基于Ecopath模型的千岛湖生态系统结构和功能分析

为探索千岛湖生态系统现状及其历史变化, 根据2016年千岛湖的渔业资源与生态环境调查数据, 构建了千岛湖生态系统的 Ecopath 模型, 综合分析系统的能量流动过程、营养级结构和生态系统总体特征。2016年千岛湖 Ecopath 模型由18个功能组组成, 有效营养级范围为1—3.41, 牧食食物链的能量流动占系统总能量的56%。系统杂食指数(SOI)、联结指数(CI)、Finn循环指数分别为0.13, 0.26和5.15%。千岛湖与其他湖泊和水库比较, 其生态系统的各功能组的聚合度较高, 联结程度较为紧密, 物质再循环比例较高, 系统较为成熟。但千岛湖的系统总流量较低为24698.27 t/(km2·a), 总初级生产量与总呼吸量的比值为6.51, 表明系统总体规模较小且仍处于发展阶段。根据千岛湖生态系统历年变化趋势分析: 千岛湖生态系统的总体规模有变大趋势, 稳定性和复杂性有所增强, 但营养交互关系变弱, 系统抵抗外界干扰的能力仍较低。同时, 千岛湖生态系统的初级生产者转化效率较低, 食物网趋于简单, 应采取适当的管理措施, 以保障千岛湖生态系统的健康发展。     

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。     

利用Ecopath模型评价鲢鳙放养对千岛湖生态系统的影响

“保水渔业”是中国控制“水华”暴发等生态灾变的措施之一,其结果存在较大的不确定性。在浙江省的新安江水库(千岛湖),“保水渔业”的实施带来了水质改善和渔业增产的双重效果。但在生态系统自组织层面,这种人工干预手段引起的生态系统结构化效应的研究,尚未真正展开。基于2008—2010年千岛湖的生态和渔业资源调查数据,应用EwE(V6.6)构建了2010年千岛湖生态系统的Ecopath模型,并将其与2004和2016年的模型进行对照,分析了千岛湖生态系统在鲢、鳙鱼放养下的变化。千岛湖生态系统在3个年份均为4个整合营养级,营养能流分布成典型的金字塔型,且营养流总量中流向碎屑的占比很大,营养级Ⅰ、Ⅱ的能量被利用得不够充分;除鲢、鳙鱼外大部分鱼类的生物量逐渐下降,浮游植物和碎屑的生物量增多;系统的初级生产力和规模得到了一定提升,但总体的能量转换效率有所降低。在一些和系统成熟度、复原力和稳定性密切相关的参数方面,总初级生产量/总呼吸量增加,Finn氏循环指数和Finn氏平均路径长度逐渐降低,3个年份的连接指数(CI)分别为0.223、0.219、0.263,系统杂食指数(SOI)分别为0.087、0.1...     

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.     

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。     

消费者多样性对食物网结构和生态系统功能的影响

前所未有的生物多样性丧失使人们越来越关注生物多样性的生态系统功能.现有的绝大多数研究都是局限在单一营养级别上,主要是植物上,但是今天越来越多的证明表明消费者的多样性对生态系统结构和功能具有深刻影响.综述了消费者多样性对相邻或非相邻营养级的种群密度、物种多样性和生产力等方面影响的最新进展,同时也提出了若干研究展望.总体上.消费者多样性,无论是草食动物还是肉食动物,都倾向于增加该消费者所在营养级的养分和能量利用效率,以及生产力.这可能源于取样效应,或者物种之间的互补作用,类似于植物物种多样性影响初级生产力的机制.草食动物可能降低或者提高植物物种多样性,或者没有显著影响,其具体效应取决于生态系统生产力水平和草食动物的大小.捕食者哌能通过直接抑制草食动物而间接提高植物的多样性和生产力,但这种效应的大小差异很大,甚至效应的方向,都可能随团体内捕食者所占的比例而改变.未来的研究,应该考虑应用较大尺度的实验来检测食物网复杂营养关系对生态系统特性的影响,继续探讨消费者对生态系统功能的影响机制.认为异速生长法则和生态化学计量学在食物网组分关系研究中的应用将有利于增强人们对消费者.生态系统功能关系的理解.另外,全球变暖和转基因植物对食物网中消费者结构和生态系统的功能的影响也将是未来的一个重要研究方向.     

