应用稳定同位素技术构建胶州湾食物网的连续营养谱

根据2011年春季和秋季在胶州湾进行的渔业资源综合调查,应用稳定同位素示踪技术,分析了胶州湾主要渔业生物的碳、氮稳定同位素比值(δ13C,δ15N),并计算其营养级,进而构建胶州湾食物网的连续营养谱。分析的生物种类包括浮游植物、浮游动物、大型无脊椎动物和鱼类,其生物量之和占总渔获量的95%。结果表明,胶州湾食物网的δ13C值范围是-25.63‰—-17.16‰,跨度为8.47‰,平均值为(-19.42±1.80)‰;δ15N值范围是4.15‰—14.11‰,跨度为9.96‰,平均值为(11.98±1.77)‰。胶州湾食物网中的主要生物种类可以划分为4个营养组群,即初级生产者、初级消费者、次级消费者以及顶级捕食者。δ15N值分析显示,胶州湾主要生物种类的营养级范围是1.10—4.03。与文献中基于胃含物分析计算的营养级相比较,37个种类中有29种的营养级分析结果基本一致(在0.5个营养级的误差范围之内)。因此,氮稳定同位素法是一种研究水生生态系统食物网营养位置的有效方法。其中,有8种鱼类的营养级与历史文献相比有所下降,分析方法的不同可能是原因之一,此外,这些鱼种摄食饵料生物营养级的下降也是导致其营养级降低的另一个主要原因。根据营养级计算的结果,构建了胶州湾食物网的连续营养谱,胶州湾食物网中,绝大多数生物种类都属于初级和中级肉食性种类。     

高等植物对氨基酸态氮的吸收与利用研究进展

植物能够在不经矿化的情况下直接吸收利用环境中的分子态氨基酸.氨基酸作为植物和微生物的优良碳源和氮源,二者对其吸收存在着激烈竞争,氨基酸态氮来源广、半衰期短的特点使其具有巨大的流通量.运用氮同位素示踪方法研究氨基酸对植物的氮营养贡献一直是国内外学者研究的热点,对揭示土壤肥力本质具有重要意义.本文对不同生态系统中氨基酸形态特征、代谢机制及营养贡献进行了简要综述,分析了氨基酸态氮在植物-土壤-微生物系统中的循环机制及生物有效性等方面研究现状和发展趋势,并提出了土壤氨基酸生物有效性环境调控、氨基酸碳-氮代谢及提高农田生态系统有机氮管理等待解决的科学问题.     

应用碳、氮稳定同位素研究鄱阳湖枯水末期水生食物网结构

稳定碳、氮同位素比值分析技术是研究生态系统中物质循环与能量流动的有效技术.δ13C值常用来分析消费者食物来源,δ15N值常用来确定生物在食物网中的营养位置.应用稳定同位素技术分析了鄱阳湖北部湖口县、都昌县、星子县、吴城镇4个采样点95条鱼和其他食物网成分样品的碳、氮稳定同位素比值,构建了鄱阳湖枯水期末期水生食物网.结果表明,不同水域颗粒有机物(POM)的δ13C值不同,范围为-27.5‰～-24.6‰可以区分赣江、修水、鄱阳湖、长江和鄱阳湖湖交汇处水体的颗粒有机物特征.江西鄱阳湖国家级自然保护区受人类活动干扰少,核心区生物δ15N相对较低,而周边人类活动频繁的星子、都昌两县附近水域生物体内的δ15N偏高,反映了人类活动引起的营养输入对系统的影响.在湖区不同位置捕获的相同品种水生生物δ13C值不同,反映了其不同的食物来源,用δ15N值计算发现其所占据的相对营养位置较为一致.     

