生产量无关,而是取决于湖泊生态系统 的规模大小。 Guzzo 等(2011) 通过分析美国伊利湖 中初级消费者碳、氮稳定同位素的时空变化,探讨了 大型湖泊环境的时空异质性对湖泊生物营养级变动 的影响。 Xu 等(2005a,2005b) 利用碳、氮稳定同位 素研究了我国东湖、巢湖等淡水湖泊水生食物网结 构与营养级关系,揭示了外来营养物质输入是导致 大型水生植物稳定同位素值升高的原因。 王玉玉等 (2009) 应用碳、氮稳定同位素技术研究了鄱阳湖枯 水末期水生食物网,分析了鄱阳湖枯水末期食物网 中生物的营养级及湖区不同地点水生食物网的差 异。 林琳等(2012) 利用水体氮稳定同位素对太湖 不同水体环境特征进行了示踪研究,揭示了太湖水 体 啄15 N 的变化特征和空间分异规律。
型湖泊( 图 1)。 平均水深不到 1. 2 m。 多年来,东
太湖为推动区域经济社会发展做出了巨大贡献,但
与此同时,东太湖的环境污染和生态恶化问题也日
益凸显,湖面上围垦和围网区密布,湖区水量减少以
及养殖等各类污水排放造成湖区底泥逐年淤积,水
质逐渐恶化,富营养化严重。
1郾 2摇 样品的采集与测定
本研究分别于 2011 年 9 月 22—24 日和 10 月
Isoprime Corporation,Cheadle,UK) 进行分析,稳定同
位素测定在上海海洋大学摄食生态学实验室进行。
1郾 3摇 数据处理
碳、氮稳定同位素值分别以国际通用的标准物
质 PeeDee 石灰岩中的碳和大气氮作为参考标准,结
果以 啄13 C 和 啄15 N 形式来表示。 啄13 C 和 啄15 N 以下面
和能量 流 动 过 程 ( Cohen et al. ,1993; Post,2000 ) 。 食物网研究能更有效地了解生态系统中物质和能量 的流动过程、生物群落组成和结构以及物种之间复 杂的摄食关系,并能为基于生态系统的生态保护和 修复提供决策依据。
传统的食物网研究方法是食性分析法,即通过 鉴定动物胃肠中的食物组成,来了解其近期的摄食
琢 = ( 啄13 Csc -啄13 Cbase2 ) / ( 啄13 Cbasel -啄13 Cbase2 ) 式中,啄15 Nbasel 和 啄13 Cbase1 分别为贝类的氮、碳稳定同 位素平均比值;啄15 Nbase2 和 啄13 Cbase2 分别为螺类的氮、 碳稳定同位素平均比值;姿 为消费者的营养级,初级 消费者的营养级为 2。
的公式进行计算:
啄X
=
éëêê
æ
ç
è
R sample R standard
-1
ö
÷
ø
ùûúú
伊103
1536
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 生态学杂志摇 第 33 卷摇 第 6 期摇
式中,X 为13 C 或者15 N,R 为13 C / 12 C 或者15 N / 14 N 的 比值。 为保证实验结果的精度和准确度,每 10 个样 品, 放 入 标 准 品, 使 用 国 际 标 准 品 USGS 24 ( -16. 049译 VPDB) 和 USGS 26 (53. 7译 VN2 ) 分别 校准碳、氮稳定同位素,分析精度为 0. 05译( 啄13 C) , 0. 06译( 啄15 N) 。
关键词摇 稳定同位素; 食物网结构; 营养级; 东太湖
中图分类号摇 S963摇 文献标识码摇 A摇 文章编号摇 1000-4890(2014)6-1534-05
Food web structure of the East Lake Taihu by analysis of stable carbon and nitrogen iso鄄 topes. LI Yun鄄kai1,2,3**,GONG Yi1 (1 College of Marine Sciences, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China; 2 National Engineering Research Centre for Oceanic Fisheries, Shang鄄 hai 201306, China; 3 Key Laboratory of Sustainable Exploitation of Oceanic Fisheries Resources, Ministry of Education, Shanghai 201306, China) . Chinese Journal of Ecology, 2014, 33 (6) : 1534 -1538 . Abstract: Stable isotope analysis is an effective tool in studying mass and energy dynamics in aquatic ecosystem. Stable carbon isotope ratios ( 啄13 C) are commonly used to trace consumers爷 forging location; while stable nitrogen isotope ratios ( 啄15 N) are used to estimate the trophic posi鄄 tion of organism in the ecosystem. In this study, the food web of East Lake Taihu was constructed using stable isotope analysis with the aim of quantifying the trophic relationships among species and providing policy鄄makers scientific information for ecosystem鄄based management in Lake Taihu. Results showed that two trophic pathways were found in East Lake Taihu: the planktonic pathway and the littoral鄄benthic pathway, with phytoplankton and macrophytes as their carbon sources, respectively. The littoral鄄benthic pathway supports most of the fish populations. The top predators, carnivorous fishes such as culters, mandarin fish and catfish, dominate the highest trophic level.