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.     

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。     

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.     

南海北部生态系统食物网结构、能量流动及系统特征

根据20072008年在南海北部(107°00'120°00'E、17°00'23°30'N)进行的海洋生态综合调查数据,应用Ecopath with Ecosim软件构建了南海北部生态系统的生态通道模型,并通过模型分析了南海北部海洋生态系统的食物网结构、能量流动和系统的总体特征,并简要总结过度捕捞生态系统的基本特征。结果表明,南海北部海洋生态系统以捕食食物链为主要能流通道,初级生产者是系统能量的主要来源。各功能群的营养级范围为13.99,哺乳动物占据了最高的营养层,平均渔获物营养级为2.93。利用生态网络分析,系统的能量流动主要有6级,来自初级生产者的能流效率为12.6%,来自碎屑的转换效率为10.4%,平均能量转换效率为11.5%。系统连接指数(Connectance Index,CI)和系统杂食指数(System Omnivory Index,SOI)分别为0.290和0.239;Finn’s循环指数(Finn’scy cling index,FCI)和系统平均路径长度(Finn’s mean path length,MPL)分别为4.380和2.476;总初级生产力/总呼吸为2.596,综合研究表明当前南海北部海洋生态系统处于不成熟阶段。     

持久性有机污染物在水生食物网中的传递行为

食物网是持久性有机污染物(POPs)在水生生态系统中传递的重要途径,了解其传递行为与机制是POPs生态暴露风险评价的科学基础。从4个方面展开了讨论和分析:(1)食物网主要特征(营养级和食物链长度)与POPs环境行为的关系;(2)POPs在底栖及底栖-浮游耦合食物网中的环境行为;(3)微食物网对POPs环境行为的作用;(4)食物网的变化对POPs环境行为的影响。主要结论如下:(1)已有研究对水生生物中POPs生物放大作用存在较大争议。一般营养级越高,POPs生物富集性越强,但由于各种生态和生理性质的影响,也存在例外情况。食物链长度与POPs生物富集性呈正相关。(2)POPs通过底栖食物网将沉积物中的POPs向上传递,底栖-浮游食物网的耦合提高了高营养级消费者的暴露风险,目前就POPs在底栖食物网中的生物放大性是否大于浮游食物网存在争议。(3)微生物具有较大的比表面积,是吸附POPs的重要载体。另,沉积物中的微生物通过分解有机质,将POPs释放到水柱中。微生物降解也是环境中POPs脱离环境的重要途径。(4)在内、外压力下,食物网结构和功能发生变化,使物质和能量的传递方向和效率发生改变,并与环境理化性质的变化互相耦合,影响POPs的环境行为。当前研究的重点多集中在POPs在浮游食物网,尤其是高营养级浮游食物网中的环境行为,对POPs在底栖及底栖-浮游耦合食物网和微食物网中环境行为的研究相对缺乏。有关POPs在食物网中环境行为的研究多集中在食物网的某个部分,时间尺度较短,缺乏对POPs环境行为动态变化的研究,未来需深入开展多尺度和多角度的POPs在食物网中环境行为的动态变化研究。新型POPs的生产和使用量不断增加,但有关其在食物网中环境行为的相关分析还较为匮乏,需加强研究。     

