食物网

正食物网分析手段便于我们理解三峡水库水生态系统内部能量和物质复杂的转移转化形式,以及它们对外部干预因素的响应,从而有助于我们设计出科学合理的生态渔业方案,确保系统运行通畅。食物网是生态学中一个重要的理论工具,用以研究生态系统的结构和功能。初级生产者所固定的能量经食物链和食物网传递,转化为各营养层级上的生物生产力,形成了生态系统的生物资源,并对生态系统的产出、服务和动     

南大洋观测系统

正南大洋对全球气候系统以及当地独特的生态系统的重要性不言而喻。那里路途遥远,后勤保障困难,因此是地球上数据采集最少的地区之一。设计和执行一套观测物理、生物化学以及生态过程的系统,是一项令人望而生畏的挑战。以2006年在澳大利亚霍巴特、2007年德国不来梅以及2008年俄罗斯圣彼得堡召开的会议为基础,南极研究科学理事会与海洋研究科学理事会     

谈食物网中生物量的计算

“生态系统”一节能量流动知识点中，有关食物链各营养级生物量的计算，是比较重要的题型，也是高考中常考的考点。曾有作者提出“倍率法”（见《生物学通报））2003年第3期颜炳稳文）；笔者认为，“倍率法”应用于一条食物链中生物量的计算是正确可行的，但在食物网中，若不引导学生具体分析使用“倍率法”进行“放大”或“缩小”计算的条件，极易造成计算错误。下面，笔者就食物网中生物量的计算规律作一分析。     

土壤动物食物网研究方法

长期以来关于陆地生态系统的研究都集中在地上部分,而对于地下部分知之甚少。地下生态系统营养关系是生态系统中各生物成员之间最重要的联系,是物质循环、能量流动的重要载体。研究土壤动物食物网已成为现代地下/土壤生态学研究的热点与前沿。由于土壤动物的个体小、食性复杂、栖息环境隐蔽等原因,使得对土壤动物食物网的研究困难重重,所以选择合适的研究方法尤为重要。本文总结了国际上近几十年来土壤动物食物网研究方法,将其分为传统方法(野外直接观察法、室内培养实验观察法、显微镜下肠容物分析法)、常用方法(消化酶分析法、脂肪酸分析法、稳定同位素技术、特定化合物分子的稳定同位素分析技术)和现代分子方法(DNA分子跟踪食物链网络技术、单克隆抗体技术)3大类,具体介绍了每一种方法的发展历史和应用现状。根据土壤动物自身特性及对各方法的优势与劣势的比较,脂肪酸分析法和稳定同位素分析法是当前土壤动物食物网研究的常用方法;随着未来物种分子鉴定技术的改进和数据库的积累,DNA分子跟踪食物链网络技术将会成为未来的主流发展方向。     

马里奥·希尔南大洋水下摄影

正~~     

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.     

太湖贡湖湾食物网特征研究

应用稳定性同位素技术(13C和15N)研究了太湖贡湖湾食物网特征, 结果显示由于食物来源变化多样性影响, 导致贡湖的食物网结构和营养级关系变化较为复杂, 贡湖主要生物类群13C、15N值表现出较大的种间差异。消费者13C值从摇蚊幼虫的-32.3到锯齿米虾的-22.1, 其值大小与营养级的关系没有规律性。消费者平均15N值从褶纹冠蚌的10.3到位于顶端间下鳙的19.0, 随营养级位置而升高。群落中所有种类的15N、13C值之间没有相关性(r=0.1835, P0.05), 表明该食物网是非线性食物网。研究结果验证了杂食性生物有机体普遍存在于富营养化的贡湖水域生态系统中, 且13C结果表明, 浮游植物、固着藻类以及沉水植物为贡湖食物网中大多数生物有机体的主要碳源。贡湖食物链长度为4.44营养级。     

