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。     

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.     

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。     

基于δ~(15)N稳定同位素分析的人工防护林大型土壤动物营养级研究

稳定同位素δ15N是分析生态系统中的营养关系的重要方法。本研究采用该方法分析了人工防护林土壤动物的营养级及它们之间的营养关系。对3个地区人工杨树林12类大型土壤动物及其土壤、细根及植物枯落叶的稳定同位素δ15N分析结果显示,不同环境条件下土壤动物δ15N具有显著差异性(F=38.067,P0.001),土壤动物δ15N值与土壤、植物细根及枯落叶δ15N值之间有明显的相关性,与全氮含量没有明显的相关性;根据不同土壤动物δ15N值的状况,12种土壤动物在土壤生态系统中大都处于第二至第四营养级,处于较低营养级位置的动物主要有大蚊幼虫(Tipulidae larvae)、蚯蚓(Lumbricidae)、金龟甲幼虫(Scarabaeidae larvae)等类群,较高营养级的为蜈蚣(Scolopendromorpha)、隐翅甲成虫(Staphylinidae adult)、叩甲成虫(Elateridae adult)、线蚓(Enchytraeidae)等动物,同类土壤动物在不同样地中营养级位置存在一定的差异。     

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。     

基于稳定同位素分析不同蛋白源对大菱鲆生长的影响

实验采用混合植物蛋白(玉米蛋白和大豆浓缩蛋白等氮1:1混合)替代鱼粉蛋白投喂大菱鲆, 通过测定不同饲料组和体组织中氮稳定同位素的值, 估算氮同位素的周转率及不同蛋白源对大菱鲆生长的贡献比例。实验设计了4种配合饲料, 在等氮等能的基础上, 以混合植物蛋白分别替代饲料中0、10%、30%和50%的鱼粉蛋白, 即CS0、CS10、CS30和CS50。将初始体重为(57.720.25) g的大菱鲆分成4组, 每组设3个平行,实验周期为56d。实验开始后的7d、14d、28d、42d和56d采集并测定大菱鲆肌肉和肝脏中氮稳定同位素值(15N)。研究结果表明, 当替代量达到50%时, 大菱鲆摄食率和特定生长率显著低于其他组(P0.05), 而饲料系数显著高于其他组(P0.05)。不同实验组间氮同位素的周转率均存在显著性差异(P0.05), 对照组的周转速度最快。各实验组肝脏的周转率均显著快于肌肉(P0.05)。大菱鲆肌肉中氮同位素的周转半衰期(23.9632.42d)显著高于肝脏的(12.3816.83d) (P0.05)。生长作用对大菱鲆肌肉氮同位素周转的贡献比例为57.33%73.33%,而对肝脏的贡献比例为29.17%36.10%。基于时间的周转模型估算氮同位素分馏系数()为1.832.83。采用Isosource软件计算显示, CS10、CS30和CS50组中鱼粉、玉米蛋白和SPC三种蛋白源对大菱鲆生长的贡献比例分别为80%、7%和13%, 62%、11%和27%, 46%、13%和41%。研究结果表明: 生长作用和代谢作用共同驱动了氮稳定同位素在大菱鲆体组织中的周转代谢; 氮稳定同位素在肝脏组织中的周转速度明显快于肌肉的, 相应的周转半衰期更短; 各实验组中SPC对大菱鲆生长的贡献均优于玉米蛋白。     

稳定同位素分析在鸟类食性及营养级结构中的应用

稳定同位素分析(stable isotope analysis,SIA)自20世纪70年代末引入鸟类生态学领域以来,在研究鸟类食性和营养级结构方面展现了强大的发展潜力和广泛的应用前景。总结了该技术在鸟类食源组成和营养级结构方面研究的前期准备、实验流程、数据分析和研究进展等,重点阐述了其在鸟类保护与管理方面的应用。鉴于稳定同位素在生物体内存在分馏现象,从鸟类不同组织和部位对营养级富集因子、转化周期、同位素印记的差异,提出了完善该方法的建议和应用前景。     

