稳定同位素技术在鲨鱼摄食和洄游行为研究中的应用

随着稳定同位素分析技术的不断成熟,其在生态学领域中的应用也增长迅速,并成为动物摄食生态学的重要研究工具.鲨鱼因其在生物系统进化过程中的独特地位和海洋生态系统中的重要作用已成为海洋食物网研究的重点,然而国内针对鲨鱼摄食习性和洄游行为等方面的研究仍处于起步阶段.本文在总结了国内外鲨鱼稳定同位素分析组织样品选取和样品预处理方法的基础上,系统归纳了稳定同位素技术在鲨鱼摄食生态学,尤其在其摄食和洄游行为研究领域中的应用,着重分析稳定同位素技术在鲨鱼稳定同位素判别值和更新速率、食性分析、营养级评估、洄游路径分析和生态位分布等核心问题上的应用现状和发展前景,以期为国内学者开展鲨鱼类基础生物、生态学研究提供有益参考.     

杭州湾南岸海域春秋季浮游动物分布特征与主要环境因子的关系

2011年9月(秋季)和2012年5月(春季)对杭州湾南岸附近海域(121.60°E—121.85°E,29.95°N—30.24°N)进行了2个航次的海洋综合调查,分析了杭州湾南岸附近海域浮游动物的群落结构、生物量和丰度的分布特征及与主要环境因子的关系。结果表明:该海域浮游动物存在明显的季节变化,春季鉴定到8大类18种,优势种为虫肢歪水蚤(Tortanus vermiculus)、中华华哲水蚤(Sinocalanus sinensis)、中华哲水蚤(Calanus sinicus)、短额刺糠虾(Acanthomysis brevirostris);秋季鉴定到7大类25种,优势种为左突唇角水蚤(Labidocera sinilobata)、百陶箭虫(Sagitta bedoti)、真刺唇角水蚤(Labidocera euchaeta)、刺尾角水蚤(Pontella spinicauda);多样性指数(H')为秋季(1.60)略高于春季(1.56),生物量和丰度为秋季(580.58 mg·m-3和578.88 ind·m-3)远高于春季(61.82 mg·m-3和41.61 ind·m-3);总生物量和总丰度的空间分布由优势种决定,春季总生物量从湾外向湾内近岸增加,秋季沿湾外向湾内近岸一侧和湾外东部水域增加;而总丰度在春季同样表现为从湾外向湾内近岸递增,秋季为向湾内近岸和湾外东部水域增加。逐步回归分析表明,温度和盐度为影响春秋季杭州湾南岸浮游动物分布的主要环境因子。     

西北太平洋柔鱼渔业生物经济模型及其管理策略

西北太平洋柔鱼是中国大陆、日本及中国台湾鱿钓船队共同开发的主要经济头足类之一,如何兼顾鱿钓船队的渔业利益,并综合考虑生态效益、经济效益和社会效益,科学制定渔业管理目标是确保柔鱼资源可持续利用的重要研究内容。根据中国大陆、日本及中国台湾鱿钓船队的渔获统计数据及相关经济参数,构建基于多船队的生物经济模型,模拟了50年内(1997—2047年)各捕捞船队开发柔鱼资源过程中的动态变化,并探讨了在10种不同的管理方案下各船队捕捞努力量、柔鱼资源量、渔获产量及其渔业利润随时间的动态变化。结果表明,在所有设计方案下,随着捕捞努力量的动态变化,资源量在前10a均呈急剧下降趋势,随后经长期波动后逐渐趋于稳定并维持在较低水平。从长期效益来看,方案9(提高中国台湾船队捕捞系数)的累计产量及累计利润中等,但能兼顾各国或地区船队间的经济利益和社会效益,可建议以方案9作为柔鱼渔业的参考管理目标;从柔鱼资源保护角度来看,方案4(提高中国大陆船队作业成本)的资源量保持最好,可以对方案4进行适当的优化作为参考管理目标,即提高中国大陆船队作业成本,同时适当降低日本船队的可捕系数,可确保柔鱼资源量保持在更高的水平上。     

基于地理加权模型的南设得兰群岛北部南极磷虾渔场空间分布影响分析

结合南极磷虾渔业科学观察员收集的渔业数据和海洋环境数据,本研究利用地理加权回归模型(GWR),分析了具有空间属性的虾群深度和离岸距离两个因子,以及海水表温对南设得兰群岛北侧水域南极磷虾渔场空间分布的影响.结果表明:各年南极磷虾渔业单位捕捞努力量渔获量(CPUE)在空间上的分布无显著的集聚性;2010和2013年,3个因子之间存在空间自相关性(正相关),而2012和2016年则无自相关性.GWR模型结果显示,3个因子对CPUE的空间分布具有不同程度的影响,影响程度大小依次为虾群深度>离岸距离>温度.拟合结果发现,南设得兰群岛东、西两侧水域中表温对CPUE空间分布的影响与其他两个因子具有相反的趋势.虾群深度和离岸距离对CPUE的空间效应主要表现为负相关,但存在着年际和区域性差异.本研究结果可为南极磷虾渔场形成机制研究提供方法上的参考.     

