基于EwE模型的草鱼综合养殖池塘生态系统研究

发布时间：2017-09-01 16:42

  本文关键词：基于EwE模型的草鱼综合养殖池塘生态系统研究

  更多相关文章： 生态系统 草鱼(Ctenopharyngodon idella) 模型 EwE(Ecopath withEcosim) 模式 放养密度 投饲率 模拟

【摘要】：本论文利用EwE (Ecopath with Ecosim)模型软件和建模方法,首先对草鱼、鲢鱼和鲤鱼混养生态系统构建了模型,对草鱼、鲢和鲤混养生态系统的结构和功能、各功能组间的相互关系等进行了综合量化分析,对EwE模型在养殖生态系统中的应用进行了初步探索。然后根据研究成果,在草鱼、鲢鱼和虾综合养殖生态系统开展了进一步的研究,对EwE模型在养殖生态系统中的应用进行了进一步的探索,在对草鱼、鲢鱼和虾综合养殖生态系统的结构和功能特征进行系统分析的基础上,对养殖池塘结构优化提供了建议。随后又通过分别对不同草鱼综合养殖模式生态系统进行模型构建和分析,对不同养殖模式的生态效益、经济效益和环境效益等进行了比较。最后根据已经建立的草鱼、鲢和鲤混养生态系统的EwE模型,模拟了在不同养殖密度和投饵率情况下系统的变化情况。通过上述研究,证明了EwE模型完全可以作为养殖生态系统研究和管理规划的一种有力工具和方法,阐明了草鱼不同综合养殖模式下生态系统内的物质流动、各功能组间的相互关系等系统结构和功能特征,初步建立了不同养殖模式的评价方法和评价指标。主要研究结果如下：1.草鱼一鲢-鲤混养生态系统的EwE模型分析：采用EwE模型软件构建了一个具有14个生物功能组的草鱼、鲢和鲤混养生态系统EwE模型,对草鱼、鲢和鲤混养生态系统的结构和功能特征进行了综合量化分析。结果表明,草鱼、鲢和鲤混养生态系统主要由3个营养级构成。从营养物质流量看,营养级Ⅰ流量最大,占系统总流量(TST)的56.90%,营养级Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的总流量随其营养级的增加而递减,分别为34.45%、8.20%、0.44%和0.003%。枝角类和轮虫的饵料重叠指数接近1,表明二者的食物来源具有极高的相似性,桡足类与枝角类、桡足类与轮虫之间也存在一定的相似性,其饵料重叠指数约为0.6。桡足类与枝角类、轮虫与原生动物的捕食者重叠指数超过0.8,表明这些功能组之间被相似的捕食者所摄食。食物网和营养级之间营养流动分析表明草、鲢和鲤混养生态系统营养流通的主要途径包括从浮游植物开始的牧食链、从碎屑开始的腐食链和从饲料开始的饲料链。从生态营养学效率(EE值)看,除螺类的EE值为零外,大部分功能组的EE值都较高,表明系统中大部分功能组都得到了较好的利用。碎屑在草、鲢和鲤混养生态系统中具有十分重要的作用,其主要来源是细菌、原生动物和浮游植物,而且碎屑的EE值较高(水中碎屑组为0.903,底泥碎屑组为0.551),表明大部分的碎屑重新进入食物链循环得到了再利用。2.草鱼-鲢-虾综合养殖生态系统模型构建与分析：采用EwE模型软件构建了一个具有15个生物功能组的草鱼、鲢和凡纳滨对虾综合养殖生态系统EwE模型,对草鱼、鲢和凡纳滨对虾综合养殖生态系统的结构和功能特征进行了综合量化分析。结果表明,草鱼、鲢和凡纳滨对虾养殖生态系统实际上也是主要由3个营养级构成,营养级Ⅰ由初级生产者(包括不同粒径大小的浮游植物)和碎屑(包括人工饲料和碎屑组)占据,而桡足类和凡纳滨对虾可归并为营养级Ⅲ,其他功能组则属于营养级Ⅱ。同时,有效营养级分析表明,有效营养级最高的为凡纳滨对虾功能组,值为3.14。生态位重叠分析结果显示在功能组枝角类和原生动物、枝角类和轮虫、原生动物与摇蚊幼虫以及原生动物与轮虫之间具有较相似的食物来源,饵料重叠指数都超过了0.7。桡足类与轮虫、枝角类与轮虫以及桡足类与枝角类的捕食者重叠指数也超过了0.7,表明这些功能组之间存在相似的天敌捕食者。而枝角类和轮虫两个功能组的饵料重叠指数和捕食者重叠指数都接近1,说明二者的生态位重叠程度很高。