蜡质标本制作与保存对沉水植物稳定同位素的影响

实验通过模拟传统方法制作和保存蜡质标本, 旨在探究制作和保存的不同阶段对3种沉水植物碳、氮稳定同位素值的影响。结果表明, 制作和保存标本的过程均会对沉水植物的碳、氮稳定同位素值产生影响。植物标本压制的过程显著降低了沉水植物平均碳稳定同位素值, 其中马来眼子菜下降了1.78‰, 穗花狐尾藻下降了0.98‰, 金鱼藻下降了0.72‰。在压制过程中氮稳定同位素值只有金鱼藻显著下降了1.1‰。沉水植物标本制作的浸泡过程使穗花狐尾藻和马来眼子菜的碳稳定同位素值分别出现了1.00‰和0.52‰的上升, 金鱼藻的碳稳定同位素值增长小于0.08‰, 氮稳定同位素值没有显著变化。沉水植物对标本制作和保存的过程响应存在种间差异。在制作和保存过程中对植物碳稳定同位素产生的影响大于氮稳定同位素值。因此建议, 如果所研究对象的稳定同位素生态学差异小于3‰, 蜡质标本的样品需要进行实验校准, 不然会对结果产生影响。     

哈民忙哈遗址人和动物骨骼的C、N稳定同位素分析

哈民忙哈遗址是迄今为止内蒙古乃至东北地区发现面积最大的一处史前聚落遗址,为重建当时的生产和生活情况、文化习俗甚至思想观念等都提供了弥足珍贵的实物资料。其中,重建该遗址先民的食物结构和生业经济,有助于揭示哈民忙哈遗址产生和兴盛的动因及科尔沁沙地史前文化的变迁过程。目前,多学科的研究成果已经初步显示哈民忙哈遗址先民的生业经济具有多样性,但各种生业模式的比重以及是否存在家畜饲养等问题还缺乏相应的了解。本文对该遗址87例人骨与18例动物骨骼进行了C、N稳定同位素分析,还原了人和动物的食物结构及生业经济面貌。结果显示,陆生野生动物的食物结构主要基于C₃植物类食物和少量的C₄农作物,而犬科动物则体现出家养动物的食谱特性：食物主要依赖C₄食物和人类食物残羹。C₄类粟黍农作物和以此饲喂的动物是该遗址先民的主要食物来源,其中粟黍农作物在食物结构中的地位尤其重要。在该遗址中,女性摄入相对较多的粟黍和相对较少的肉类,与男性在食物结构上存在显著差异。农耕、家畜饲养是先民最重要的经济行为,狩猎、渔猎和采集是生业的重要补充。     

长江上游中华沙鳅食性特征的C、N同位素分析

应用C、N稳定同位素技术并结合肠含物分析对我国长江上游特有鱼类中华沙鳅（Sinibotia superciliaris）不同发育阶段食性进行了探究。结果显示:中华沙鳅13C、15N平均值分别为（22.480.85）、（10.090.69）;不同体长段13C（P0.05,F=2.44）、15N（P0.01,F=6.06）值差异显著,暗示了中华沙鳅在生长发育过程中存在食性转变现象;体长80 mm的个体主要摄食水生昆虫和藻类,属杂食偏肉食性鱼类;体长80 mm的个体,其食物以虾类、淡水壳菜和水生昆虫为主,属肉食性鱼类。中华沙鳅营养级位于2.02-2.47,与长江上游多种底栖型鱼类生态位相似;食物竞争可能是导致其摄食强度弱和资源量下降的原因之一。研究结果可为长江上游中华沙鳅野生资源保护提供理论参考。     

