三峡库区大宁河鱼类食物网的结构及能量流动研究
本文关键词：三峡库区大宁河鱼类食物网的结构及能量流动研究
更多相关文章： 三峡库区 大宁河 稳定同位素分析 Ecopath模型 食物网结构 能量流动途径
【摘要】：研究食物网的结构和动力是了解河流生态系统结构和功能的基础途径,能为河流生态系统的管理与修复提供理论支持。大宁河是长江三峡库区重要的支流之一。三峡库区蓄水后,水文情势变化使得大宁河下游形成了新的河流水库生态系统。本研究以大宁河为研究区域,基于2011年～2014年期间的调查数据,利用同位素分析和肠含物分析技术,研究大宁河食物网的基础碳来源及食物网内部鱼类物种间的营养关系格局,通过构建Ecopath模型方法来描述大宁河食物网的特征和能量流动过程,主要研究结论如下：(1)测定大宁河水域水生消费者和潜在食物有机碳源的碳氮稳定同位素自然丰度值,通过IsoSource模型来研究大宁河食物网的基础碳源流动过程。结果显示,大宁河四种初级生产者食物碳源(浮游植物、底栖藻类、陆源C3植物和陆源C4植物)的δ13C值变化范围为-33.41‰～-10.44‰,δ15N值的变化范围为-0.39～11.99‰,四种基础食物碳源的碳同位素值之间存在显著差异,能用于各食物的碳源贡献的区分。内源性的藻类和沿岸C3植物是大宁河水生消费者最主要的碳源,但上游和下游各种碳源的相对贡献比例有一定区别。下游静水区域,浮游植物是最重要的碳源贡献,而上游流水区域C3植物成为了最主要的食物碳源。大宁河上下游鱼类的食物碳来源差异与大宁河的水文地理环境密切相关。下游形成静水的生态环境,泥沙沉降透明度增加,浮游植物大量繁殖,形成丰富的浮游植物种群生物量,因此内源性的浮游植物是该河段的主要食物碳源,而且库湾大面积的消落带又为鱼类提供了潜在的外源性水生植物的食物来源。而上游水域未受蓄水影响,仍保持原有的溪流环境,河道两侧有大量植被的河漫滩,使得上游水生消费者的更加依赖于这些营养物质。(2)运用氮稳定同位素技术研究了大宁河静水水域和流水河段主要鱼类的氮稳定同位素比值和营养层级,对静水水域不同水文时期相同鱼类的营养层级和相同鱼类组成的鱼类群落的同位素生态位六个指标进行了比较研究。结果表明,大宁河下游静水水域鱼类δI5N值范围为4.54‰～17.51‰,营养级处于1.51～3.88,平均营养层级为2.49；上游流水水域鱼类的δ15N值范围为2.25‰～10.81‰,营养层级范围为1.49～4.01,平均营养层级为2.87。大宁河上游鱼类的平均营养层级大于下游静水水域,是由于上游底栖生物丰富,鱼类倾向摄食适口性更高的动物性食物而导致。大宁河下游静水水域汛期的鱼类营养层级较非汛期的值显著降低,是因为汛期的水文扰动影响鱼类摄食中间捕食者,以及水位的降低导致鱼类食物竞争增加迫使其摄食低营养水平的食物。大宁河鱼类群落的生态空间的大小并未发生明显变化,可能是由于大宁河水域中饵料资源丰富,鱼类没有食物和生境竞争的压力导致。(3)利用肠含物分析方法进一步研究了大宁河水域鱼类种间营养关系,同时比较了食性分析和同位素分析两种方法计算的鱼类营养位置。结果表明,大宁河20种主要鱼类的食性类型可分为浮游生物食性、草食性、杂食性、肉食性4大类。Levin's标准生态位宽度指数(Ba)的变化范围在0.003～0.371之间,平均值为0.230。虽然大宁河鱼类可选的饵料食物种类比较丰富,但Ba指数和食物种类数并没有相关性,该指数较低说明大多数鱼类更加倾向于某一类更加适口的食物种类,优势饵料生物明显。在大宁河鱼类间,Pianka's食性重叠指数大于0.6的组合仅占所有组合的7.89%,说明大宁河鱼类间不存在较强的食物竞争,水域食物与生境资源的多样性使得主要鱼类种间的生态位重叠度小,种间食物竞争较低。通过食性分析计算的营养层级显著高于同位素分析的营养层级,这种差异主要可能是由于两种评估营养层级方法的营养基准值选择不同和鱼类个体大小的差异导致。(4)于2011年10月、11月和2014年3月库区水位稳定时期,利用BiosonicsDT-X回声鱼探仪对大宁河静水区域的鱼类资源量及其时空分布特征进行了水声学调查(3月为昼夜水声调查)。