应用碳、氮稳定同位素研究稻田多个物种共存的食物网结构和营养级关系

稳定碳、氮同位素比值分析技术是研究生态系统中物质循环与能量流动的有效技术。δ13C值常用来分析消费者食物来源,δ15N值常用来确定生物在食物网中的营养位置。应用稳定同位素技术分析了稻-鱼(R-F)和稻-鱼-鸭(R-F-D)两种稻作方式下,稻田多个物种共存的食物网结构和营养级关系。结果表明,R-F中SOM的δ13C值为(-27.7±0.3)‰,与R-F-D(-27.4±0.4)‰,相差不大;R-F中POM的1δ3C值为(-27.4±0.8)‰,低于稻鱼鸭共生田(-26.7±0.5)‰;δ15N值计算发现R-F内浮游动物的营养级位置在2.24±0.16,鱼的营养级位置在3.07±0.26,均高于其在R-F-D内的营养级。在R-F-D内,由于鸭的引入,和R-F相比,鱼的营养级降低为2.63±0.13。     

应用碳氮稳定同位素技术研究江豚(Neophocaena asiaeorientalis ssp. sunameri)食性

稳定同位素技术已广泛地用于分析生态系统中食物网的食物来源和营养级关系,但在海洋哺乳动物食性方面应用较少。通过分析2012年4—6月在辽东湾沿岸海域搁浅而死亡的江豚样本和同时期(6月)取自辽东湾海域主要渔获物的碳氮稳定同位素比值,研究了江豚(Neophocaena asiaeorientalis ssp.sunameri)及其可能摄食饵料的碳氮稳定同位素组成。结果表明:江豚δ13C值为(-18.4±0.3)‰,δ15N值为(13.8±0.4)‰。28种可能生物饵料的δ13C值的范围为-19.5‰—-17.0‰,δ~(15)N值的范围为11.4‰—14.0‰。江豚的营养级为4.5,高于传统胃含物分析法的研究结果。28种测试生物的营养级位于3.8—4.6之间。江豚的食物来源主要以鱼类为主,对食物种类的喜食顺序为中上层鱼类中下层鱼类底层鱼类头足类虾类蟹类,其平均贡献率分别为43.9%、18.2%、13.1%、10.0%、8.8%、6.0%。江豚碳氮稳定同位素比值与体长无明显的线性关系,碳营养源较为稳定,氮营养源复杂多变。     

川东南小型水库营养结构特征的稳定C、N同位素分析

为了解我国水库生态系统营养结构特征, 研究应用稳定同位素技术分析了四川省东南部的典型小型水库松林水库中不同水生生物碳、氮稳定性同位素比值。基于Bayesian混合模型(SIAR)分析了不同消费者基础碳来源, 并计算了δ13C–δ15N同位素生态位中6个营养结构量化指标。结果表明: 调查期间松林水库处于富营养化状态; 初级生产者POM(主要成分为浮游藻类)、固着藻类、喜旱莲子草Alternanthera philoxeroides和水蓼Polygonum hydropiper的δ13C值范围为–29.20‰—18.81‰, δ15N值范围为4.01‰—12.73‰; 其中POM和固着藻类是多数消费者的主要碳源; 松林水库食物网营养级长度为3级, 以杂食性鱼类为优势类群并存在营养冗余现象, 暗示了该生态系统鱼类群落结构的相对稳定性; 入侵物种福寿螺Pomacea lineata、罗非鱼Oreochromis spp.与土著物种铜锈环棱螺Bellamya aeruginosa、鲫Carassius auratus等之间存在明显的同位素生态位重叠现象。建议加强水生生物资源管理, 减少外来物种入侵对当地土著物种的保护具有重要意义。     

草海湿地食物链稳定碳氮同位素特征与食物链结构

以国家级自然保护区贵州威宁草海为研究对象,利用稳定同位素技术,分析草海湿地食物链碳(δ~(13)C)、氮(δ15N)同位素特征,计算各生物类群营养级别,建立草海食物链结构。结果表明:草海湿地生态系统中δ13C比值范围为-27.56‰～-13.25‰(均值±标准差,-21.52‰±3.61‰);δ15N值范围为0.32‰～15.14‰(8.69‰±3.92‰),δ13C与δ15N呈显著负相关(r=-0.423,P0.01)。草海湿地食物链中消费者营养级处于0.8～3.7,其中:鱼类营养级为0.8～2.5,相对其他地区偏低;底栖动物营养级为2.0～2.8,鸟类营养级为1.0～3.7。鱼类和底栖动物的营养级别均表现为肉食性杂食性植食性。草海食物链结构复杂,主要的两条碳流动途径分别为:底泥和浮游植物→浮游动物→鱼类→鸟类以及水生植物→鱼类和鸟类。     

