应用碳氮同位素技术研究重金属在大亚湾食物网中的累积

大亚湾是受人类活动影响严重的典型亚热带半封闭海湾,长期受到重金属污染的压力,但是重金属在大亚湾生态系统中的累积情况尚不清楚.于2015年夏、冬两季(6月和12月)分别采集海水、沉积物和生物样品(包括浮游生物、游泳生物、底栖生物),在通过稳定同位素(δ¹³C和δ¹⁵N)构建大亚湾食物网结构的基础上,分析重金属(Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ag、Cd和Pb)在大亚湾食物网中的累积和传递特征.结果表明:大亚湾生物体的主要物质来源于海洋,但也受到淡水输入的影响;大亚湾生态系统的食物链长度较短,最高营养级为3.48;高级捕食者鱼类在夏季摄食广泛,而冬季偏向于底栖食性.大亚湾环境和生物体内重金属浓度整体符合国家标准,仅发现个别站位海水中Zn和Pb超出第一类海水水质标准,口虾蛄和断脊口虾蛄体内Cd超过农产品安全标准.Cr、Co、Ni、Zn、Cd、Pb在夏、冬两季沿着食物链的传递其生物累积水平显著降低;Cu在夏季沿着食物链的传递其生物累积水平显著降低,冬季有降低趋势但不显著;Ag与营养级之间并没有显著相关性,但在甲壳动物中有生物放大的潜能.研究表明大亚湾生态系统中重金属基本处于正常状态,而Zn、Ag、Cd、Pb等重金属需要进一步关注.     

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。     

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。     

稳定同位素技术在水域生态系统研究中的应用

稳定同位素作为一种天然的示踪物,应用十分广泛,其在水域生态学中的应用也日益受到重视。生物同位素组成总是与其食物同位素组成相一致,能随食物的改变而相应地发生改变,是生物生存状况的理想指示物,为水域生态系统食物网结构与功能、物质流与能量流的研究提供了有力的技术支撑。在综评稳定同位素技术原理与方法的基础上,较为详细地对其应用于水域生态研究的理论基础与进展进行了总结。该方法的应用以水域中生产者同位素组成差异为前提,主要涉及确定食物来源、食物的贡献比例、营养级的确定、食物网结构的构建及鱼类等水生生物的洄游及迁移路线等方面,这些研究对了解生态系统的动态变化与外界环境对其影响具有重要意义。并对我国此类研究的前景和存在问题进行了探讨。     

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.     

基于稳定同位素技术的辽宁浑太河流域水生食物网研究

为探究辽宁省浑太河流域水生生物营养结构特征及其变化,分别于2020年秋季(10月)和2021年春季(5月)对该流域开展渔业资源调查,依据主要消费者及饵料生物样品的碳、氮稳定同位素值(δ¹³C和δ¹⁵N),利用SIBER和MixSIAR模型分析渔获物群落营养结构的时空差异,并初步构建该流域的食物网。结果表明,主要渔获物的δ¹³C和δ¹⁵N值分别为–37.18‰—–19.28‰和7.98‰—16.51‰,且季节性差异不显著(P>0.05),但δ13C值空间差异极显著(P<0.01)。浑太河流域渔获物的营养级为1.71—4.39,同种鱼类营养级具有极显著的时空差异(P<0.01)。与春季相比,鱼类在秋季摄食的食物资源更丰富、所占的生态位更宽,同时太子河的各项群落营养结构指标均优于浑河。基础食源分析结果表明水生植物与陆生植物分别为浑太河两个季度的主要碳源,陆生植物和POM分别为浑河和太子河中鱼类的主要碳源。研究填补了对浑太河流域水生生物食物网及群落营养结构研究的空缺,为该流域后续的保护、修...     

