长江口盐沼湿地食物网的初步研究：稳定同位素分析

摘要

盐沼湿地是初级生产力较高、物种较为丰富、食物网结构和碳流途径十分复杂、并具有重要生态功能的特殊生态系统类型之一。许多研究结果表明，盐沼湿地初级生产不仅支持着盐沼湿地内部的食物网，而且对河口及滨海次级生产起着重要的营养支持作用。然而，对于哪类初级生产(藻类和维管植物)是盐沼湿地食物网的能量基础、以及盐沼湿地对河口及滨海渔业生产的支持程度，仍然没有一致的结论。长江口具有丰富的盐沼湿地资源，但很少有研究关注这些湿地初级生产对河口次级生产的营养支持作用。另外，外来种互花米草(Spartina alterniflora)正在快速入侵长江口盐沼湿地，这种C4维管植物入侵将对盐沼湿地食物网及其营养功能会产生什么样的影响也是一个值得探讨的问题。 为了对长江口盐沼湿地的保护与管理提出科学的决策依据，本研究运用稳定同位素方法分析了长江口盐沼湿地(崇明东滩和九段沙)主要优势大型无脊椎动物和游泳动物的食源，评估了盐沼湿地初级生产对河口重要经济游泳动物的能量贡献、揭示了互花米草入侵对盐沼湿地大型无脊椎动物食源的影响、估算了动物消费者的营养级和构建了长江口盐沼湿地的简化食物网模型。主要结果如下： 1.外来入侵C4植物互花米草具有最高的稳定C同位素比值(-12.64±0.04‰)，2种土著C3植物芦苇(-27.12±0.19‰)和海三棱蔗草(-27.73±0.35‰)有最低的δ13C值。微型藻类(底栖微藻：-20.02±0.07‰；浮游植物：-22.80±0.28‰)的δ13C值介于C3植物和C4植物之间。 2.维管植物和微型藻类(包括底栖微藻和浮游植物)是4种优势游泳动物(鮻、斑尾刺虾虎鱼、中国花鲈和脊尾白虾)的重要食源。对于鮻和斑尾刺虾虎鱼，盐沼维管植物比微型藻类贡献了更大比例的有机碳，并且入侵C4植物互花米草对这2种经济鱼类的食源贡献率超过50％，显著高于土著C3植物的贡献。 3.5种优势大型无脊椎动物(菲拟沼螺，中华拟蟹守螺，无齿相手蟹，天津厚蟹和红螯相手蟹)的δ13C值在土著植物(芦苇与海三棱藨草)群落和入侵植物(互花米草)群落间具有显著性差异(P<0.05)。在入侵植物群落中，这5种消费者主要同化互花米草和底栖微藻的混合有机碳源。而在土著植物群落中，微型藻类(主要是底栖微藻)是这5种大型无脊椎动物的主要食源。互花米草入侵长江口盐沼湿地改变了这些优势大型无脊椎动物的食源构成，并可能由此改变长江口盐沼湿地食物网的能量基础，即由入侵前以藻类为主转变以互花米草碎屑和藻类的混合有机碳为主。 4.长江口盐沼湿地食物网具有3个营养级(TL)，18种无脊椎动物和4种鱼类为初级消费者(TL2)，营养级介于2.0～2.7之间，平均营养级为2.4。2种大型无脊椎动物和7种鱼类为次级消费者(TL3)，营养级介于3.0～3.9之间，平均营养级为3.4。此外，鮻、中国花鲈、四指马鲅和窄体舌鳎等鱼类的平均营养级均随个体生长而增加，表明在生活史过程中，这些鱼类发生了食性的转变。 5.底栖微藻和互花米草碎屑是盐沼植被区沉积物取食者(螺类和蟹类)的主要食源。在光滩和潮沟中大多数双壳类软体动物和游泳蟹类的主要食源是微型藻类，但互花米草也为一些双壳类和蟹类消费者提供了食源。不同游泳动物种类对盐沼湿地初级生产的依赖程度明显不同。 6.本研究构建了长江口盐沼湿地营养结构图谱和简化食物网模型。31种动物消费者可以划分3个营养层次，17种动物为碎屑/藻食性(TL<2.6)，7种动物为杂食性(2.6≤TL≤3.0)，7种动物为肉食性(TL>3.0)。 长江口盐沼湿地食物网存在两条主要的碳流途径： (1)碎屑食物链：C4植物碎屑/底栖微藻→碎屑食性/杂食性动物(多毛类、小型蟹类、鮻和脊尾白虾等)→肉食性动物(中国花鲈、斑尾刺虾虎鱼和窄体舌鳎等)； (2)牧食食物链：浮游植物/底栖微藻→双壳类软体动物/浮游动物→食浮游动物鱼类/肉食性鱼类。其中，碎屑食物链是长江口盐沼湿地食物网的主要能流途径，而互花米草和底栖微藻是长江口盐沼湿地食物网的能量基础。

目录

声明

摘要

第一章盐沼湿地食物网研究：文献综述

1盐沼湿地概述

1.1盐沼湿地的定义及特点

1.2盐沼湿地生态学的研究进展

2盐沼湿地食物网的基本理论

2.1碎屑假说(Detrital hypothesis)

2.2输出假说(Outwelling hypothesis)

3盐沼湿地食物网的主要生物组分

3.1初级生产者及其营养价值

3.2动物消费者及其取食模式

4稳定同位素方法在盐沼湿地食物网研究中的应用

4.1应用原理

4.2稳定同位素数据的解释

4.3研究进展

5本研究的目的、意义与拟解决的科学问题

第二章长江口盐沼湿地对重要经济游泳动物的能量贡献

1前言

2材料与方法

2.1研究地点

2.2样品采集与前处理

2.3稳定同位素测定

2.4数据统计与混合模型

3结果

3.1初级生产者的稳定同位素比值

3.2游泳动物的稳定同位素比值

3.3各种食源对游泳动物的相对贡献

4讨论

4.1初级生产者的稳定同位素比值

4.2盐沼维管植物和微型藻类的相对贡献

4.3入侵C4植物和土著C3植物的相对贡献

第三章互花米草入侵对长江口盐沼湿地大型无脊椎动物食源的影响

1前言

2材料与方法

2.1研究地点

2.2样品采集与前处理

2.3稳定同位素比值的测定

2.4数据统计分析

3结果

3.1大型无脊椎动物的稳定同位素比值

3.2大型无脊椎动物的食源

4讨论

4.1维管植物和藻类生产对大型无脊椎动物的重要性

4.2互花米草入侵对盐沼湿地食物网能量基础的影响

第四章长江口盐沼湿地消费者的营养级研究

1前言

2研究方法

2.1研究地点

2.2样品采集与前处理

2.3稳定同位素测定

2.4胃含物分析

2.5营养级估算

3结果

3.1营养富集因子(TEF)的估算

3.2长江口盐沼湿地消费者的营养级

3.3营养级随个体大小的变化

4讨论

4.1动物-食物之间N同位素的富集

4.2消费者的营养级

4.3动物生长过程中食性的转变

第五章长江口盐沼湿地的简化食物网模型

1前言

2材料和方法

2.1研究地点

2.2样品采集与前处理

2.3稳定同位素测定

2.4混合模型

3结果

3.1消费者的稳定同位素比值

3.2不同动物类群的食源分析

3.3长江口盐沼湿地的简化食物网模型

4讨论

4.1不同动物类群的食源

4.2长江口盐沼湿地食物网的特点

第六章结论与展望

1主要结论

2需要进一步研究的问题

3展望

参考文献

附件

致谢