基于生态通道模型的长江口水域生态系统结构与能量流动分析

利用Ecopath with Ecosim在前期研究的基础上构建了3个时期(2000年秋、2006年秋、2012年秋)长江口水域生态系统的生态通道模型,分析对比了三峡工程蓄水前中后期,长江口水域生态系统结构与能量流动特征。模型将长江口水域生态系统划分为鱼类、虾类、蟹类、头足类、底栖动物、浮游动物、浮游植物、碎屑等17个功能组,基本覆盖了长江口生态系统能量流动的主要途径。模型结果分析表明:蓄水前中后期,长江口水域生态系统各功能组营养级组成和分布相近,但由于长江口渔业过度捕捞,蓄水中后期多数功能组的生态营养转换率被动提高。长江口渔获物的组成未发生明显变化,但渔获物的平均营养级降低,渔获量减少。蓄水中后期,生态系统中牧食食物链的重要性增加,碎屑食物链的重要性降低,这与蓄水之后长江入海径流改变、泥沙量减少、陆源污染增加关系密切。结果表明,蓄水前中后期,生态系统均处于不成熟阶段,蓄水后生态系统总生物量、初级生产量及流向碎屑的能量呈降低趋势,但系统的净效率和再循环率升高。     

基于Ecopath评估蟹-稻复合生态系统营养结构和能量流动

蟹-稻综合种养模式为我国水产养殖以及农业从单一经营转变为复合经营提供了一种新模式,为了促进蟹-稻共作模式的推广和普及,应用Ecopath生态通道模型对该系统进行了营养结构和能量流动的分析。研究结果表明蟹-稻共作生态系统的最高营养级(3.140)高于稻田单作系统的最高营养级(2.676),生态系统的能量流动主要有两条途径,即以沉水植物和其他维管束植物为起点的牧食链及以碎屑为起点的腐质链;蟹-稻共作农田生态系统在6月和10月的Finn′s循环指数(Finn′s cycling index,FCI,0.55和1)和Finn′s循环平均能流路径长度(Finn′s cycling mean path length,FCL,2.066和2.077),稻田单作农田生态系统在6月和10月的FCI(1.14和0.81)和FCL(2.089和2.137),说明蟹-稻共作模式可以形成一个稳定的生态系统,中华绒螯蟹的加入可以促进该完整的生态系统的能量流动,且随着螃蟹的成长,系统成熟度有所提高,只是较单作系统的成熟度低,共作系统有更大的成熟空间;蟹-稻共作农田生态系统在6月和10月的连接指数(Connectan...     

基于Ecopath模型的三门湾生态系统结构与功能

生态系统的结构决定生态系统的物质循环、能量流动和系统功能.本研究采用Ecopath模型,根据2017-2018年中国东海三门湾海洋生态实地调查数据,构建了三门湾生态系统的生态通道模型,描述了三门湾生态系统的能流结构,分析了其功能特征.结果显示:三门湾生态系统营养级范围在1～3.80,能流渠道主要表现为牧食食物链,系统能...     

夏、冬季南海北部浮游植物群落特征

对2009年7月19日—8月16日和2010年1月6—30日南海北部(18°—23.5°N、109°—120°E)两个航次的浮游植物样品应用Utermhl方法进行了分析鉴定。结果如下:夏季样品鉴定浮游植物4门72属150种,浮游植物细胞丰度范围为(0.16—6001.78)×103个/L,平均细胞丰度为26.49×103个/L,硅藻的平均细胞丰度为25.81×103个/L,主要优势种属有铁氏束毛藻(Trichodesmium thiebautii)、菱形海线藻(Thalassionema nitzschioides)、柔弱伪菱形藻(Pseudo-nitzschia delicatissima)及裸甲藻(Gymnodinium spp.)等;冬季样品鉴定浮游植物4门58属168种,浮游植物细胞丰度范围为(0.08—37.52)×103个/L,浮游植物平均细胞丰度为2.69×103个/L,硅藻的平均细胞丰度为2.49×103个/L,主要优势物种为菱形海线藻、伏氏海线藻(Thalassionema frauenfeldii)及短刺角毛藻(Chaetoceros messanensis)等;夏季调查区5m层浮游植物细胞丰度的平面分布由近岸到外海迅速减少,高值区主要在广东东部近岸及海南东部近岸;冬季则在珠江口近岸和海盆区出现较高值。两次调查中,浮游植物细胞丰度在浅水站位(200m)远高于深水站位(200m);较冬季相比,夏季浮游植物平均细胞丰度偏高,但物种丰富度却略偏低。夏、冬季浮游植物的香农-威纳多样性指数平均值分别为2.12和2.36,Pielou均匀度指数平均值分别为0.79和0.81。两个航次调查中,浮游植物细胞丰度均与盐度表现出显著性负相关性;在冬季还与磷酸盐浓度表现出显著性负相关性。     

