基于穩(wěn)定同位素技術(shù)的長(zhǎng)江中游干流生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)及能量來源研究.pdf

1、長(zhǎng)江中游干流魚類資源豐富，是產(chǎn)漂流性卵魚類的主要棲息和繁殖場(chǎng)所，以江湖洄游性魚類(青魚Mylopharyngodon piceus、草魚Ctenopharyngodon idellus、鰱Hypophthalmichthys molitrix和鳙Aristichthys nobilis)和定居性魚類（鯉Cyprinuscarpio、鯽Carassius auratus等）為主。長(zhǎng)江中游干流生態(tài)系統(tǒng)受到三峽大壩和葛洲壩建設(shè)、酷漁濫捕、江湖

2、阻隔和水體污染等多重因素的疊加影響，漁業(yè)資源持續(xù)衰退，水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能趨于衰弱，本文通過在長(zhǎng)江中游干流宜昌至湖口江段2011和2013～2014年所采集魚類和食物網(wǎng)中其它生物樣品，利用δ13C、δ15N穩(wěn)定性同位素技術(shù)，研究了長(zhǎng)江中游干流江段水生態(tài)系統(tǒng)中主要魚類營(yíng)養(yǎng)級(jí)、食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)及能量來源、懸浮顆粒有機(jī)物(POM)δ13C、δ15N穩(wěn)定性同位素特征和鰭條替代白色肌肉在青魚、鰱穩(wěn)定性同位素研究中的有效性，探討了長(zhǎng)江中游干流生態(tài)系統(tǒng)魚類食

3、物網(wǎng)及能量來源及其潛在影響，研究將有利于了解目前長(zhǎng)江中游干流漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)狀況、漁業(yè)資源變化及其趨勢(shì)，能為漁業(yè)資源的可持續(xù)利用及其生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)方面提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。主要研究結(jié)果如下:
　　1.應(yīng)用穩(wěn)定性同位素技術(shù)(δ13C、δ15N)對(duì)2011年3月、9月，2013年7月、9月和12月采自長(zhǎng)江中游干流宜昌、荊州、石首、監(jiān)利、城陵磯、鄂州、九江和湖口江段的44種魚類和3種水生無脊椎動(dòng)物進(jìn)行了營(yíng)養(yǎng)級(jí)研究。結(jié)果顯示，長(zhǎng)江中游干

4、流魚類的δ13C值范圍為-33.83‰（鳙）～-17.36‰（南方鯰Silurusmeridionalis），δ15N值范圍為4.83‰（泥鰍Misgurnus anguillicaudatus）～15.13‰（翹嘴鲌Culter alburnus）。以梨形環(huán)棱螺（Bellamya purificata）的δ15N均值5.48‰作為營(yíng)養(yǎng)級(jí)基準(zhǔn)線（營(yíng)養(yǎng)級(jí)=2），計(jì)算出該江段水生動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)級(jí)處于2.42～4.88，主要集中在2.83～3.6

5、1之間，魚類平均營(yíng)養(yǎng)級(jí)為3.28，營(yíng)養(yǎng)級(jí)大于2.83的魚類種類數(shù)量占了總生物種數(shù)的80.85％，其食性競(jìng)爭(zhēng)壓力較大，生態(tài)位重疊。大刺鰍(Mastacembelus armatus)和鳊(Parabramis pekinensis)營(yíng)養(yǎng)級(jí)最低，分別為2.42±0.49和2.56±0.52，營(yíng)養(yǎng)層級(jí)大于4.0的高級(jí)消費(fèi)者為太湖新銀魚(Neosalanx taihuensis)、短頜鱭(Coilia brachygnathus)、鳙和長(zhǎng)蛇鮈(

6、Saurogobio dumerili)，分別為4.88±0.01、4.37±0.27、4.32±0.35和4.09±0.78，小黃黝魚(Micropercops swinhonis)、鱤(Elopichthys bambusa)、鱖(Siniperca chuatsi)、翹嘴鲌、青魚和南方鯰的營(yíng)養(yǎng)級(jí)分別3.99、3.92±0.16、3.89±0.27、3.87±0.62、3.59±0.69和3.59±0.57。
　　2.對(duì)201