秋季降温期水温和饵料量对沙蜇无性繁殖的影响

20世纪末以来,沙蜇在东亚水域频繁暴发,不仅影响正常的渔业生产活动,也给海洋生态系统健康带来极大危害。在室内模拟秋季降温条件,研究了不同水温（4种降温条件）与饵料量（0.42、1.25、和4.2 μg C螅状体^-1d^-1）对沙蜇螅状体足囊繁殖与横裂生殖的影响。结果显示：1）秋季降温速度快慢导致的积温差异对沙蜇螅状体生成足囊数有显著影响（P < 0.001）,积温越大,螅状体生成的足囊数量越多,发现两者具有较好的线性关系（y=142.59x+208.39;R²=0.967）,低积温条件下的足囊萌发也较少;2）饵料量对螅状体无性繁殖的影响是有一定阈值范围的,在一定饵料量范围内,螅状体生成的足囊数量随饵料量的增加而增加,而超过一定阈值范围,过剩的饵料影响水质对沙蜇螅状体反而产生负面影响。3）秋季新繁育出来的当龄沙蜇螅状体可在越冬前发生横裂生殖,但横裂生殖的螅状体比例和放碟数量均较少。试验结果说明,全球变化背景下,积温升高、饵料量小幅增加均可能导致沙蜇秋季有性繁殖的当龄螅状体在越冬前生成更多的足囊,促进诱发翌年水母暴发。     

马鞍列岛褐菖鲉Sebasticus marmoratus栖息地适宜性评价

为了评估趋礁鱼类在岛礁海域的生境适宜度,选取马鞍列岛的褐菖鲉(Sebasticus marmoratus)为指示物种,以2009年获取的水深、盐度、叶绿素a、浊度和底质数据作为褐菖鲉春、冬季栖息地指示因子,建立栖息地适宜度曲线,并计算各站点的栖息地适宜性指数(HSI)。结果显示:1)绿华、花鸟、嵊山沿岸站点HSI普遍较低,枸杞岛、三横山、东库山沿岸站点褐菖鲉HSI相对较高,其中最大值1.0出现在枸杞岛沿岸的站点;2)春季褐菖鲉幼鱼的适宜水深在6 m左右,成鱼适宜在8—12 m的水深处生存;冬季褐菖鲉对8—12 m的水深适宜性良好;3)春季所有褐菖鲉的适宜盐度为30PSU,冬季幼鱼的适宜盐度为27—31PSU,成鱼的适宜盐度为27PSU、31PSU;4)随着叶绿素a和浊度值的增大,褐菖鲉适宜性逐渐降低。底质类型为岩时最适合褐菖鲉生存。5)相关分析显示,褐菖鲉丰度与底质类型相关性最大,而与叶绿素a、浊度呈显著负相关。研究结果表明,初级生产力和浑浊程度越高对褐菖鲉丰度抑制越明显。底质类型是褐菖鲉丰度分布的重要影响因子,其中分布有较多大型海藻的岩礁生境是其最适宜的栖息地。利用2010年春、冬季环境调查和渔获数据进行HSI模型验证,资源丰度随HSI值升高而增加,因此构建的模型可用于趋礁鱼类在岛礁海域的栖息地适宜性分析。     

北大西洋大青鲨种群统计分析

大青鲨是金枪鱼延绳钓渔业中最主要的兼捕鱼种,在海洋食物网中属于顶端物种,在海洋生态系统中处于重要地位.由于数据限制,传统的资源评估方法很难准确描述大青鲨的资源动态.本研究基于大青鲨的生活史参数,应用种群统计分析法评估大青鲨的种群参数和资源状态,并探讨了内禀增长率为0时对应的临界捕捞死亡系数F_c与开捕年龄t_c的关系.结果表明： 未开发状态下,大青鲨存活率为0.719～0.820;大青鲨的内在瞬时增长率(r₀)为0.250～0.381,种群倍增时间(t_x2)为1.819～2.773年,种群的净繁殖力(R₀)为6.600～22.255,世代间期时间(G)为8.498～〖JP2〗10.162年,种群资源状态良好.生活史参数的敏感性检验显示,大青鲨初始年龄的自然死亡系数、种群性成熟年龄及寿命的不确定性对种群统计参数的意义影响不大;临界捕捞死亡系数伴随开捕年龄的增大而增大,当t_c≥5时,F_c值与t_c无显著相关关系.     