土壤微食物网结构与生态功能

土壤微食物网是碎屑食物网中与土壤生态过程密切相关的一部分,通过取食资源基质直接或间接地参与养分循环过程,影响陆地生态系统功能.本文从土壤微食物网的组成、结构和生态功能等方面综述了近年来土壤微食物网的研究进展.通过对土壤微食物网的能量通道及营养级联效应的介绍,阐述了土壤微食物网在碳(C)、氮(N)转化、凋落物分解和植物生长等方面的重要作用.针对目前的研究现状,提出未来土壤生态学研究应与高通量测序及稳定同位素技术相结合;通过构建模型进一步加强对土壤食物网结构和功能的研究,从而深入揭示地下生态过程及其对地上植物生长的反馈作用机理.     

海州湾人工鱼礁区和河口区食物网结构与功能的比较

近年来,在快速变化的近海环境和人类活动的共同影响下,渔业资源的管理和可持续利用对保护和恢复海洋生态系统越来越重要。基于2020-2021年的渔业资源数据构建了海州湾海域人工鱼礁生态系统（ARE）和河口生态系统（EE）的生态系统能量通道模型（Ecopath）,比较和分析了两个区域食物网结构与功能的差异性和相似性。结果显示,ARE的生物量流动直接或间接来自碎屑食物链。I-III营养级占生态系统总生物量流量的97.98%以上;EE的生物量流动来自于初级生产力食物链。I-III营养级占生态系统总生物量流动的99.88%以上。浮游生物是具有自下而上控制效应的重要结构功能类群,顶级捕食者则控制着两个生态系统的自上而下的效应。总体而言,EE的Finn循环指数（FCI）、Finn平均路径长度（FMPL）、连通性指数（CI）、系统杂食性指数（SOI）和优势度/容纳量（A/C）较高,比ARE更成熟,但ARE的自由度/容纳量（O/C）和多样性指数（H）较高,食物网结构更多样化、更稳定。研究认为,人工鱼礁建设的持续进行,将有助于增强渔业资源的养护并推动海州湾生态系统走向更加成熟、稳定和健康的状态。     

"生态系统的能量流动"教学案例

以高中生物学选择性必修2《生物与环境》"生态系统的能量流动"这一教学主题为例,通过模型与建模等科学研究方法的应用,呈现对物质与能量观、系统观等生物学学科核心素养达成的教学改进过程.以学生学案作为学习表现性评价的依据,参考学生访谈情况,鉴别学生的学业发展水平.     

崂山湾人工鱼礁区星康吉鳗摄食生态及食物网结构

根据2015年4月至2017年1月于崂山湾人工鱼礁区地笼网和延绳钓捕获的279尾星康吉鳗样本,从胃含物组成、食性类型、摄食等级、营养生态位和营养级等方面对其摄食生态进行研究,同时结合海区许氏平鲉、大泷六线鱼、斑头鱼、褐菖鲉、花鲈等9种鱼类的胃含物分析结果,构建人工鱼礁区鱼类关键种的简化食物网模型.食性研究结果表明:星康吉鳗共摄食7类30余种饵料,虾类是其最主要的饵料类群,其次为鱼类和头足类,大泷六线鱼、方氏云鳚、鹰爪虾、玉筋鱼和日本鼓虾等是其优势饵料.星康吉鳗的饵料生物组成随肛长和季节发生显著变化.四季均以鱼类和虾类为主,春季胃含物中包括头足类,秋季包括头足类和蟹类,冬季亦有蟹类出现.肛长≤120 mm的星康吉鳗主要摄食鱼卵和鹰爪虾,120~130 mm肛长组主要摄食玉筋鱼和日本鼓虾,肛长>130 mm的星康吉鳗主要摄食大泷六线鱼和方氏云鳚.其摄食强度也随季节和肛长而变化,空胃率的季节性差异显著,平均胃饱满系数的季节性差异不显著,不同肛长组的空胃率和平均胃饱满系数均不存在显著差异.人工鱼礁区简化食物网结构显示:鱼类关键种的营养级均在3级以上,星康吉鳗的营养级为4.636,处于海区食物网的最顶端.虾类、蟹类、端足类和软体动物等是鱼类关键种的主要饵料,甲壳类、方氏云鳚、大泷六线鱼和玉筋鱼是高营养级鱼类花鲈和星康吉鳗的主要饵料.     