大连海域食物网连续营养谱

根据2008年1月—2017年6月在大连海域收集的因搁浅、误捕及救助无效而死亡的斑海豹、江豚、小须鲸等海洋哺乳动物及2016年秋季和2017年春季在该海域进行的渔业资源调查,应用稳定同位素技术,分析了大连海域海洋哺乳动物及主要生物样品的碳、氮稳定同位素比值(δ¹³C、δ¹⁵N),并计算其营养级,进而构建大连海域食物网的连续营养谱.结果表明: 大连海域食物网的δ¹⁵N值范围为8.0‰～14.7‰,δ¹³C值范围为-21.1‰～-16.7‰.主要生物种类可划分为初级消费者、次级消费者及顶级捕食者3个营养组群.δ¹⁵N值分析显示,主要生物种类的营养级范围为2.63～4.59,其中,小须鲸、江豚、斑海豹的营养级依次为3.16、4.11、4.25,棘皮动物为3.24～3.84,头足类为3.81～3.93,腹足类为3.65～4.13,双壳类为2.63～3.15,甲壳类为3.58～4.12,鱼类为3.20～4.59.营养结构特征显示,初级消费者主要为双壳类,次级消费者主要为小须鲸、头足类、棘皮类、腹足类、甲壳类,顶级捕食者主要为江豚、斑海豹、鱼类.随着江豚体长的增加,δ¹⁵N值有增大趋势,说明随着江豚生长和摄食能力的增强,其摄食的食物趋向于更高营养层次的生物.研究建立了大连海域食物网的连续营养谱,可以为海洋哺乳动物和渔业资源的保护提供依据.     

南大洋里的“湖”

正海里怎么会有湖?之所以出现看起来如此怪异的题目,根源在于科学术语的译名。这个"湖"指的是冰间湖,它是被海冰环绕的无冰水域。想象一下,显现在茫茫白色海冰中的一片波光粼粼的水面,与我们在冬季一场大雪之后所看到的尚未封冻的湖面,是不是很有几分相似呢?如此看来,中文的译名还是非常形象的。英文的冰间湖是polynya,源自俄语полынья,最初是指自然     

水生生态系统食物网复杂性与多样性的关系

探索食物网的复杂结构是生态学的中心问题之一。基于构建的黄河口海草床食物网并耦合实际食物网的数据集,整理了包含河口、湖泊、海洋和河流四种水生生态系统类型的48个实际食物网案例。以食物网的节点数反映食物网多样性,物种之间的营养链接数、链接密度和连通度来表示食物网的复杂性,采用营养缩尺模型描述水生生态系统食物网的复杂性特征与节点数的普适性规律。结果表明：所涉及的48个水生生态系统食物网的多样性和复杂性跨度较大,其中,节点数的分布范围为4-124,链接数为3-1830,链接密度为0.75-15.71,连通度为0.06-0.25。不同类型水生生态系统间的连通度存在显著性差异（P=0.01）,节点数、链接数、链接密度不存在显著性差异。各类型生态系统的食物网链接数、链接密度均随节点数的增加而增加（R²=0.92,P<0.001和R²=0.82,P<0.001）。湖泊生态系统的连通度随节点数的变化不明显,围绕在0.20附近;而其他3种类型生态系统的食物网连通度随节点数的增加而降低（R²=0.06-0.41,P<0.001）。对全球尺度的水生食物网多样性和复杂性的定量化研究对于提升对食物网的复杂结构的科学认识,从系统尺度探究多样性和复杂性的关系提供数据支撑。     

农田土壤食物网管理的原理与方法

土壤食物网在维持生态系统生产力和健康等方面起着重要作用,但现代农业中,化肥农药等外部投入已经改变或部分替代了土壤食物网的功能,由此也造成一系列的环境问题。为了协调作物高产与环境保护的利益,需要对土壤食物网进行管理,使土壤食物网符合作物生长的需要,即建立健康土壤食物网。管理土壤食物网有两种方式:(1)直接方式,即通过调节食物网各个功能群的组成来管理土壤食物网;(2)间接方式,即根据农田土壤食物网以自下而上调控方式为主、强调低营养阶层的资源限制的原理,通过调节碎屑的数量和质量来管理食物网。在这两种调控方式中,都需要对被管理的食物网进行监测,监测的方式也分两种,一种是直接测定食物网各功能群的数量和生物量,另外一种方式即以线虫为工具来反应土壤食物网的结构。     