基于稳定同位素技术的长湖鱼类营养结构研究

本研究应用碳、氮稳定同位素技术分析了2017年秋季（10月）和2018年春季（3月）湖北省荆州长湖鱼类营养结构特征,构建了δ¹³C和δ¹⁵N稳定同位素双位图,并计算了7个相关的量化指标。结果显示：所采集的16种鱼类,δ¹³C均值范围为（-27.7±0.8）‰~（-24.8±0.1）‰,δ¹⁵N的均值范围为（11.4±0.3）‰~（16.6±0.5）‰。营养生态位分析显示,长湖鱼类以偏肉食性鱼类黄颡鱼的营养级最高（3.28±0.2）,草鱼的营养级最低（1.74±0.1）。稳定同位素的量化指标表明,长湖春季鱼类群落核心生态位空间（standard ellipse area, SEA）、生态位总空间（total area, TA）和基础食物来源（δ¹³C range, CR）均高于秋季,两个季度的营养多样性（centrifugal distance, CD）和鱼类群落的整体密度（mean nearest neighbor distance, MNND）相似,但春季的营养长度（δ¹⁵N range, NR）和鱼类群落营养生态位分布范围（standard deviation of nearest neighbor distance, SDNND）值低于秋季。说明春季长湖的生态位总空间（TA上升）和基础食物来源（CR上升）较为丰富,但因鱼类种类的食性相近,其群落的总食物链降低（NR下降）。该研究可为分析拆围后长湖鱼类群落结构特征积累基础数据,也为长湖的渔业管理策略提供依据。     

不同林型地表甲虫食性及营养级关系：基于碳氮稳定同位素分析

土壤动物联结着生态系统地上与地下部分的物质循环和能量流动,对生态系统的结构、功能及过程起着重要的调控作用。地表甲虫作为典型的大型土壤动物,在食物网中占有重要的位置,因此对不同林型地表甲虫的δ¹³C、δ¹⁵N同位素特征及营养关系研究对了解森林土壤动物的食性特征进而保护森林生物多样性是十分必要的。采集了小兴安岭凉水自然保护区6种不同林型的地表甲虫共10科31种,利用稳定同位素技术测定了甲虫中的δ¹³C、δ¹⁵N含量,并分析不同林型内地表甲虫的δ¹³C、δ¹⁵N值及营养级差异。结果表明6、7月份不同林型地表甲虫的δ¹³C、δ¹⁵N值差异显著(P<0.05),其中δ¹³C值在原始阔叶红松林和次生白桦林显著高于落叶松人工林和阔叶红松择伐林。δ¹⁵N值在阔叶红松择伐林显著高于其他5种林型。不同林型地表甲虫的营养级差异显著(P<0.05),林型内各物种营养级差异不显著(P...     

Stable isotope analysis of the origins of zooplankton carbon in lakes of differing trophic state

Carbon stable isotope analysis was carried out on zooplankton from 24 United Kingdom lakes to examine the hypothesis that zooplankton dependence on allochthonous sources of organic carbon declines with increasing lake trophy. Stable isotope analysis was also carried out on particulate and dissolved organic matter (POM and DOM) and, in 11 of the lakes, of phytoplankton isolates. In 21 of the 24 lakes, the zooplankton were depleted in ¹³C relative to bulk POM, consistent with previous reports. δ¹³C for POM showed relatively little variation between lakes compared to high variation in values for DOM and phytoplankton. δ¹³C values for phytoplankton and POM converged with increasing lake trophy, consistent with the expected greater contribution of autochthonous production to the total organic matter pool in eutrophic lakes. The difference between δ¹³C for zooplankton and that for POM was also greatest in oligotrophic lakes and reduced in mesotrophic lakes, in accordance with the hypothesis that increasing lake trophic state leads to greater dependence of zooplankton on phytoplankton production. However, the difference increased again in hypertrophic lakes, where higher δ¹³C values for POM may have been due to greater inputs of ¹³C-enriched organic matter from the littoral zone. The very wide variation in phytoplankton δ¹³C between lakes of all trophic categories made it difficult to detect robust patterns in the variation in δ¹³C for zooplankton. Received: 2 November 1998 / Accepted: 3 December 1999     