结果显示10月探测调查的鱼类目标强度值(TS值)平均为(-62.97±5.61)dB,11月探测平均TS值为(-63.94+5.49)dB,差异明显。两个月的鱼类目标所在平均水深存在显著差异,11月份相对于10月份,鱼类总体向下层移动趋势。10月大宁河探测河段鱼类密度平均值为5.70尾/1000m3,11月的平均值为5.43尾/1000m3,两月的鱼类密度无显著差异。将大宁河河段类型分为峡谷区和库湾敞水区,在峡谷河段两个月份的鱼类密度总体分布存在显著差异,而库湾敞水河段两个月的鱼类密度总体分布差异不显著。峡谷河段鱼类密度的平均值为2.70尾/1000m3,库湾敞水河段鱼类密度的平均值为7.52尾/1000m3,不同类型河段的鱼类密度具有显著差异。昼夜对比探测结果表明鱼类密度总体分布并没有显著差异,但白天鱼类目标所在平均水深低于晚上所在水深,说明夜晚鱼类有向上层移动的趋势。总体上,大宁河鱼类密度分布与河谷形态有一定关系,可能是由于饵料资源分布的不均匀导致的。鱼类昼夜有迁移的趋势,是鱼类的摄食机会和被捕食风险权衡的结果。(5)基于2011年-2012年调查的数据构建了大宁河静水区的生态系统Ecopath模型,分析大宁河下游静水区生态系统食物网的营养关系和能量流动途径。模型将大宁河水生生态系统划分为20个功能组,各个功能组的有效营养级变化范围为1.0～3.3。将各功能营养级分解后,所有功能组可以分为6个离散型的营养级,而营养物质流动主要发生在第Ⅰ至第Ⅳ营养级之间。大宁河系统各营养级的营养转化效率变化范围为1.7%～22.1%,平均营养级为5.7%,各营养级营养转化效率低。大宁河初级生产者食物链的能量流动占大宁河生态系统总能量流动的54.13%,碎屑食物链的能量流动占总能流的45.87%。大宁河下游水生生态系统总流量为35239.94 t/(km2·a),其中总初级生产量(TPP)、总呼吸量(TR)和总生物量(TB)分别为14544.35 t/(km2·a),1088.78 t/(km2·a)和130.35t/(km2·a)。大宁河水生生态系统总体特征表明,系统的TPP/TR值、系统总P/B系数均较高,而其他指标如系统连接指数(CI)、系统杂食指数(SOI)、Finn's循环指数和Finn's平均路径长度的值均处于一个较低的值,说明大宁河生态系统处于早期不成熟的发展阶段。大宁河水域Ecopath模型的结果能为大宁河生态系统生态修复和渔业管理提供理论指导。
【关键词】：三峡库区 大宁河 稳定同位素分析 Ecopath模型 食物网结构 能量流动途径
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S931.1
【目录】：
- 摘要7-10
- Abstract10-14
- 第一章 文献综述14-34
- 1.1 生态系统概念14
- 1.2 生态系统大小界定14-16
- 1.2.1 界定标准14-15
- 1.2.2 水生生态系统的界定15-16
- 1.3 食物网结构研究16-23
- 1.3.1 概述16-17
- 1.3.2 食物链长度17-19
- 1.3.3 营养水平19-21
- 1.3.4 河流食物网的碳源21-22
- 1.3.5 食物网的稳定性和多样性22-23
- 1.4 食物网的研究技术23-25
- 1.4.1 胃(肠)含物分析法23
- 1.4.2 稳定同位素分析法23-25
- 1.5 渔业生态模型的发展25-28
- 1.5.1 模型发展概述25-26
- 1.5.2 Ecopath with Ecosim模型的应用26-28
- 1.6 研究区域与背景28-31
- 1.6.1 大宁河概况28-30
- 1.6.2 研究背景30-31
- 1.7 研究内容、目的与意义31-34
- 第二章 大宁河水生食物网碳源基础研究34-48
- 2.1 前言34
- 2.2 材料与方法34-37