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。     

黄东海生态系统食物网连续营养谱的建立: 来自碳氮稳定同位素方法的结果

应用天然存在的碳氮稳定同位素方法研究了黄东海生态系统食物网的营养结构, 初步建立了从浮游植物到顶级捕食者的水体食物网连续营养谱, 并结合底栖生物碳同位素资料勾勒出黄东海食物网营养结构图, 与根据1985~1986年主要资源种群生物量绘制的黄海简化食物网和营养结构图基本一致并略有改进. 结果证明, 稳定同位素方法是未来研究从病毒到顶级捕食者完整海洋食物网连续营养谱以及食物网稳定性的一个潜在的有用手段.     

基于稳定同位素技术的海州湾海洋牧场食物网基础及营养结构的季节性变化

基于稳定同位素技术对2015年春季海州湾海洋牧场海域采集的中小型生物消费者,包括鱼类、虾类、蟹类、头足类、螺类和双壳类等与其潜在碳源样品进行分析,利用IsoSource模型计算该海域消费者碳源贡献率,并对2014年夏季生物学样品与2015年春季样品比较,分析食物网营养结构的季节性变化,根据稳定同位素测定结果绘制二维双标图,计算出6种营养结构的量化指标.结果表明: 2015年春季海州湾海洋牧场海域消费者的δ¹³C值范围为-18.9‰～-17.1‰,3种潜在碳源[浮游植物、悬浮颗粒有机物(POM)、沉积物(SOM)]的δ¹³C值范围为-18.1‰～-23.4‰,根据模型计算得出浮游植物对消费者的平均碳源贡献最大,为80.8%,其余依次为SOM和POM,分别为10.8%和8.4%.2014年夏季生物样品与2015年春季样品的δ¹³C值存在显著差异,而δ¹⁵N值无显著性差异;6种量化指标表明群落营养结构存在季节性差异, 2014年夏季的δ¹³C比值范围(CR)、总面积(TA)、平均最邻近距离(NND)和平均最邻近距离标准差(SDNND)均大于2015年春季,δ¹⁵N比值范围(NR)和平均离心距离(CD)无明显变化,夏季群落营养结构冗余度小于春季,且食源多样性水平高于春季,存在季节差异.     

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。     

杭州西溪国家湿地公园生态旅游环境容量

综合旅游生态容量、旅游空间容量、旅游设施容量、旅游管理容量、旅游心理容量5个因素,对杭州西溪国家湿地公园的旅游环境容量进行了测算.结果表明:其旅游环境容量为4145～6450人次.d-1.本研究首次将人鸟间的合理距离应用于湿地生态容量的确定,有效地解决了在充分保证鸟类活动与栖息安全的前提下适度开发湿地旅游的问题.基于游客满意度的旅游心理容量的估算较客观地反映了旅游区(点)在规划建设和经营管理方面满足旅游者需求的程度.这种基于人鸟距离和游客满意度的综合测算方法对于湿地公园的规划和管理具有较实际的指导意义.     

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。     

流沙湾食物网结构的初探——基于稳定同位素方法的分析结果

海洋食物网的传统研究方法是胃含物分析法,即通过胃肠道的解剖,直接分析残留物的组成来计算生物体的营养层次。它反映的是捕食者的瞬时摄食情况,不能提供动物长期的摄食信息以及食性变化情况,存在很大的局限性[1]。     