基于稳定同位素技术的三峡库区短颌鲚营养生态位特征研究

为了预测三峡库区外来鱼类短颌鲚（Coilia nasus）在库区的种群发展趋势,评估其对库区水域生态系统的影响,基于碳氮稳定同位素技术,分析了三峡库区腹地,包括长江一级支流草堂河、大宁河,现有短颌鲚及杂食性和肉食性典型鱼类的营养级,在此基础上选择4种与短颌鲚营养级相近（包括太湖新银鱼Neosalanx taihuensis、翘嘴鲌Culter alburnus、鳡Elopichthys bambusa、大眼鳜Siniperca kneri）,及1种食谱存在较大重叠的鱼类（即鳙Aristichthys nobilis）,探讨了其营养生态位特征。结果显示,三峡库区短颌鲚δ¹⁵N值分布范围为12.112‰-14.497‰,营养级为3.762±0.196（Mean±SD）,低于太湖新银鱼,并高于大眼鳜、翘嘴鲌、鳡及鳙;三峡库区短颌鲚δ¹³C值分布范围为-27.236‰- -22.952‰,变幅低于鳙,高于太湖新银鱼、大眼鳜、翘嘴鲌及鳡,δ¹³C值分布频率呈单峰型与太湖新银鱼高度接近,表明短颌鲚在该水域食性广泛,且与太湖新银鱼的摄食偏好趋近。据此推测三峡库区短颌鲚营养级较高的主要原因是短颌鲚在三峡库区食物来源广泛,决定其富集¹⁵N途径可能更丰富。此外,营养生态位分析结果显示三峡库区短颌鲚营养生态位宽幅低于鳡、鳙,高于太湖新银鱼、翘嘴鲌、大眼鳜,据此推测三峡库区短颌鲚对饵料需求的特化程度可能不高,从营养角度对环境的适应性较强;且其与营养级相近鱼类的营养生态位重叠程度较低,存在明显的营养生态位分化,种间竞争不激烈。综上所述,从目前三峡库区现有短颌鲚营养生态位特征来看,其种群规模仍有进一步扩大的可能。上述研究结果可为全面了解三峡库区外来鱼类的适应对策提供研究思路和基础数据。     

龙感湖沉积物碳、氮同位素记录的环境演化

通过对龙感湖沉积物样品中δ13Corg、δ15N、有机碳与总氮比值(C/N)、总有机碳(TOC)和总氮(TN)含量的测定,分析了自1948年以来龙感湖沉积物有机质的来源,探讨了湖泊生产力变化以及随后的沉积演化过程.结果表明:在这个沉积历史阶段中,湖泊沉积物有机质以自生有机物源为主,大型水草发育,伴有低等藻类参与,湖泊沉积物受陆源输入影响较小,基本不受城市污染物的输入影响,但受流域农业化肥大量使用的影响较大;随着营养物质的输入,湖泊的初级生产力逐渐增大,藻类开始发育;在沉积历史上L2点附近低等藻类相对发育早,但L1点沉积物相对能够固定更多的营养盐.     

预处理及保存方法对浮游动物碳、氮稳定同位素比值的影响

研究了不同预处理及保存方法对浮游动物碳、氮稳定同位素比值的影响.结果表明:未清养的舌状叶镖水蚤PhyHodiaptomus tunguidus与清养3h的相比δ¹³C和δ¹⁵N的差异均不显著,但肠道内含物造成了重复样品间的较大偏差;去除脂肪后的舌状叶镖水蚤δ¹³C和δ¹⁵N均显著升高;经甲醇保存后,舌状叶镖水蚤和奥氏秀体溞Diaphanosoma orghidani transamurensis的δ¹³C均有所升高,但不显著;经乙醇保存后,舌状叶镖水蚤δ¹³C显著升高,而奥氏秀体溞的δ¹³C也有所升高但不显著;经过甲醛保存后,舌状叶镖水蚤和奥氏秀体溞的δ¹³C降低,但不显著;冰冻保存使奥氏秀体溞的δ¹³C显著降低,而使舌状叶镖水蚤的δ¹³C也有所降低但不显著.四种保存方法对舌状叶镖水蚤和奥氏秀体溞的δ¹⁵N都没有显著影响.在进行不同研究间的比较时,必须考虑样品保存与处理方法造成的差异.同时,食物网结构的稳定同位素研究有待建立统一的样品保存与处理方法.     