- 2.2.1 采样时间与地点35
- 2.2.2 样品采集和处理35-36
- 2.2.3 数据统计分析36-37
- 2.3 结果与分析37-45
- 2.3.1 基础食物源同位素值37-38
- 2.3.2 消费者同位素值38-41
- 2.3.3 相对食物源贡献41-45
- 2.4 讨论45-48
- 2.4.1 支撑大宁河食物网的碳源流动特征45-47
- 2.4.2 IsoSource混合模型运用47-48
- 第三章 利用稳定同位素技术分析大宁河主要鱼类营养结构48-62
- 3.1 前言48-49
- 3.2 材料与方法49-50
- 3.2.1 采样时间与区域49
- 3.2.2 样品采集和处理49
- 3.2.3 营养层级计算49-50
- 3.2.4 鱼类群落的同位素量化指标计算50
- 3.2.5 统计分析50
- 3.3 结果与分析50-56
- 3.3.1 大宁河下游主要鱼类营养结构及其变化特征50-56
- 3.3.2 大宁河上游主要鱼类的营养层级56
- 3.4 讨论56-62
- 3.4.1 大宁河食物网基线生物的选择56-57
- 3.4.2 大宁河主要鱼类营养层级及其变化规律57-58
- 3.4.3 大宁河鱼类群落营养结构变化特征58-59
- 3.4.4 营养层级评估的准确性59-62
- 第四章 大宁河主要鱼类食物组分及营养关系研究62-76
- 4.1 前言62
- 4.2 材料与方法62-64
- 4.2.1 采样时间与地点62
- 4.2.2 样品采集和处理62-63
- 4.2.3 数据统计分析63-64
- 4.3 结果与分析64-71
- 4.3.1 大宁河主要鱼类食性分析和营养格局64-70
- 4.3.2 肠含物分析和同位素分析营养级比较70-71
- 4.4 讨论71-76
- 4.4.1 大宁河鱼类食物资源利用格局分析71-73
- 4.4.2 两种营养层级评估方法差异分析73-76
- 第五章 大宁河鱼类资源的时空分布格局76-88
- 5.1 前言76
- 5.2 材料与方法76-78
- 5.2.1 调查时间与区间76-77
- 5.2.2 水声学调查方法77-78
- 5.2.3 数据处理与分析78
- 5.3 结果与分析78-83
- 5.3.1 目标强度特征及其空间分布78-80
- 5.3.2 不同河段大宁河鱼类密度时空变化80-82
- 5.3.3 大宁河鱼类的昼夜分布特征82-83
- 5.4 讨论83-88
- 5.4.1 大宁河鱼类分布的时空差异83-85
- 5.4.2 鱼体大小与目标强度关系85-88
- 第六章 大宁河鱼类食物网的能量流动过程88-104
- 6.1 前言88-89
- 6.2 材料与方法89-93
- 6.2.1 研究区域89
- 6.2.2 Ecopath模型构建89-91
- 6.2.3 参数设置和数据来源91-93
- 6.2.4 模型的调试93
- 6.3 结果与分析93-99
- 6.3.1 大宁河生态系统的总体特征93-95
- 6.3.2 生态系统的营养级结构及能流分布95-97
- 6.3.3 营养级的能量传递过程和转换效率97-98
- 6.3.4 各功能组之间的相互关系98-99
- 6.4 讨论99-104
- 6.4.1 大宁河静水区生态系统食物网的能量流动效率99-100
- 6.4.2 大宁河生态系统成熟度特征分析100-101
- 6.4.3 大宁河Ecopath模型在基于生态系统渔业管理的应用前景101-104
- 结论与展望104-108
- 参考文献108-128
- 附录128-136
- 致谢136-138
- 发表论文及参加课题一览表138-139
【参考文献】
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，本文编号：779529
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