7、1年3月、9月，2013年7月、9月、12月和2014年3月采自長(zhǎng)江中游干流宜昌、荊州、城陵磯、鄂州和湖口江段魚類、POM、底棲動(dòng)物和水生植物等應(yīng)用碳氮穩(wěn)定性同位素技術(shù)構(gòu)建了這5個(gè)江段水生態(tài)系統(tǒng)在豐水期和枯水期食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)。宜昌江段豐水期處于食物網(wǎng)頂端的魚類主要為銅魚（Coreiusheterokon）、翹嘴鲌和鳙，魚類營(yíng)養(yǎng)級(jí)可分為3個(gè)層次，鯉、鳊和赤眼鱒等魚類在魚類食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)中所處位置較低;在枯水期鳙和鱖的營(yíng)養(yǎng)位置最高，鳊和鯉仍處于較低

8、營(yíng)養(yǎng)級(jí)位置。荊州江段豐水期處于高營(yíng)養(yǎng)級(jí)位置的魚類為太湖新銀魚、短頜鱭、黃尾鲴(Xenocypris davidi)、烏鱧(Channa argus)和鱖，主要魚類營(yíng)養(yǎng)層級(jí)有3個(gè)，中間層級(jí)魚類食性競(jìng)爭(zhēng)壓力較大，在枯水期，短頜鱭、鳙、小黃黝魚、麥穗魚(Pseudorasbora parva)、圓尾斗魚(Macropodus ocellatus)和翹嘴鲌?zhí)幱谑澄锞W(wǎng)高營(yíng)養(yǎng)級(jí)位置。城陵磯江段豐水期食物網(wǎng)營(yíng)養(yǎng)層級(jí)有4個(gè)，鱖、短頜鱭、南方鲇、鱤和翹嘴

9、鲌?zhí)幱隰~類食物網(wǎng)高營(yíng)養(yǎng)級(jí)位置，在枯水期，處于食物網(wǎng)較高營(yíng)養(yǎng)層級(jí)的魚類為短頜鱭、鱤和南方鲇。鄂州江段在豐水期魚類食物網(wǎng)中，翹嘴鲌、南方鲇、青魚、鰱和鱖營(yíng)養(yǎng)層級(jí)最高，鳙、草魚和鳊營(yíng)養(yǎng)級(jí)位置較低;在枯水期，食物網(wǎng)中營(yíng)養(yǎng)級(jí)位置較高的為南方鲇、鰱、烏鱧和青魚，(餐)(Hemicculter leuciclus)、草魚、鳊營(yíng)養(yǎng)位置較低。湖口江段豐水期魚類食物網(wǎng)可分為4個(gè)層級(jí)，翹嘴鲌、短頜鱭、長(zhǎng)蛇鮈、南方鲇、鱖和青魚處于較高營(yíng)養(yǎng)層級(jí)，鰱、鳊、草魚和(

10、餐)處于較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)位置;在枯水期，翹嘴鲌、花(鳙)(Hemibarbus maculatus)和唇(鳙)(Hemibarbus labeo)營(yíng)養(yǎng)級(jí)位置較高，鰱、草魚、鳙和(餐)在食物網(wǎng)中處于較低營(yíng)養(yǎng)層級(jí)。在長(zhǎng)江中游江水流向梯度上，長(zhǎng)江中游干流宜昌至湖口江段主要魚類的δ13C值隨江水流向有總體降低趨勢(shì)，魚類的δ15N值變化不大。
　　3.結(jié)合IsoSource模型，利用穩(wěn)定性同位素技術(shù)研究和探討了三峽大壩建成蓄水后長(zhǎng)江中游干流宜昌至

11、湖口江段9種主要經(jīng)濟(jì)魚類(草魚、鰱、鯉、鳊、南方鲇、鱖、鯽、黃顙魚(Pelteobagrus fulvidraco)和翹嘴鲌）的能量來源及其所受影響。草魚、鰱和鯉等9種主要經(jīng)濟(jì)魚類的δ13C、δ15N值范圍分別為-29.25±3.22（鰱）～-24.26±2.8（鳊）、8.42±1.9（鯉）～11.67±0.9（鱖）。魚類的C/N比值范圍處于3.26±0.12（鰱）～4.23±0.9（黃顙魚），除鯽和黃顙魚外，其余7種主要經(jīng)濟(jì)魚類的C/