不同粒径浮游植物贡献分析表明,较小粒径的浮游植物具有较高的生产量,但较大粒径的浮游植物更易于被更高营养级所摄食,因此浮游植物组的EE值随着粒径的增大而增加。碎屑来源组成分析表明细菌、原生动物组和浮游植物(包括不同粒径大小的功能组)是碎屑组的主要来源,分别占碎屑组来源的50.53%,21.91%和14.77%。此外,系统的Finn's循环指数为47.25%,Finn's平均路径长度为2.711(不含碎屑组)。混合营养效应和营养物质流动分析结果表明,在目前的养殖模式下,可适当增加草鱼的放养密度,同时引进一些其他鱼类(如青鱼和鳙鱼),以充分挖掘系统的生产潜力,提高系统的综合效益。3.基于EwE模型的多营养层次综合养殖(IMTA)模式评价：以三种草鱼养殖模式为例：利用EwE模型软件综合经济、生态和环境等因素对草鱼单养(G)、草鱼-鲢综合养殖(GS)和草鱼-鲢-虾综合养殖(GSS)三种草鱼池塘养殖模式进行了建模分析。结果显示,通过在草鱼养殖池塘中加入鲢、虾等养殖种类,即多营养层次综合养殖方式,不仅可提高系统的经济效益,还可以大大提高系统初级生产力的转换效率,不同营养级间(特别是TL2)的传输效率,从而使系统内各功能组的生态营养学效率也得到大大提高。初级生产流入营养级Ⅱ的比例从41.9%(G)上升到44.1%(GS),再到61.5%(GSS)。TL2的TE值从G组的15.9%逐渐上升到GS组的19.1%,再到GSS组的23.5%。同时由于碎屑流和残留碎屑的减少,碎屑量从G模式的16020 g.m-2.year-1,下降到GS模式的13210g.m-2.year-1,再下降到GSS模式的10060 g.m-2.year-1。残留在环境中的碎屑量从G模式的2381 g.m-2.year-1下降到GSS模式的990.1 g.m-2.year-1和GS模式748.3g.m-2.year-1,显著地减轻了养殖生产对环境的负荷,产生良好的环境效益。4.放养密度和投饲率对草-鲢-鲤养殖生态系统影响的模拟研究：根据已建立的草-鲢-鲤混养生态系统EwE模型,按目前的养殖模式分别设置100%、200%、300%、400%和500%五个放养密度梯度和75%、100%、125%、150%、175%和200%六个投饲率梯度,分析放养密度和投饲率对草-鲢-鲤混养生态系统的影响。结果表明,随着放养密度的增加,各功能组生物量都会不同程度的增加,其中增长幅度最大的是浮游植物,其次是水中细菌,而桡足类则是增长最小的功能组。浮游植物的生物量和营养物质流也显著增加,总初级生产(TPP: Total primary production)从3298 g m-2 year-1逐渐增至15940 g m-2year-1,相应地,流向碎屑组的量从1288 g m-2 year-1逐渐增至6225 g m-2 year-1,被营养级Ⅱ摄食的量从2010 g m-2 year-1逐渐增至9715 g m-2 year-1.碎屑在环境中的残留量随着放养密度的增加也随之增加,水中碎屑和底泥碎屑的主要来源组分也没有大的变动,但各功能组对碎屑的贡献有所变化。增加投饲率将对系统内各功能组的生态营养学效率产生复杂的影响,其中对人工饲料和水中碎屑组的影响尤为显著,随着投饲率的增加,将大幅降低人工饲料的饵料利用率,同时大幅增加环境负荷。在目前投饲率的基础上,降低投饲率有利于浮游植物总初级生产(TPP)的增加。增加投饲率虽然浮游植物TPP也会有所上升,但将减少浮游植物被营养级11摄食的量,从而使更多的初级生产流向碎屑组,增加环境负荷,同时养殖系统碎屑的来源组成也会发生较大的变化。
【关键词】：生态系统 草鱼(Ctenopharyngodon idella) 模型 EwE(Ecopath withEcosim) 模式 放养密度 投饲率 模拟
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S965.1
【目录】：