在“生态系统能量流动”教学中渗透建模思维及生态保护理念

在“生态系统能量流动”一节教学中,根据新课程标准的教学建议,以当地的密云水库为研究对象创设真实情境资料,组织学生建立能量流动概念模型和数学模型,渗透模型与建模的科学思维;并分析模型总结规律,应用规律分析密云水库生态保护措施的合理性,渗透绿水青山就是金山银山的生态环保理念.     

南海北部和西菲律宾海颗石藻种群特征及差异

本文对南海北部SCS-N站(116°E,18°30′N,2016年5月)和菲律宾海西部PAC-ST02-34站(129°59.7′E,17°29.7′N,2016年1月)真光层中颗石藻种群结构进行了对比。总体而言,南海北部真光层颗石藻丰度高于西菲律宾海,而物种多样性指数低于西菲律宾海,这与南海北部真光层中营养盐浓度高于同纬度西菲律宾海有关;两个海域颗石藻丰度极大值都出现在次表层,但在南海北部出现的深度要浅于西菲律宾海,这是由于南海北部真光层营养盐、温、盐跃层较西菲律宾海更浅。Florosphera profunda是两个海域颗石藻种群的主要优势种,南海北部次级优势种为Emiliania huxleyi和Gephyrocapsa oceanica,而西菲律宾海次级优势种则为Umbellosphaera irregularis。颗石藻属种的垂直分布构成在两个海域具有相似的特征,其中F.profunda主要分布在真光层中深层(80m);G.oceanica和Gladiolithus flabellatus也主要出现在真光层中深层;Umbellosphaera irregularis,Syracosphaera pulchra,Helicosphaera carteri和Discosphaera tubifera等则主要分布在100m以浅;E.huxleyi和Calcidiscus leptoporus在南海北部主要分布在100m以浅,但在西菲律宾海则出现在深层(150m附近)。     

夏季南海北部纤毛虫群落组成及其水平分布

在2007年中国科学院南海海洋研究所南海北部开放航次期间,设计了两条纤毛虫采样断面(X断面、Y断面),共13个站位,涵盖了珠江冲淡水区、粤东上升流区和陆坡开阔海区,旨在对纤毛虫的种类组成和空间分布及其影响因素进行探讨。共检出4纲8目22属38种纤毛虫,其中种类数最多的属是砂壳目拟铃虫属(9种),其次是急游目急游属(5种)。本航次中纤毛虫主要是砂壳目纤毛虫(27种),共鉴定出砂壳虫15属27种。纤毛虫优势种为蚤状中缢虫Mesodinium pulex(18.1%),其次是丁丁急游虫Strombidium tintinnodes(9.7%),盾形拟铃虫Tintinnopsis urula(5.8%)。纤毛虫种类数和丰度从近岸向外海逐渐减少,纤毛虫种类数与温度(R2=0.53,P0.05)和盐度(R2=0.43,P0.05)呈负相关,随着温度的升高,纤毛虫种类数逐渐降低。纤毛虫丰度与温度和盐度相关性并不明显,这可能由于受上升流的影响,近岸上升流高盐区存在着纤毛虫丰度较为丰富的情况。叶绿素a浓度与纤毛虫种类数(R2=0.36,P0.05)和纤毛虫丰度(R2=0.36,P0.05)呈正相关,近岸浮游植物生物量高,纤毛虫种类丰富,丰度大,叶绿素a沿纵断面降低,纤毛虫种类数和丰度也降低。     

Structural Degradation in Mediterranean Sea Food Webs: Testing Ecological Hypotheses Using Stochastic and Mass-Balance Modelling

Human-mediated disturbances such as fishing, habitat modification, and pollution have resulted in significant shifts in species composition and abundance in marine ecosystems which translate into degradation of food-web structure. Here, we used a comparative ecological modelling approach and data from two food webs (North-Central Adriatic and South Catalan Sea) and two time periods (mid-late 1970s and 1990s) in the Mediterranean Sea to evaluate how changes in species composition and biomass have affected food-web properties and the extent of ecosystem degradation. We assembled species lists and ecological information for both regions and time periods into stochastic structural and mass-balance food-web models, and compared the outcomes of 22 food-web properties. Our results show strong similarities in structural food-web properties between the North-Central Adriatic and South Catalan Seas indicating similar ecosystem structure and levels of ecological degradation between regions and time periods. In contrast, a comparison with other published marine food webs (Caribbean, Benguela, and US continental shelf) suggested that Mediterranean webs are in an advanced state of ecological degradation. This was reflected by lower trophic height, linkage density, connectance, omnivory, species involved in looping, trophic chain length and fraction of biomass at higher trophic levels, as well as higher generality and fraction of biomass at lower trophic levels. An analysis of robustness to simulated species extinction revealed lower robustness to species removals in Mediterranean webs and corroborated their advanced state of degradation. Importantly, the two modelling approaches used delivered comparable results suggesting that they both capture fundamental information about how food webs are structured. Electronic supplementary material  The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.     