水生动物碳氮稳定同位素富集系数的整合分析

同位素富集系数即动物组织与其食物之间同位素丰度（δ）的差异值(Δ),是稳定性同位素技术应用于生态系统营养关系、食性和食物网研究的重要参数.不同生境条件下和不同物种之间的富集系数通常被认为是相对稳定的,但越来越多的研究发现,富集系数在不同类型动物之间存在明显差异而不是一个恒定值,尽管这一差异范围仍不清楚.本文进行了3种不同权重设置方式的整合分析,综述并比较了4类水生动物(硬骨鱼类、甲壳类、爬行类、软体动物)的碳氮稳定同位素富集系数.在Web of Science和CNKI数据库上搜索2014年底之前发表的论文,获得了42篇包含140个Δ¹³C的研究结果和159个Δ¹⁵N的研究结果.使用3种不同的加权方式进行3次独立整合分析,3种加权方式分别是以方差倒数作为权重、以样本量作为权重和相等权重.结果表明,整合分析统计结果十分稳健,不同权重设置的分析结果差异很小.水生动物碳稳定同位素富集系数(Δ^13C)总体平均值为1.0‰,其中,硬骨鱼类1.0‰,甲壳类1.3‰,爬行类0.5‰,软体动物1.5‰;氮稳定同位素富集系数(Δ¹⁵N)总体平均值为2.6‰,其中,硬骨鱼类2.4‰,甲壳类3.6‰,爬行类1.0‰,软体动物2.5‰.统计分析表明,硬骨鱼类、甲壳类、爬行类、软体动物之间的Δ¹³C没有显著差异,而Δ¹⁵N存在显著差异.因此,应用稳定性同位素技术研究水生动物营养关系、食性和食物网中碳富集系数可以选择总体平均值,而氮富集系数则应根据不同水生动物类型选取相应的系数值.     

三峡库区小江库湾鱼类食物网的稳定C、N同位素分析

应用稳定碳(δ₁₃C)、氮(δ₁₅N)同位素探讨了三峡库区一级支流小江库湾枯水期(2010.7)和丰水期间(2010.12)鱼类食物网结构。研究结果显示：初级生产者颗粒有机物(POM)和固着藻类δ₁₃C、δ₁₅N值范围分别为-23.33‰～-21.05‰、-25.13‰～-24.54‰,3.99‰～6.25‰、4.64‰～4.79‰。POM和固着藻类构成了小江库湾食物网能量的主要来源,其中丰水期间陆生营养物质输入是其食物网能量来源的一种重要补充途径。小江库湾常见鱼类食性可分为杂食偏植物食性、杂食偏动物食性及动物食性3种营养类群。在不同时期(枯水期和丰水期)小江库湾鱼类食物网营养级长度均有三级并且存在4种主要营养路径,表明了在三峡工程运行初期小江库湾已经形成了相对稳定的食物网结构。研究为小江库湾鱼类资源管理及生态系统恢复提供了一定的指导意义。     

三亚蜈支洲岛海洋牧场区域夏季食物网研究

三亚蜈支洲岛海洋牧场在针对珊瑚礁修复工作、热带海洋牧场建设等方面取得了不错的效果,但海洋牧场区域的营养结构仍需要长期的监测评估。于2020年7月海洋生物调查共采集52种主要消费者,以碳(δ¹³C)、氮(δ¹⁵N)稳定同位素技术为基础,首次构建三亚蜈支洲岛海洋牧场区域食物网并进行研究。结果表明：(1)主要消费者的δ¹³C值范围在-19.10‰—-12.74‰之间,平均值为(-16.99±1.52)‰;δ¹⁵N值范围为6.43‰—14.03‰,平均值(11.24±1.70)‰。单因素方差分析结果显示,不同类群之间碳氮稳定同位素均有显著性差异(P<0.01)。(2)大型海藻和底栖微藻对主要消费者的贡献率最大为41.50%,沉积有机物(SOM)和浮游植物也是消费者的重要碳源(贡献率分别为20.05%、19.97%),悬浮颗粒有机物(POM)对消费者的碳源贡献率最低,为18.48%。(3)三亚蜈支洲岛牧场区域主要消费者的营养级范围为1.53—3.76,主要消费者营养层次分布两端少,中间多。通过系统聚类分...     

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.     