植物入侵对食物网的影响及其途径

生态系统中的物质和能量主要沿食物链在食物网中流通,诸多研究表明入侵植物对生态系统功能的影响是通过改变当地原有的食物网结构而实现的,因此外来植物入侵对食物网的影响受到人们越来越多的关注.本文分析了植物入侵引起食物网变化的原因以及改变食物网的途径,探讨了土著食物网特点对群落可入侵性的影响,得出以下结论:(1)食物网的变化主要是由于入侵植物引起的消费者基础食物资源或者周围环境条件的变化造成的;(2)入侵植物通过3种途径影响食物网:一是入侵植物具有较好的可利用性,能够直接被土著草食者取食,通过上行效应按照原有的路径进入土著食物网;二是当入侵植物的可利用性较差时,入侵植物所固定的能量通过引入新的消费者或者转变流通路径形成新的食物网结构;三是入侵植物通过非营养作用造成食物网中各级消费者的种群密度和行为活动等发生变化,进而影响土著生物群落和食物网结构;(3)食物网的大小及其连通性可能影响外来植物的入侵成功率.在今后的研究中,为深入揭示生物入侵对食物网的影响,在短期控制实验的基础上应加强长时间尺度的动态研究,对于食物网变化的定量描述对象也需要进一步加以明确.此外,食物网对入侵植物生态修复的响应以及食物网变化对入侵植物的反馈作用等也具有重要的研究价值.     

长江口水生动物食物网营养结构及其变化

为研究长江口水生动物食物网营养结构及其变化, 运用胃含物分析法研究了2016—2017年长江口及其邻近水域捕获的43种水生动物的食性类型与营养结构, 并与20世纪90年代和2006年文献数据进行了比较, 结果表明, 长江口及其邻近水域捕获的水生动物分为4种食性类型: 浮游生物食性、底栖生物食性、游泳生物食性、混合食性, 其中浮游生物食性消费者占绝对优势, 为39.53%; 游泳生物食性消费者所占比例最少, 为11.63%。所分析样品的营养级可分为3级, 其中植食性消费者占优势, 为76.75%; 中级肉食性消费者所占比例最少, 为4.65%; 与20世纪90年代相比, 12种常见鱼类的平均营养级由3.80下降到2.87。长江口水生动物食物网结构较为复杂, 生产者类型包括底栖藻类、浮游植物、有机碎屑3种, 主要由牧食食物链和碎屑食物链构成复杂的食物网。     

群落水平食物网能流季节演替特征

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可以用来判断食物网中不同生物的能量来源;δ15N主要用于确定生物在食物网中所处的营养位置.通常用δ13C—δ15N图来表征某一特定时间或空间的食物网结构,但是这种方法在比较不同时间和空间食物网结构中功效较差.同时这种定性描述食物网结构也无法满足食物网复杂变化下的假说验证.应用环形统计方法,以太湖梅梁湾鱼类群落为例,定量评价了群落水平食物网能流季节演替特征.结果表明太湖梅梁湾鱼类营养生态位移动的季节特征明显.进一步物种水平分析结果表明,各种鱼类角度和幅度随季节均有变化.Rayleigh检验结果表明,群落中不同种类在秋冬、冬春和夏秋均有显著的一致的方向变化;而春夏期间不显著.Watson-William检验结果表明,群落水平的鱼类营养生态位移动在秋冬和冬春季节转换中有显著差异.引起鱼类群落水平营养生态位在食物网空间中季节性移动的主要因素为可利用资源稳定同位素的季节变化和不同鱼类种群自身的食性季节性转变.同时,由于梅梁湾食物网鱼类群落杂食性水平高,季节性浮游初级生产力成为食物网能量流动的重要驱动作用.因此,在富营养化生态系统中,食物网群落水平营养生态位季节波动也暗示了系统稳定性的下降.定量评价食物网变化有助于认识和理解食物网结构与功能在生态学和生态系统管理等方面的重要.     

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.     