12、N比值都較為接近。通過IsoSources模型計(jì)算了長(zhǎng)江中游干流江段4種潛在碳源(懸浮顆粒有機(jī)物(POM)、固著藻類、C3植物和C4植物）對(duì)這9種主要經(jīng)濟(jì)魚類能量貢獻(xiàn)的頻率，發(fā)現(xiàn)其能量來源以POM和C3植物為主。
　　4.為了解三峽水庫蓄水后長(zhǎng)江中游干流江段魚類食物網(wǎng)主要能源之一的POM時(shí)空變化特征及組成來源，于2013年7月至2014年3月，對(duì)長(zhǎng)江中游干流宜昌、石首、城陵磯、鄂州和九江江段懸浮顆粒有機(jī)物的碳穩(wěn)定性同位素(δ13C

13、POM)和氮穩(wěn)定性同位素(δ15NPOM)進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，長(zhǎng)江中游干流江段δ13CPOM值變化介于-25.21‰～-19.12‰，δ15NPOM值變化介于2.58‰～8.78‰，C/N平均值變化介于6.99～15.5，13CPOM在7月份最高，在3月和12月較低，這可能主要與7月份洪汛期降雨導(dǎo)致大量外源有機(jī)物流入而引起的POM組成變化有關(guān)。通過方差分析發(fā)現(xiàn)δ13CPOM在3月和12月沒有顯著性差異，其余月份間均存在顯著性差異(p＜

14、0.001)，各采樣點(diǎn)之間沒有顯著性差異。δ15NPOM在7月和9月有顯著性差異(p＜0.001)，其余月份間均不存在顯著性差異，各采樣點(diǎn)之間城陵磯和九江江段有顯著性差異(p＜0.001)，其余各采樣點(diǎn)之間沒有顯著性差異。運(yùn)用二元混合模型計(jì)算結(jié)果顯示，長(zhǎng)江中游干流江段POM組成以陸源有機(jī)質(zhì)為主，平均貢獻(xiàn)率為72.8％并存在明顯的季節(jié)性變化，陸源有機(jī)質(zhì)所占的比例在7月洪汛期高(81％～92％)，3月和12月枯水期低(20％～53％)，同長(zhǎng)

15、江徑流量關(guān)系較為密切。三峽水庫和長(zhǎng)江上游眾多水庫群的蓄水及削減洪峰的調(diào)度方式、長(zhǎng)江中游干流江段大規(guī)模的河道護(hù)坡活動(dòng)，導(dǎo)致河源物質(zhì)、洪泛區(qū)域物質(zhì)和濱岸帶植被等外源性碳源輸入受到較大影響，長(zhǎng)江中游干流江段可能會(huì)逐漸失去作為大型洪泛河流生態(tài)系統(tǒng)典型的能量循環(huán)和流動(dòng)模式。
　　5.穩(wěn)定性同位素分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于水生態(tài)系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)關(guān)系和能量流動(dòng)研究，在魚類方面，通常是將其處死后取背部白色肌肉用于樣品分析，因此使用非致命性采樣替代其肌肉組織用

16、于同位素分析研究正愈發(fā)受到關(guān)注和嘗試。目前國(guó)內(nèi)還未見使用魚類鰭條替代肌肉用于相關(guān)研究的報(bào)道。本研究比較了青魚、鰱鰭條與肌肉組織中δ13C和δ15N比值，青魚的鰭條δ13C比值比肌肉平均高0.44‰，δ15N比值比肌肉平均高0.09‰。鰱的鰭條δ13C比值比肌肉平均高0.22‰，δ15N比值比肌肉平均高0.66‰。對(duì)青魚、鰱的鰭條與肌肉組織δ13C和δ15N比值構(gòu)建線性模型發(fā)現(xiàn)，青魚、鰱的鰭條與肌肉組織δ13C和δ15N比值存在顯著性相關(guān)