汞在新建水库食物网中生物累积与风险评价研究进展

汞是唯一参与全球循环的液态重金属。1974年,自美国学者Smith首次报道水库中鱼类总汞含量高于邻近自然湖泊以来,水库中鱼类汞升高的风险成为新建水库环境影响评价中的重要内容之一。汞在水库生态系统生物组分和非生物组分中含量升高的现象先后在世界各国报道,包括加拿大、美国、芬兰、泰国和巴西等。通过对系列的野外研究进行回顾,表明了水库形成后生态系统中汞的甲基化过程发生了变化。水库形成对汞在食物网中的鱼类、底栖生物、浮游生物的累积产生影响。水库中汞的生物累积、迁移转化主要与被淹没土壤和植物腐解过程有着直接或间接的关系。水库形成后,总汞、甲基汞和甲基汞比例在生态系统食物网各组分中的变化并不一致。蓄水后,水体中总汞变化较小,甲基汞和甲基汞比例上升明显;浮游生物尤其是浮游动物中总汞升高,但甲基汞和甲基汞比例升高更为明显;与浮游动物类似,底栖水生昆虫中总汞升高,甲基汞和甲基汞比例升高也更为明显;鱼类作为食物网顶级消费者,甲基汞比例一般在80%以上,在水库形成后鱼类总汞和甲基汞均明显升高,但甲基汞比例变化已经不大。这些变化揭示了水库形成后甲基汞在食物网传递的两个主要可能途径,一是微型生物食物网。通过悬浮颗粒物、浮游植物、浮游动物这一环节,甲基汞和甲基汞比例有明显的增加。第二个途径是底层生物食物网。通过悬浮颗粒物、细菌、碎屑食性底栖水生昆虫、肉食型底栖水生昆虫环节,甲基汞和甲基汞比例明显增加。这两种途径均能导致以水生昆虫、小鱼、甲壳类等为食的肉食性鱼类汞含量增加。水库形成后,生态系统中汞的甲基化发生了明显的"加速"过程。这种"加速"过程最直接的因素是成库后大量土壤淹没使得汞的甲基化平衡被打破。这个过程主要有两方面的影响。一方面是直接影响,被淹没土壤和植被在腐解过程中主动或被动地将甲基汞释放到水库生态系统中;另一方面是间接影响,被淹没土壤和植被的腐解使水库底部形成厌氧环境,有利于无机汞从被淹没土壤和植被中溶出,为甲基化反应提供充裕的、可供甲基化的无机汞,同时腐解产生的大量营养物质为微生物提供丰富食物来源,使硫酸盐还原菌大量繁殖,促进无机汞的甲基化。在我国,有关汞在新建水库食物网中生物累积和风险评价的研究有待进一步加强。     

夏季若尔盖高寒湿地水生生物群落食物网结构特征

为了解若尔盖高寒湿地夏季水生生物群落食物网结构及营养关系特征,应用稳定同位素技术分析了若尔盖湿地 3个不同区域(ZS1、ZS2和ZS3)水生生物群落碳、氮稳定同位素比值,并计算了13C-15N同位素生态位中的6个营养结构量化指标。结果显示:外源性营养源陆生植物13C、15N值分别为-28.23- -26.07,-1.20-5.98; 内源性营养源颗粒有机物 (POM:主要成分为藻类)和水生植物13C、15N值分别为-26.39- -21.17、-25.37- -24.15,3.68-6.61、3.50-4.01; 其中POM样品13C、15N组成存在明显的区域性差异(P0.05,P0.001)。食物网营养结构分析显示若尔盖湿地外源性碳源输入(优势陆生植物)对于维持该水域生态系统结构稳定有着十分重要的作用。若尔盖湿地水域食物网营养级介于2-3,暗示了其生态系统结构的相对脆弱性。同位素量化指标标记发现若尔盖湿地水生动物群落生态结构存在明显的空间异质性,可能与若尔盖湿地发达的畜牧产业相关。     

海蜇-对虾-蛤仔综合养殖池塘的食物网

为了研究海蜇-对虾(中国明对虾、斑节对虾)-菲律宾蛤仔海水综合养殖池塘养殖生物的食性、营养级和池塘食物网结构,在2017年5-9月的养殖周期内,采集并检测池塘内各种饵料和4种养殖生物的碳、氮稳定同位素比值(δ13C、δ15N),并运用IsoSource线性混合模型分析了海蜇、中国明对虾、斑节对虾和菲律宾蛤仔的食物来源....