人为营养物质输入对汉丰湖不同营养级生物的影响--稳定C、N同位素分析

以长江一级支流小江上游的汉丰湖为研究对象,设置了4个采样点(影响组:A, B;对照组:C, D),应用碳、氮稳定性同位素探讨人类生活污水和农业面源污染对汉丰湖水生生态系统中不同营养级水平生物类群的影响。结果表明:影响组POM(颗粒有机物)和螺类碳、氮稳定性同位素比值范围分别为-25.93‰--24.63‰、4.12‰-9.86‰,-14.28‰--21.60‰、7.97‰-19.99‰;对照组POM(颗粒有机物)和螺类碳、氮稳定性同位素比值范围分别为-25.62‰--22.51‰、0.01‰-6.56‰,-22.96‰--19.21‰、6.75‰-8.89‰;不同组间POM和初级消费者螺类碳同位素比值无明显空间变化(P>0.05), 而氮稳定性同位素比值空间变化显著(P<0.05)。因此,在汉丰湖食物网中,氮稳定性同位素特征更好地反应了营养物质(人为输入)吸收和富集的信息。与固着藻类、鱼类等相比,POM和软体动物螺类更适合作为环境评价的指示物。影响组A、B样点的部分生物类群已经受到了人为营养物质输入的影响,影响强度B样点区域>A样点区域。结果建议加强汉丰湖水环境保护,控制污水排放量及提高污水处理水平,对于保护小江和三峡库区水质具有十分重要的意义。     

基于碳氮稳定同位素的南海中西部海域春季中上层渔业生物群落营养结构

根据2018年春季于南海中西部海域进行的灯光罩网渔业生物调查,本研究采用碳氮稳定同位素技术,分析了南海中西部海域中上层渔业生物的碳氮稳定同位素基本特征,构建了连续营养谱,划分了营养功能群,并比较了不同营养功能群间的营养结构特征。结果表明: 采集的23种渔业生物δ¹³C均值最大为鲯鳅,(-17.58±0.21)‰,最小为六带线纹鱼,(-19.86±0.33)‰;δ¹⁵N均值的变化范围为8.31‰(琉璃玉鲳)～(12.46±0.74)‰(宝刀鱼)。连续营养谱分析表明,采集的中上层渔业生物营养级介于3.01～4.23,其中19种渔业生物(占总渔获种类的83%)的营养级位于3.0～4.0。23种渔业生物可划分成浮游生物食性、游泳生物食性和混合生物食性3个营养功能群。稳定同位素标准椭圆面积(SEA)分析显示,浮游生物食性功能群占据的营养生态位宽幅最大(SEA=1.56‰²),其次为混合生物食性功能群(SEA=0.99‰²)和游泳生物食性功能群(SEA=0.31‰²)。混合生物食性功能群分别与游泳生物食性功能群和浮游生物食性功能群存在17%和26%的营养生态位重叠度,而游泳生物食性功能群与浮游生物食性功能群不存在生态位重叠。     

珠江河口渔业生物稳定同位素营养级分析

于2015年8月采集珠江河口东、西口门水域39种主要渔获物(30种鱼类,5种虾类和4种贝类),分析其稳定碳、氮同位素组成(δ~(13)C、δ~(15)N)和营养级谱。结果表明:珠江口东口门水域主要渔业生物δ13C范围为-31.92‰~-19.34‰(均值-23.65‰),δ~(15)N值范围为9.57‰~17.14‰(均值13.48‰);西口门水域主要渔业生物δ~(13)C范围为-26.75‰~-16.36‰(均值-21.19‰),δ15N范围为9.01‰~16.49‰(均值12.72‰),两区域生物群落δ~(13)C和δ~(15)N均值差异显著(δ~(13)C:P0.001,δ~(15)N:P=0.036);对东、西口门两水域主要渔业生物群落营养级采用不同的基线生物计算,发现两水域生物群落营养级范围相近,范围为2.0~4.7,包括植食性、杂食性、低级肉食性、中级肉食性和高级肉食性5个类群;其中,底、顶端营养级生物种类少,而中间层次种类多;与Fishbase数据库记录比较发现,约43%的种类营养级均值位于Fishbase营养级范围内,约33%低于Fishbase低阈值,余下的23%高于Fishbase高阈值。初步建立了珠江河口主要渔业生物营养级谱,可为当地渔业资源的利用和管理提供依据。     