南大洋的一种钵水母

1985年2月,我国第一次南大洋考察队在南设得兰群岛以西的10号测站(62°48′S、63°03′48″W)捕捞磷虾时采得1个钵水母标本。经鉴定确认属钵水母纲Scyphomedusae,旗口水母目Semaeostomeae,霞水母科Cyaneidae,环肌水母属Desmonema,华丽环肌水母Desmonema gaudichaudi。本种最早是Lesson(1830)在南极发现的新种,定名为Chrysaora gaudichaudii;1862年L.Agassiz为此而建立了一个新属Desmonema。我国这次是首次从南极采到,所以特将属、种的形态特征描述于后,以     

南大洋多毛类两新种

在整理我国1984年首次南极洲和南大洋考察队采集的多毛类环节动物标本时,我们发现了叶须虫科Pbyllodocidae和多鳞虫科Polynoidae两个新种。现将新种描述如下。正模标本保存在国家海洋局第一海洋研究所;副模标本保存在国家海洋局第二海洋研究所。     

枸杞岛近岸海域食物网的稳定同位素分析

为了探明岛礁近岸海域食物网主要生物类群之间的营养关系,对2012年11月和2013年2月枸杞岛近岸的消费者及其潜在食物源的稳定碳、氮同位素组成进行了分析,并利用氮稳定同位素数据计算了消费者的营养级。结果表明:枸杞岛近岸海域消费者潜在食源浮游植物、POM、SOM和大型海藻的δ13C值范围为-21.7‰~-14.7‰,浮游动物、大型无脊椎动物和鱼类等消费者的δ13C值范围为-21.1‰~-13.7‰。初级生产者的C/N平均值为8.5,消费者的C/N平均值3.7,差异极显著(P0.001)。根据消费者的δ15N值,可将枸杞岛近岸海域的消费者分为滤食性浮游动物、食藻或碎屑的小型底栖动物、杂食性的大型无脊椎动物和鱼类以及凶猛的肉食性鱼类4大类,消费者共有4个营养等级,黑鲷的营养级最高为4.33。     

基于稳定同位素技术的保安湖食物网结构特征研究

文章利用碳、氮稳定同位素技术对江湖阻隔典型湖泊-保安湖的食物网结构进行了研究。结果表明保安湖中鱼类消费者的主要营养级范围为2.1—3.3, 在调查到的16种鱼类中, 顶级肉食性鱼类种类很少, 杂食性鱼类的种类最多。保安湖食物网主要由两条营养传递途径构成, 即由POM、浮游植物为主要食物源的浮游牧食链与沉积物为主要食物源的底栖食物链。POM、浮游植物、浮游动物和底栖动物是保安湖水域食物网中鱼类的主要食物来源, 其次是沉积物中的碎屑和水生植物等。此外, 从基于理论食性数据的食物网与BIMM模型预测的食物网结构可以看出, 从POM、浮游植物、浮游动物到杂食性鱼类的浮游牧食链在整个食物网中具有主导性, 而从水生植物、沉积物和底栖动物到杂食性鱼类的底栖食物链相对重要性较低。     

全球变化对食物网结构影响机制的研究进展

食物网主要依靠基于不同营养级间物种互作形成的上行与下行调控维持其结构。全球变化能够改变种间关系, 威胁生物多样性的维持, 然而目前对全球变化改变食物网结构的机制仍处于探索阶段。近年来通过大时空格局与多营养级食物网研究, 发现全球变化的作用机制主要可归结为3种: 物候错配、关键种丧失与生物入侵。该文聚焦于这3种机制, 综述各种机制造成的食物网结构变化并探讨相关的进化与生态驱动因素。三种干扰机制均通过改变原有种间关系, 影响食物网调控, 改变食物网结构。不同的是, 物候错配造成的种间关系变化是由于不同物种的物候对全球变化产生非同步响应所致; 关键种丧失则使营养级间取食/捕食关系发生变化甚至缺失; 而入侵物种通过竞争排除同营养级物种改变种间关系。最后, 该文提出食物网结构变化的实质是物种是否能够适应快速变化的生态环境, 并据此展望未来研究方向。随着全球变化影响日益加剧, 急需继续深入探索导致全球变化下食物网结构改变的机制, 为制定合理的生物多样性保护与生态修复规划提供重要理论支撑。