Geographic variation in network structure of a nearctic aquatic food web

Aim The network structure of food webs plays an important role in the maintenance of diversity and ecosystem functioning in ecological communities. Previous research has found that ecosystem size, resource availability, assembly history and biotic interactions can potentially drive food web structure. However, the relative influence of climatic variables that drive broad‐scale biogeographic patterns of species richness and composition has not been explored for food web structure. In this study, we assess the influence of broad‐scale climatic variables in addition to known drivers of food web structure on replicate observations of a single aquatic food web, sampled from the leaves of the pitcher plant (Sarracenia purpurea), at different geographic sites across a broad latitudinal and climatic range. Location Using standardized sampling methods, we conducted an extensive ‘snapshot’ survey of 780 replicated aquatic food webs collected from the leaves of the pitcher plant S. purpurea at 39 sites from northern Florida to Newfoundland and westward to eastern British Columbia. Methods We examined correlations of 15 measures of food web structure at the pitcher and site scales with geographic variation in temperature and precipitation, concentrations of nutrients from atmospheric nitrogen deposition, resource availability, ecosystem size and the abundance of the pitcher plant mosquito (Wyeomyia smithii), a potential keystone species. Results At the scale of a single pitcher plant leaf, linkage density, species richness, measures of chain length and the proportion of omnivores in a web all increased with pitcher volume. Linkage density and species richness were greater at high‐latitude sites, which experience low mean temperatures and precipitation and high annual variation in both of these variables. At the site scale, variation in 8 of the 15 food web metrics decreased at higher latitudes, and variation in measures of chain length increased with the abundance of mosquitoes. Main conclusions Ecosystem size and climatic variables related to latitude were most strongly correlated with network structure of the Sarracenia food web. However, in spite of large sample sizes, thorough standardized sampling and the large geographic extent of the survey, even the best‐fitting models explained less than 40% of the variation in food web structure. In contrast to biogeographic patterns of species richness, food web structure was largely independent of broad‐scale climatic variables. The large proportion of unexplained variance in our analyses suggests that stochastic assembly may be an important determinant of local food web structure.     

Vertical planktonic structure in the central basin of Lake Baikal in summer 1999, with special reference to the microbial food web

Planktonic microbial interactions in the central basin of Lake Baikal were examined on a summer day in 1999. The subsurface maxima of bacterial abundance and chlorophyll concentration were recorded at the same depth, whereas the vertical distribution of heterotrophic nanoflagellates was the inverse of those of bacteria and picophytoplankton. Release of extracellular organic car-bon (EOC) from phytoplankton was estimated by the NaH¹⁴CO₃ method as 2.4µgCl^–1day^–1. Bacterial production (4.3µgCl^–1day^–1), estimated in a bottle incubation experiment using size-fractionated water samples, exceeded the EOC released. Thus, other supplying sources of organic matter are needed for the bacterial production. Grazing (2.6µgCl^–1day^–1) was also estimated in the experiment and accounted for 60% of the bacterial production. This is the first report on the microbial food web in the central basin of Lake Baikal.     

基于Ecopath模型的太湖生态系统结构与功能分析

根据2008—2009年太湖湖区水生生物调查的结果及主要水生动物摄食生态学已发表资料,应用Ecopath with Ecosim 6.1软件构建了太湖生态系统的食物网模型,初步分析了太湖生态系统功能与结构特征.模型由初级生产者、主要鱼类及无脊椎动物和有机碎屑等20个功能组组成.结果表明： 太湖生态系统的能流主要分布在4个营养级上,顶级捕食者鲌鱼营养级最高.食物网存在两条主要的营养传递途径,即碎屑食物链和牧食食物链,且碎屑食物链占比较大;营养级I的利用效率低下,大量初级生产力未能流入更高的营养层次,造成生态系统下层的营养流动“阻塞”.对系统总体特征分析发现,反映系统成熟度的指标,包括较高的净初级生产力(NPP)和净初级生产力/呼吸(NPP/R),以及较低的连接指数(CI)、系统杂食指数(SOI)和Finn循环指数(FCI)等,都揭示了太湖“幼态化”的生态系统现状;混合营养分析和关键种筛选结果显示,高强度的渔业捕捞活动对系统负影响显著,而顶级捕食者的下行效应显著下降.
     