饶河枯水期主要鱼类营养级位置及其影响因素

稳定同位素技术已经越来越多地被用来研究淡水生态系统的结构与功能。利用氮稳定同位素技术测定了枯水季节饶河鱼类等消费者的营养级位置,比较上、中、下游及入湖口鱼类营养级的空间差异,并分析了影响饶河鱼类营养级位置的主要因素。研究结果表明,饶河鱼类的δ15N值范围为4.7‰—15.6‰,大部分鱼类的δ15N值集中在10‰—14‰之间,其中鄱阳湖间下鱵的δ15N值最大,为(15.6±1.6)‰;乔木湾鲫的δ15N值最小值,为(4.7±0.9)‰。根据δ15N值计算可知,饶河鱼类占有3—4个营养等级。75%的鱼类种类所占的营养级大于3,而营养级小于2的鱼类种类不到10%,可能与枯水期鱼类活动范围受限,种间捕食作用增强,肉食性或饥饿现象增加有关。另外,饶河鱼类的营养级也存在着空间差异,表现为鄱阳湖湖区和入湖口处的鱼类营养级比上、中、下游的鱼类营养级要大。该结果与颗粒有机物POM的δ15N值呈现一致的变化,反映了饶河鱼类的营养级位置主要受到食物来源的影响,与鱼类的个体大小无明显相关。     

冶金区节肢动物碳、氮稳定同位素组成及营养级关系

通过测定辽宁省葫芦岛锌厂不同生境植物和主要消费者的碳、氮稳定同位素比值,研究冶金区不同消费者碳、氮稳定同位素组成及不同消费者之间的关系.结果表明:节肢动物δ13C、δ15N值的变化范围分别为-12.61‰～-29.63‰、1.73‰～9.94‰,变化幅度较大.研究区植物以C3植物居多,导致不同群落生境动物δ13C值较低;螳螂、蜘蛛δ15N比值高于其他动物;通过营养级模型计算可知不同消费者之间的关系,蝗虫、蚱蜢等草食性动物形成第二营养级,即初级消费者;第三营养级包括蜘蛛、螳螂,为次级消费者.     

基于稳定同位素技术对长江口主要渔业生物营养级的研究

2014年11月至2015年10月在长江口采集到33种鱼类和9种无脊椎动物,分析了常见渔业生物的同位素组成与营养级结构。结果表明:长江口常见渔业生物的同位素变化幅度较大,其中鱼类的δ~(15)N和δ~(13)C值范围分别为9.26‰~15.39‰和-29.78‰~-14.25‰;无脊椎动物δ~(15)N和δ~(13)C值范围分别为7.73‰~13.53‰和-22.22‰~-14.84‰。以底栖动物毛蚶(Scapharca subcrenata)作为基线生物,计算出各物种相应的营养级,鱼类营养级范围为2.49~4.60,属于3个营养级,其中中华鲟(Acipenser sinensis)营养级最高(4.60±0.02),杂食性鲢(Hypophthalmichthys molitrix)营养级最低(2.49±0.02);无脊椎动物营养级范围是2.00~3.84,属于2个营养级,中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)最高(3.84±0.02)。对棘头梅童鱼(Collichthys lucidus)、中国花鲈(Lateolabrax maculatus)和斑尾刺虾虎鱼(Acanthogobius ommaturus)3种鱼类不同体长的营养级进行分析,结果发现,随鱼体体长的增加营养级均有相应增大趋势,这可能是由于随着鱼类生长及其摄食习性发生变化导致其营养级也随之发生改变。本研究初步建立了长江口水域食物网连续营养谱,为渔业资源开发及保护提供了依据。     