Fishery-induced changes in a marine ecosystem: insight from models of the Gulf of Thailand

Two mass-balance trophic models are constructed to describe the Gulf of Thailand ecosystem (10–50 m depth): one model pertains to the initial phase of fisheries development, and the other to when the resources were severely depleted. The two phases are compared, and changes brought about by fishing discussed. A dynamic simulation model, Ecosim, is then used successfully to reproduce the 1980 state of the fishery based on the 1963 model and the development in catches. In addition the 1980 model is used to predict how the ecosystem groups may bounce back following marked reduction in fishing pressure. Finally, the 1963 model is used to study alternative scenarios for how the fisheries development could take place, notably the effect of exploiting only the resources of larger species. The study validates that the Ecosim model can be used to predict ecosystem level changes following changes in fishing pressure, therefore fishing induced changes can to a large extent explain the changes in ecosystem pools and fluxes observed over time.     

南海北部表层沉积物中原核微生物多样性

[目的]为研究南海北部沉积物原核微生物的多样性和群落结构.[方法]从南海北部XSCS13站位表层沉积物中扩增古菌和细菌的16S rDNA并构建文库,随机挑出阳性克隆子进行测序,选出所有的OTU构建系统进化树,进行系统发育学分析.[结果]多数克隆子来自于未培养原核微生物,沉积物中的古菌分属3大门类:泉古菌(Crenarchaeota)、奇古菌(Thaumarchaeota)和广古菌(Euryarchaeota),其中泉古菌(Crenarchaeota)为主要门类,占71％;广古菌(Euryarchaeota)最少,只有3个克隆子.泉古菌(Crenarchaeota)又以MG Ⅰ为主要类群,占61％.细菌多样性明显高于古菌,共9个门类:变形杆菌(Proteobacteria)(32.6％)、疣微菌(Verrucomicrobia)(3.0％)、拟杆菌门(Bacteroidete)(5.2％)、酸杆菌(Acidobacteria)(4.4％)、绿弯菌(Chloroflexi)(6.0％)、厚壁菌(Firmicute)(3.7％)、浮霉菌(Planctomycete)(5.2％)、芽单胞菌(Gemmatimonadete)(11.1％)、放线细菌(Actinobacteria)(4.4％).变形杆菌为优势类群(包括α-Proteobacteria、γy-Proteobacteria和δ-Proteobacteria 3个亚群),其中γ-Proteobacteria是Proteobacteria中的优势种群,占54.5％.另外所有原核微生物总共有超过50％的克隆子与硫酸盐的还原以及甲烷的形成相关.[结论]结果表明南海北部XSCS13站位表层沉积物中原核微生物的多样性非常丰富,其中蕴含大量未知的微生物资源;另外古菌和细菌群落结构表明该位点可能处于富含甲烷的冷泉活动区.     

南海北部近海渔业资源密度概率分布特征

根据2014-2017年南海北部近海8个调查航次渔获量数据,结合统计方法分析该海域渔业资源密度分布特征并探索其适宜概率分布类型,进而估算区域平均资源密度.结果表明:各时期资源密度变异系数(CV)在0.67~1.03,说明该海域渔业资源密度呈较高程度的不均匀空间分布,且渔获资源密度频率分布呈现明显的右偏特征,总体以0~1000 kg·km-2资源密度为主导;单样本Kolmogorov-Smirnov检验结果表明,对数正态、伽玛和韦伯分布是该区域资源密度的适宜分布类型;在海域平均资源密度估算方面,对数正态所得结果与另两个分布类型在统计学上无显著差异,而伽玛和韦伯分布的估计值有显著差异.与1960-1970年代相比,该海域渔业资源密度适宜概率分布型已从单一类型转变为多类型,这主要归于渔业资源结构、捕捞强度以及气候变化等引起的低渔获量比例变化.     