Effects of the non-indigenous cladoceran Cercopagis pengoi on the lower food web of Lake Ontario

1. In North America, the invasive predatory cladoceran Cercopagis pengoi was first detected in Lake Ontario. We explored the impact of Cercopagis on the lower food web of Lake Ontario through assessments of historical and seasonal abundance of the crustacean zooplankton, by conducting feeding experiments on the dominant prey of the invader, and by estimating its food requirements. 2. Between 1999 and 2001, a decrease in the abundance of dominant members of the Lake Ontario zooplankton community (Daphnia retrocurva, Bosmina longirostris and Diacyclops thomasi) coincided with an increase in the abundance of Cercopagis. Daphnia retrocurva populations declined despite high fecundity in all 3 years, indicating that food limitation was not responsible. Chlorophyll a concentration generally increased, concomitant with a decline in the herbivorous cladoceran zooplankton in the lake. 3. Laboratory experiments demonstrated that Cercopagis fed on small‐bodied species including D. retrocurva and B. longirostris. 4. Consumption demand of mid‐summer populations of Cercopagis, estimated from a bioenergetic model of the confamilial Bythotrephes, was sufficient to reduce crustacean abundance, although the degree of expected suppression varied seasonally and interannually. 5. Predatory effects exerted by Cercopagis on the Lake Ontario zooplankton, while initially very pronounced, have decreased steadily as the species became established in the lake.     

浙江千岛湖浮游动物群落多样性研究

1999年1～12月对浙江千岛湖浮游动物的群落结构,包括密度多样性和生物量多样性进行了 系统研究。轮虫类的多样性指数最高,并且当湖泊在一定的营养水平范围内（贫营养型向中 营养型过渡）时,轮虫的密度多样性与湖泊的营养水平呈现相同的变化趋势。以时间和空间 为参照,对千岛湖两种浮游动物多样性指数与群落因素之间进行了相关分析,得到相关关系 如下：月变化密度多样性＝-0.922+4.521×密度均匀度,n=12, r=0.872, p<0.001;生物量多样性=1.99-0.348×透明生物量,n=12, r=-0.868, p<0.01;水平变化密度多样性＝2.35+0.008×种类数, n=10, r=0.672, p<0.05;生物量多样性=2.88-1.739×生物量优势度, n=10, r=-0.826, p<0.01。     

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.     

Decades of dietary data demonstrate regional food web structures in the Southern Ocean

Understanding regional‐scale food web structure in the Southern Ocean is critical to informing fisheries management and assessments of climate change impacts on Southern Ocean ecosystems and ecosystem services. Historically, a large component of Southern Ocean ecosystem research has focused on Antarctic krill, which provide a short, highly efficient food chain, linking primary producers to higher trophic levels. Over the last 15 years, the presence of alternative energy pathways has been identified and hypotheses on their relative importance in different regions raised. Using the largest circumpolar dietary database ever compiled, we tested these hypotheses using an empirical circumpolar comparison of food webs across the four major regions/sectors of the Southern Ocean (defined as south of 40°S) within the austral summer period. We used network analyses and generalizations of taxonomic food web structure to confirm that while Antarctic krill are dominant as the mid‐trophic level for the Atlantic and East Pacific food webs (including the Scotia Arc and Western Antarctic Peninsula), mesopelagic fish and other krill species are dominant contributors to predator diets in the Indian and West Pacific regions (East Antarctica and the Ross Sea). We also highlight how tracking data and habitat modeling for mobile top predators in the Southern Ocean show that these species integrate food webs over large regional scales. Our study provides a quantitative assessment, based on field observations, of the degree of regional differentiation in Southern Ocean food webs and the relative importance of alternative energy pathways between regions.