同位素富集-稀释法研究食性转变对鱼类不同组织N同位素转化率的影响

稳定同位素技术广泛地用于描绘生态系统中食物网的食物来源和营养级关系,但是消费者不同组织转化率的研究相对较少。通过锦鲤摄食人工添加15N蓝藻的食性转化实验,研究不同组织N同位素转化率的差异,探讨组织生长和代谢对同位素转化的相对贡献,为不同时间尺度的稳定同位素研究取样奠定基础。结果表明,通过42d的加富蓝藻饲喂,各组织的N稳定同位素发生显著变化。肝的δ15N为(19.3±1.4)‰,显著高于其它组织,其次为鱼鳍((15.6±1.0)‰)和血液((12.6±0.4)‰),肌肉的δ15N‰最低,为(9.9±0.7)‰。在随后的同位素稀释实验中,锦鲤的体重增加,相对生长速率为0.011d-1,鳍肉的转化率最快,达到11.4%/d,半衰期仅为6.1d,其次是血液和肝,肌肉的转化率最低,仅有3.8%/d,半衰期最长,为18.4d。代谢衰减指数c和-1不存在显著差异,表明锦鲤各组织的N同位素转化主要由组织生长引起。结论显示,同位素富集-稀释法可以有效评价鱼类食性转变对不同组织同位素转化的差异,鳍肉和血液同位素分析可以作为锦鲤食性转变快速追踪的手段。     

基于稳定同位素的湿地食物源判定和食物网构建研究进展

湿地生物营养动力学是湿地生态系统结构和功能评价研究的基础.碳、氮稳定同位素作为识别营养关系的方法,已在湿地生态系统食物来源、组成和食物链传递研究中得到广泛运用.本文系统综述了稳定同位素食物贡献度计算模型和营养级确定的基本方法和理论;讨论了动物营养分馏值和基线的选择依据;概括了湿地生态系统典型食物源及其稳定同位素变化特征;总结了草食、杂食和肉食等不同营养级动物的食物来源.指出了稳定同位素在湿地食物源溯源和食物网研究中的不足;基于国内外研究现状和发展趋势及需求,展望了未来同位素技术在湿地食物网生态学研究中的运用前景和研究重点,提出需要加强稳定同位素营养分馏和基线的影响因素、样品处理和保存方式研究以及胃含物、分子标记物和多元素同位素结合分析.     

南海中西部海域鸢乌贼中型群和微型群的营养生态位

为了深入了解南海鸢乌贼不同种群的碳氮稳定同位素特征及营养生态位之间的关系,于2017年8月在南海中西部海域采集其中型群和微型群样品,分析不同胴长组的碳氮稳定同位素值和营养级变化,并比较其营养生态位差异.结果表明:中型群鸢乌贼的δ^13C范围在-19.54‰^-18.10‰,δ^15N范围在7.79‰~9.45‰,营养级范围在2.72~3.21,平均营养级为2.90;微型群鸢乌贼的δ^13C范围为-19.69‰^-18.43‰,δ^15N范围为8.02‰~8.99‰,营养级范围为2.79~3.08,平均营养级为2.91.两个鸢乌贼种群间δ^13C差异不显著,δ^15N差异显著.胴长显著影响了鸢乌贼的δ^13C和δ^15N值,且随着胴长的增大,δ^15N值有增大的趋势.中型群鸢乌贼的营养生态位宽幅和营养级的多样性程度都大于微型群.     

