三江平原典型沼泽湿地水生食物网结构研究

发布时间：2020-08-04 13:36

【摘要】：三江平原典型沼泽湿地是我国东北地区淡水沼泽集中分布区之一。由于垦殖、排水、放牧以及面源污染,影响了沼泽湿地的生态结构和功能。为了解人类干扰后湿地水生食物网结构的变化,本文研究了三江平原典型沼泽湿地初级生产者和主要消费者的稳定同位素值,计算了自然湿地、恢复湿地和受干扰湿地优势鱼类和大型底栖水生无脊椎动物的营养位置和营养结构,分析了不同生物营养类群的食物来源,揭示了沼泽湿地食物网的能量流动途径,初步构建了湿地水生食物网模型。四种初级食物源的碳、氮稳定同位素差异显著。自然湿地POM的δ~(13)C值最小(-31.11‰),受干扰湿地中的大型湿地植物具有最高的碳稳定同位素值(-27.39‰)。恢复湿地中四种食物源的δ~(13)C值在-27.20‰~-30.80‰之间变化,介于自然湿地和受干扰湿地四种基础食物源的碳稳定同位素之间。受干扰湿地中四种基础食物源δ~(13)C值变化幅度最大。自然湿地基础食物源的δ~(15)N值变化范围为1.77‰~4.31‰;恢复湿地δ~(15)N值范围为0.81‰~10.53‰。受干扰湿地食物源δ~(15)N值变化范围为1.19‰~10.37‰,平均值为4.37‰。本研究分析了鱼类体长体重与其稳定同位素关系,蒙古湆和麦穗等鱼碳、氮稳定同位素具有明显的个体发育差异。通过氮稳定同位素计算得出三江平原典型沼泽湿地食物网具有四个营养级,但在自然湿地,恢复湿地和受干扰湿地中不同生物类群的营养级平均值具有差异。自然湿地中32种水生无脊椎动物均为初级消费者,营养级在0.02~2.60之间。16种鱼类平均营养级范围为3.14~4.25。恢复湿地7种鱼类平均营养级为3.75,范围为3.42~4.10。11种水生无脊椎动物均为初级消费者,平均营养级为2.0。受干扰湿地中,19种水生无脊椎动物均为初级消费者,营养级介于0.71~4.87之间。鱼类平均营养级3.09~4.87,变化范围最广。自然湿地鱼类的平均营养级显著高于恢复湿地和受干扰湿地(p0.05),恢复湿地和受干扰湿地鱼类的营养级相差不大。通过分析三江平原各生物类群的稳定同位素指标,发现自然湿地的食物链长度和碳稳定同位素范围最广,其消费者利用的食物来源范围较广,食物网中基础食物源多样性较高并且营养途径多样化。藻类和湿地植物是三江平原典型沼泽湿地初级消费者重要的食物碳来源,POM是鱼类主要食物来源。但在不同类型湿地以及不同生物功能群中这几类初级碳源贡献比例不同。自然湿地中POM对食鱼性鱼类的食物贡献最大,受干扰湿地POM对食鱼性鱼类食物贡献最小;而藻类对恢复湿地食鱼性鱼类有较为明显的贡献。对于水生无脊椎动物,恢复湿地中双翅目和蜻蜓目的基础碳源主要来自SOM和湿地优势植物,受干扰湿地水生无脊椎动物的食物组成相对复杂,沉积有机物和藻类对双翅目、螺类和浮游动物的食物贡献最大。本文初步构建了三江平原典型沼泽湿地食物网模型,研究了食物网中能量流动途径,自然湿地食物网能量流动途径比恢复湿地和受干扰湿地复杂。自然湿地食物网中主要有4条能量流动途径和2条主要的食物链,一是以藻类和湿地大型优势植物为能量基础的牧食食物链;二是以POM和SOM为初级碳源的碎屑食物链。恢复湿地和受干扰湿地食物网中主要有3条能量流动途径和2条食物链。一是以藻类和湿地大型优势植物为能量基础的牧食食物链;二是以POM和SOM为初级碳源的碎屑食物链。湿地植物、POM、SOM和小狸藻对食物网的能量均有较大的贡献。说明自然湿地食物网能量流动较复杂,其生态系统稳定性较受干扰湿地和恢复湿地稳定性高。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X171;Q178
【图文】：

双同位素,营养关系,营养级,消费者

图 1 δ13C 和 δ15N 双同位素图中不同生物间营养关系以及不同功能群消费者的营养级Fig. 1 Dual isotope plot of δ13C and δ15N showing trophic interactions between differentecosystem components and trophic level of consumers in different functional categories不同营养级消费者的食物在不同季节和不同栖息地之间存在较大差异。ieczan 等（2015）利用稳定同位素揭示了泥炭沼泽食物网结构动态变化，发现食者食物组成存在季节性变化。春季和夏季以植物为主，秋季则主要由蓝藻和毛虫组成。Sepúlveda 等（2105）根据红树林湿地消费者、初级生产者和浮游物的 δ13C 和 δ15N 值，结合贝叶斯模型计算出红树林-海草湿地草食消费者的1%食物来自于浮游植物，20%来源于大型藻类；而红树林之外的泻湖口消费者食物组成为陆生植物 16~46%，浮游植物和红树附生植物 24~44%。由此可见，定同位素为判定湿地不同营养级生物食性的时空变化提供了强有力的证据。食物来源的传统分析方法包括胃含物分析，直接观察法、食物残留物分析法排泄分析法。直接观察法具有偶然性和随机性。胃含物分析是鉴定捕食者主要

平面图,稳定同位素,平面图,分布特征

图 2 δ13C-δ15N 平面图中生物不同营养功能群的稳定同位素分布特Fig.2 Distribution of the stable isotopic signatures of the different trδ15N plane亚热带湖泊的食物网形状为梯形，说明该地区的基础食物途径；相比之下，温带的湖泊食物网呈现三角形，可能是由于不同碳源而简化了食物网形状。食物网的差异研究对生态系统统之间的连通性具有重要作用。由此可见，稳定同位素对评估的空间异质性具有重要意义，为湿地生态系统结构和功能恢是生物栖息地修复和管理的关键技术。

食物网,稳定同位素,浮游动物,浮游植物

的空间异质性具有重要意义，为湿地生态系统结构和功能恢复评价提供了参考，是生物栖息地修复和管理的关键技术。图3 基于稳定同位素的河口湿地食物网的一般结构及主要的营养途径（ZP为浮游动物，MPB 为底栖微藻，PP 为浮游植物）Fig.3 General model for the Deluge Inlet food web showing the main trophic pathways basedon stable isotope results ( ZP=zooplankton, MPB=microphytobenthos; PP= phytoplankton)

【参考文献】