• 摘要5-8
• Abstract8-17
• 0 前言17-18
• 1 文献综述18-32
• 1.1 模型在生态学研究中的发展与应用18-23
• 1.1.1 种群动态模型19-20
• 1.1.2 生物地球化学模型20-21
• 1.1.3 生态毒理学模型21-22
• 1.1.4 网络模型22-23
• 1.2 EwE模型及其在水域生态系统中的应用23-29
• 1.2.1 EwE模型的组成和基本功能24-25
• 1.2.2 EwE模型的基本原理25
• 1.2.3 建立EwE模型的主要步骤25-27
• 1.2.4 EwE模型在水域生态系统中的应用27-29
• 1.3 池塘综合养殖模式研究现状29-32
• 2 草鱼-鲢-鲤混养生态系统的EwE模型分析32-49
• 2.1 引言32
• 2.2 材料和方法32-36
• 2.2.1 研究对象32-33
• 2.2.2 模型构建33-34
• 2.2.3 模型平衡34-36
• 2.2.4 模型可信度的评价36
• 2.3 结果36-45
• 2.3.1 生态营养学效率(EE)37
• 2.3.2 营养级结构37-39
• 2.3.3 营养级间的物质流动39-40
• 2.3.4 食物链分析40-41
• 2.3.5 生态位重叠和混合营养效应分析41-44
• 2.3.6 系统的总体特征44-45
• 2.4 讨论45-49
• 2.4.1 草鱼、鲢和鲤混养生态系统营养流通的主要途径45-46
• 2.4.2 草鱼、鲢和鲤混养生态系统碎屑流分析46-47
• 2.4.3 草鱼、鲢和鲤混养生态系统功能组间的相互关系47-49
• 3 草鱼-鲢-虾综合养殖生态系统模型构建与分析49-64
• 3.1 引言49
• 3.2 材料和方法49-53
• 3.2.1 研究对象49-50
• 3.2.2 模型构建50-53
• 3.2.3 模型平衡53
• 3.3 结果53-59
• 3.3.1 生态营养学效率(EE)53
• 3.3.2 营养级结构53-55
• 3.3.3 营养级间的物质流动55-56
• 3.3.4 食物链分析56-57
• 3.3.5 生态位重叠和混合营养效应分析57-59
• 3.4 讨论59-64
• 3.4.1 碎屑流60-61
• 3.4.2 不同粒径浮游植物贡献分析61-62
• 3.4.3 养殖结构优化62-64
• 4 基于EwE模型的多营养层次综合养殖(IMTA)模式评价：以三种草鱼养殖模式为例64-75
• 4.1 引言64-65
• 4.2 材料与方法65-66
• 4.2.1 实验设计65-66
• 4.2.2 模型构建66
• 4.2.3 数据来源66
• 4.3 结果与讨论66-74
• 4.3.1 产出与效益比较67-68
• 4.3.2 生态营养学效率(EE)比较68-69
• 4.3.3 初级生产力比较69-70
• 4.3.4 传递效率(TE)比较70-73
• 4.3.5 碎屑流比较73-74
• 4.4 结论74-75
• 5 放养密度和投饲率对草-鲢-鲤养殖生态系统影响的模拟研究75-93
• 5.1 引言75-76
• 5.2 材料与方法76
• 5.2.1 放养密度对草-鲢-鲤混养生态系统的影响模拟76
• 5.2.2 投饲率对草-鲢-鲤混养生态系统的影响模拟76
• 5.3 结果与分析76-90
• 5.3.1 增加放养密度对其他功能组的影响76-78
• 5.3.2 放养密度对初级生产营养物质流的影响78-79
• 5.3.3 放养密度对碎屑流的影响79-83
• 5.3.4 不同投饵率对各功能组生态学营养效率(EE)的影响83-85
• 5.3.5 不同投饵率对初级生产力营养物质流的影响85
• 5.3.6 不同投饲率对碎屑流的影响85-90
• 5.4 讨论90-93
• 5.4.1 放养密度对养殖池塘生态系统的影响90-91
• 5.4.2 投饲率对养殖池塘生态系统的影响91-93
• 参考文献93-111
• 致谢111-112
• 个人简历112-113
• 发表的学术论文113

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1 周波;基于EwE模型的草鱼综合养殖池塘生态系统研究[D];中国海洋大学;2015年

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本文编号：773241