基于碳、氮稳定同位素技术的东太湖水生食物网结构

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(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(Siniperca 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。     

应用稳定同位素测定贵州凤冈麻湾洞洞穴陆生动物的食物来源及营养级

以贵州凤冈麻湾洞洞穴生态系统为研究对象,运用δ~(13)C、δ~(15)N测定了洞穴动物及其有机碳源的同位素比值,分析了洞穴生态系统的营养级关系及洞穴动物食源。结果表明:洞内植物δ~(13)C范围为-41. 78‰～-38. 80‰,较洞外植物低;δ~(15)N范围为-1. 31‰～1.23‰,在洞外陆源有机质δ~(15)N范围内;洞穴土壤有机质的δ~(13)C范围为-31. 09‰～-24.95‰,δ~(15)N范围为-1.08‰～7.72‰;洞穴动物δ~(13)C范围为-30.41‰～-12.02‰,δ~(15)N范围为2.07‰～8.94‰;洞穴土壤有机质对动物的食源贡献率超过72%,远高于植物对动物的食源贡献率,即洞穴土壤有机质是洞穴动物的主要食物来源。麻湾洞生态系统主要由4个营养层次组成:植物为第一营养层次;闪夜蛾、螺类、马陆类处于第二营养层次;裸灶螽、长头地蜈蚣处于第三营养层次;蜘蛛类处于第三或第四营养层次。即大部分同种(或同类群)动物在洞穴中所处的营养级位置相对稳定,少部分同种动物在不同光带或同种类群的不同种动物在同一光带所处的营养级位置有差异。     

运用稳定同位素技术研究大凌河、鸭绿江近岸海域春季主要生物种类的营养级

应用稳定同位素技术测定了大凌河、鸭绿江近岸海域春季主要渔业生物的碳氮稳定同位素比值,计算主要生物种类的营养级,构建了河口近岸海域主要生物种类的连续营养谱。结果表明:大凌河、鸭绿江近岸海域主要生物的δ15N、δ13C值范围分别为8.2‰~14.1‰、-22.9‰~-16.6‰,7.9‰~13.2‰、-20.6‰~-16.1‰;大凌河口海域主要生物资源种类营养级范围为2.8~3.9,其中,甲壳类为2.9~3.5,腹足类为2.8~3.1,双壳类为2.9~3.4,鱼类为3.4~3.9;鸭绿江口海域主要生物资源种类营养级范围为2.8~3.7,其中,甲壳类为3.0~3.6,头足类为3.4~3.5,腹足类为2.8~3.0,双壳类为2.9~3.2,鱼类为3.1~3.7;连续营养谱显示,两个河口近岸海域初级消费者主要为泥螺、四角蛤蜊,两个河口近岸海域次级消费者主要为甲壳类,高级消费者同为鱼类。本研究初步建立了大凌河口、鸭绿江口近岸海域主要渔业生物的连续营养谱,为渔业资源的保护及开发利用提供基础数据。     

中街山列岛海域三种恋礁性鱼类的营养生态位及潜在碳源

为明确中街山列岛重要恋礁性鱼类的营养关系，本研究以中街山列岛的3种典型恋礁性鱼类条石鲷、褐菖鲉和星康吉鳗为对象，利用碳、氮稳定同位素技术分析了其在2020年夏季的营养生态位，并计算主要碳源(大型海藻、浮游植物、悬浮颗粒有机物、底质有机物)的贡献值。结果表明：1)条石鲷、褐菖鲉和星康吉鳗的δ¹³C值范围在-21.44‰～-15.21‰,平均值为(-16.85±1.12)‰;δ¹⁵N值范围在8.32‰～10.96‰,平均值为(9.69±0.66)‰,三者之间的碳氮稳定同位素均有显著性差异；2)条石鲷和褐菖鲉的营养生态位重叠很小，说明其种间竞争并不激烈，而条石鲷和褐菖鲉与星康吉鳗之间均不存在生态位重叠，说明它们之间的摄食种类有所分化；3)星康吉鳗的生态位总面积、校正核心生态位面积和食物来源多样性均最大，表明星康吉鳗的食性泛化，食物来源更为丰富；4)以厚壳贻贝作为基线生物，星康吉鳗的营养级最大，为3.38,其次是褐菖鲉，为3.09,条石鲷的营养级最小，为3.00;5)稳定同位素混合模型(SIAR)显示，悬浮颗粒有机物是三者的主要碳源，贡献率分别为57...