Carbon, nitrogen, and sulfur isotope changes and hydro-geological processes in a saline lake chain

The ionic concentrations,conductivity and pH of water in the Lake Chany complex in West Siberian Russia change from the mouth to the interior of the lake. This difference is indicative of marked evaporation of lake water from the closed water body system in the dry climate of Western Siberia. The carbon isotope composition of particulate organic matter (POM, composed mainly of phytoplankton) clearly changes, along with the pH of the water, reflecting the concentration of dissolved CO₂. Carbon and nitrogen isotope signatures of Chironomus plumosus larvae, a benthic invertebrate that may feed on bulk lake sediment, systematically increase, along with those of POM and sediment organic matter (SOM), through the lake chain. Both sulfate-sulfur and nitrogen isotope compositions of the POM and SOM increase with distance from the estuary into the Lake Chany complex. Heavier sulfur and nitrogen isotope recycling from the sediment, caused by microbial sulfate reduction and denitrification, respectively, may have led to the increased sulfate-sulfur and nitrogen isotope compositions of the POM and SOM.     

Tracing prey origins,proportions and feeding periods for predatory beetles from agricultural systems using carbon and nitrogen stable isotope analyses

Predatory beetles are an important component of the natural enemy complex that preys on insect pests such as aphids within agroecosystems. Tracing diet origins and movement of natural enemies aids understanding their role in the food web and informs strategies for their effective conservation. Field sampling and laboratory experiments were carried out to examine the changes of carbon and nitrogen stable isotope ratios (δ¹³C and δ¹⁵N) among crops (cotton and maize), pests (cotton and maize aphids), and between wing and abdomen of predatory beetles, Propylea japonica, and to test the hypothesis that prey origins, proportions and feeding periods of the predatory beetles can be deduced by this stable isotope analysis. Results showed that the δ¹³C values both in wing and abdomen of adult P. japonica were changing from a C₃- to a C₄-based diet of aphids reared on maize or cotton, respectively; the isotope ratio of their new C₄ substrates were detectable within 7 days and the δ¹⁵N values began to reflect their new C₄ substrates within 3 days. The relationship between δ¹³C and δ¹⁵N values of P. japonica adults in wing or abdomen and diets of aphids from a C₃-based resource transitioning to a C₄-based resource were described best in linear or quadratic equations. Results suggest that integrative analysis of δ¹³C and δ¹⁵N values can be regarded as a useful method for quantifying to trace prey origins, proportions of diets and feeding periods of natural enemies. The results can provide quantifying techniques for habitat management of natural enemies.     

氨基糖单体碳氮同位素的分析及其应用

氨基糖(AS)作为有机质中在分子水平识别的重要组分,研究其来源与转化能更好地认知微生物对有机质的调控作用。作为一种新兴技术,氨基糖单体同位素分析(CSIA-AS)为研究氨基糖各组分在自然环境中的变化特征提供了更详细的信息。本文系统总结了CSIA-AS技术的测定方法及其在氨基糖循环转化研究中的应用,气相色谱-同位素比值质谱法(GC-IRMS)和离子色谱-同位素比值质谱法(IC-IRMS)作为2种主要的氨基糖同位素测定方法,各有利弊,但进行相应的校正后均可实现可靠的测定结果。氨基糖各组分在土壤有机质中具有相对较低的周转时间,细菌来源的胞壁酸相对葡萄糖胺、半乳糖胺和甘露糖胺具有更高的矿化速率。氨基糖在环境中的来源和代谢转化受底物的影响,这与微生物群落对不同碳、氮源的特异性响应有关。CSIA-AS技术的推广需要进一步的方法优化并将其与微生物甄别等其他手段相结合,以此来更好地阐释有机质的来源、转化和归宿及其调控机制。