2006年冬季南海北部浮游植物生物量和初级生产力及其环境调控

通过2006年2月在南海北部现场调查所获得的数据分析研究了海域的浮游植物现存量和生产力,结果表明冬季浮游植物的分布特征与东北季风引起的环流场的变化关系密切。调查海域水柱平均Chla浓度的变化范围为0.03～1.21mg·m-3（平均（0.33±0.33）mg·m^-3）,高值区出现在广东沿岸及海南岛东部附近海域;初级生产力的分布范围为41.3～1040.0mgC·m^-2d^-1。由于东北季风引起近岸水体混合剧烈,不利于浮游植物生长,因此虽然沿岸带Chla浓度（（0.53±0.50）mg·m^-3）较高,但初级生产力却是最低的,只有41.3mgC·m^-2d^-1,同时冬季反气旋涡强度下降和底层富营养水的涌升,营养盐充足,因此开阔海的Chla浓度（（0.31±0.30）mg·m^-3）和初级生产力（（631.3±578.0）mgC·m^-·2d^-1）均高。浮游植物粒度级份测定表明,Pico级份对冬季南海北部浮游植物现存量和生产力的贡献很大,特别是在开阔海区,分别占47%和66%。     

南海北部琼东南盆地BD-2井中新世有孔虫生物地层及沉积环境

南海北部琼东南盆地BD-2井中新世地层沉积连续,是琼东南盆地中新统较典型的钻井剖面之一。该井中新世地层中含丰富的有孔虫化石,共鉴定有孔虫62属98种,其中浮游有孔虫13属41种,底栖有孔虫49属57种。根据有孔虫标志种及螺旋浮游有孔虫旋向优势度的变化,对该井的有孔虫生物地层进行了详细划分,从早中新世至晚中新世共识别出11个有孔虫化石带或联合化石带。探讨了下中新统与中中新统,中中新统与上中新统界线的有孔虫划分标志。依据有孔虫丰度、分异度及组合特征,讨论了BD-2井从早中新世至晚中新世沉积环境演化特征。     

南海北部浮游植物生长对营养盐的响应

2004年夏季作者在南海北部海域研究了浮游植物生长的营养动力学,结合物理-化学过程对浮游植物生物量分布的影响与机制进行了研究,阐明了水平对流和中尺度涡对营养盐分布的影响及浮游植物生长和现存生物量对其的响应。受西南季风和东向沿岸流作用所形成的Ekman输送的影响,南海北部海岸带表层海水作离岸运动,使深层富含营养盐的冷水爬坡涌升到表层来补充,激发浮游植物生物量迅速增长。海区反气旋涡使海水辐聚下沉,造成水体具高温、低盐、高溶解氧浓度、低营养盐浓度和低浮游植物生物量。同时通过现场营养盐加富试验,发现该海域营养盐是浮游植物生长的主要限制因子,而且是多种营养元素共同限制了浮游植物的生长,添加单一的营养盐并不能促进浮游植物的生长。在生物量出现增长的试验组中,营养盐添加不仅促使浮游植物生物量的增长,而且也改变了浮游植物的粒级结构和群落结构。例如,在站S1008,培养前叶绿素a浓度为0.28 mg.m-3,加富培养60 h后浮游植物生物量在NP和NPSi的试验组中有显著的增加,叶绿素a浓度分别达1.07 mg.m-3和1.19 mg.m-3;培养前粒度分级叶绿素a主要以Pico级份占优势,而加富试验结束后,在NP和NPSi的试验组以Nano级份占优势,其它试验组仍以Pico级份占优势;同时,在培养后生物量出现增长的试验组,浮游植物群落的优势类群从甲藻向硅藻演替。     

南海北部更新世高分辨率孢粉序列与气候变化

依据南海ODP1144站下段（225.7-501.3m,ca.0.36-1.02Ma)孢粉记录,将1144站下段225.7-501.3m划分19个组合带（11-29）,并分别与氧同位素11-29期（MISs11-29)相对应。冰期时,花粉总沉积率增加,孢粉组合以松粉（Pinus),蕨类植物孢子（Fern)含量降低,草木植物花粉（Herb)含量增加为特征。气候干冷;间冰期时,则相反,间冰期孢粉组合特征反映其气候特征与现代相似,约0.82Ma后孢粉组合中的热带山地针叶类分子叶枝杉（Phyllocladus)的出现,以及草本植物禾本科（Gramineae),莎草科（Cyperaceae)取代耐干冷的蒿属（Artemisia),可能与夏季风增强有关,这一现象可与中国第四纪黄土-古土壤记录进行比较。