气候环境因子和捕捞压力对南海北部带鱼渔获量变动的影响

带鱼(Trichiurus japonicas)是南海北部的重要经济鱼类,其渔获量的变化不仅与捕捞压力有关,还与气候环境变化有关.为了研究气候变化和捕捞对南海北部带鱼渔获量变动的影响,使用长时间序列渔业统计资料和气候变化数据对1956-2006年的南海北部带鱼渔获量变动进行了分析.南海北部的带鱼渔获量变化可划分成因捕捞效应所产生的趋势变化和因气候环境变化所导致的渔获量变动.捕捞效应所产生的趋势变化可用Fox模型拟合,Fox模型拟合结果显示南海北部带鱼渔获量与捕捞努力量关系显著(P＜0.01),说明捕捞压力的增长显著影响到南海北部带鱼渔获量的变化.移除捕捞效应所产生的趋势变化后,渔获量变动与中国南方降雨、南海北部海表水温、南海北部夏季季风以及南海北部冬季季风等气候因子呈显著正偏相关(P＜0.04),与热带气旋影响指数呈显著负偏相关(P＜0.03),这种相关说明南海北部带鱼渔获量变动还受气候环境因子的影响.南海北部带鱼渔获量可用捕捞努力量和气候变量来拟合,且拟合效果显著(R2=0.958,P＜0.01),表明南海北部带鱼渔获量的变动归因于捕捞压力的单调增长和气候环境的变化.在南海北部的捕捞压力维持在现有水平下,未来的气候变化和人类活动引起营养盐的增加都可能有利于南海北部带鱼渔业产量的增加,且由于未来极端天气事件的频繁发生,可能还会引起带鱼渔获量的变动幅度加剧.     

基于线粒体COI基因的南海浮游介形类斜突浮萤(Proceroecia procera)单倍型与种群遗传结构研究

介形类是一类小型的双壳甲壳类动物, 其海洋浮游种类就超过200余种, 是海洋浮游动物中主要组成部分, 也是海洋生态系统中物质循环与能量流动的关键环节。以线粒体细胞色素氧化酶亚基I(mtCOI)基因为标记, 分析南海浮游介形类中的广布种斜突浮萤(Proceroecia procera)的单倍型多样性与种群遗传结构在空间上的分布, 并结合环境选择压力对种群的遗传多样性与结构分化的影响。结果显示, 38个个体共检出18种单倍型, 广布的单倍型在6个种群中都有分布, 说明P.procera种群可以实现远距离扩散, 最远超过700 km。P.procera种群呈现中度的遗传分化(平均FST = 0.186)。种群间遗传分化系数与地理距离无相关性(r=0.17, p=0.15), 种群未呈现空间距离隔离。远距离分布的单倍型并没有带来强劲的基因流, 相邻种群间甚至呈现出明显的遗传分化。RDA分析结果显示, 空间与环境并不是决定P. procera种群遗传结构的主要因素, 推测历史上种群扩展带来的拓殖隔离可能是主要解释。     

西江中下游鳤的遗传多样性与种群动态历史

鳤(Ochetobius elongatus)曾经是我国许多河流的重要经济鱼类, 然而由于环境污染和人为干扰等原因, 鳤的资源量萎缩严重, 种群处于极度濒危的境地。目前, 常规采样方法获得鳤样本的难度较大, 致使相关研究难以开展。本研究通过仔鱼采集和成鱼采集的手段, 测定两个线粒体基因和两个核基因, 对西江中下游鳤的遗传多样性和种群动态历史进行研究。结果显示, 西江中下游鳤的遗传多样性处于较低水平并且出现了衰退的迹象, 可能经历了遗传瓶颈效应。此外, 种群动态历史分析发现, 西江中下游鳤在后更新世期间(0.06和0.13百万年前)经历了种群扩张, 刚好处于中更新世(0.78-0.126百万年前)冰期褪去之后, 表明更新世气候的波动影响了西江中下游鳤的种群动态。作为鳤可能的重要产卵场, 西江中下游部分江段可以考虑建立鳤的自然保护区, 用于保育和修复鳤的种质资源。