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(王晨)论文解读:利用稳定同位素和鱼类肠道分析富营养化湖泊的食物网结构

鲲鹏水郡2018-09-02 17:40:20

利用稳定同位素和鱼类肠道分析富营养化湖泊的食物网结构 

一、试验方法

1、实验地点

惠州西湖(23°06'24''23°04'43''N114°22'46''114°24'01''E)是位于中国广东省惠州的一个浅水热带富营养化湖泊。该湖面积为160公顷,平均深度为1.5米。该湖被堤坝分成好几个小湖。从20世纪60年代到20世纪80年代,该湖泊由于废水的排入,导致富营养化,使得湖泊内物种种类发生了质的变化。为了恢复湖泊生态系统,我们选择了其中两个地区进行实验,一是恢复型的以大型水生植物为主的湖泊(MDB);另一个是未恢复型以浮游植物为主的湖泊(PDB)。


2、样品采集

使用Secchi透明度盘测量透明度,每个湖泊都在湖面以下0.5米处采集水样。将大约2.5L的水储存在冷却箱中并运送到实验室,根据中国标准湖泊富营养化调查方法进行分析。

叶绿素a:取20ml水样通过醋酸纤维素过滤器过滤并将得到的样品经过90%丙酮,之后通过分光光度法测定浓度。

总氮总磷:将水样用过硫酸盐消化,通过分光光度法测定湖水样品中的TP和TN浓度。

总悬浮固体(TSS):取1升湖水通过预先称重和预燃烧的GF/C过滤器(Whatman,标称孔径1.2μm)过滤,随后在105℃下干燥24小时。使用面积为0.06m2的定量铁钳从每个池塘的12个随机选择的位置收集沉水植物。随后分选收集的沉水植物,在105℃下干燥24小时,并称重以测定生物量。

背部肌肉获取:使用20米长和1.2米高刺网捕获鱼。每种鱼选取6-18条进行解剖,取背部肌肉,在60℃下烘干48小时,然后研磨成粉末。

采集底泥:将样品在60℃下干燥48小时,并磨成细粉末。在分析之前,对碳的沉积物进行酸化,漂洗和研磨。

采集底栖动物:将底泥通过150μm筛网筛分,从沉积物样品中收集底栖大型无脊椎动物。将大型无脊椎动物样本分类,并转移到实验室清洁的水中,让它们肠道排空。

在MDB中采集贻贝,在岸边采集蜗牛,在PDB岸边采集蜗牛,其湖里没有软体动物。所有样品在60℃下干燥48小时,并使用研钵和研杵研磨成细粉。

取2L湖水通过预燃烧的GF/F过滤器,随后将样品冷冻干燥。将大型植物样品分选物种,用蒸馏水漂洗,并在60℃下干燥48小时。手动除去非着生颗粒,然后将着生样品通过100μm目的筛子过滤,随后过滤到预燃的GF/F过滤器上,将其在60℃下干燥48小时。将浮游动物转移到水中2小时清空内脏。然后分类,转移到锡箔纸中,随后将其冷冻干燥。将样品放入含有硅胶干燥剂的干燥器中。

3、稳定同位素分析:

δX(‰)=([R样品/R标准]-1)*103

式中,X表示待测样品稳定同位素比值(如13C15N),R表示重同位素与轻同位素的比值(如13C/12C15N/14N)。

4、鲫鱼内脏分析

将大小不同的鲫鱼保存到10%福尔马林中,切下前肠(3cm),使用尼康倒置显微镜(日本)计数肠道内浮游动物数量,分辨种类。使用长度-重量关系转换成湿重。通过使用吸水纸除去水分后称重来测定消化道内容物的总湿重。

5、膳食组成分析

本实验规定13C的分馏系数为1‰±0.4‰,15N的分馏系数为3.4‰±1‰。运用稳定同位素混合模型的贝叶斯分析。

MDB中的基础生产碳源:水生植物、附着藻类、悬浮有机物(POM)。

PDB中的基础生产碳源:附着藻类、悬浮有机物(POM)。

用MixSIR确定似然分布,绘制每个基础C源对混合物的后验比例贡献的直方图。

6、统计系统分析

采用夏皮罗检验确定2010~2011年间基础C源、无脊椎动物和鱼类的δ13C和δ15N(±SD)的年平均正态分布。通过多重比较分析湖泊的季节变化。用线性回归法研究了鱼体大小与稳定碳、氮特征的关系。应用spss19.0进行分析。

7、实验结果

(1)食物网结构分析

PDB:以浮游生物为主的池塘

MDB:以大型植物为主的池塘

TP:总磷

TN:总氮

TSS:总悬浮固体量

SIA:稳定同位素分析

SOM:沉积物有机质

TA:营养多样性的总体程度

CD:生态位宽度和物种间距

NR:消费者N

CR:消费者C值,生态位多样性

MNND:平均最近邻距离,营养冗余

SNND:标准偏差

SDNND:最近邻距离的标准差,代表营养生态位的分布。

稳定同位素比二维图显示,在PDB中,消费者和大型藻类、着生藻类、固体悬浮物的13C比率基本相同。田螺和水蛭的13C含量与着生藻类相似。鱼类和无脊椎动物13CPDBMDB高,表明在PDB中鱼类的摄食范围较窄。从TA值可以看出两个池塘的营养多样性的总体程度相似。从CD值中看出两个池塘有相似的生态位宽度及物种间距。MDB15N的值比PDB的低。MNNDSDNND的值,MDB高于PDB表明MDB的生态位营养重叠程度较低,物种堆积不均匀。

8、基础食物及消费者的13C15N

13CMDB组显著高于PDB,在MDB中,沉水植物比颗粒有机物的13C高,MDBPDB消费者的13C的比值高。基础食物资源和消费者的15N的值MDBPDB低,表明MDB中低基线的氮同位素比值。在PDB中,除了POM和环节动物外,基本食物资源、无脊椎动物和鱼类没有明显的季节变化。

9、鱼类的C

混合模型的结果表明,在MDB中,大型植物和固着藻类对鱼类的饮食贡献很大一部分,POM的贡献率为3%~27%,固着藻类对鱼类的贡献度为21%~80%,而沉水植物贡献为3%~53%SOM的贡献为5%~33%。在PDB中主要的贡献种类是POM46%~79%

10、鲫鱼的食性

肠道内容物分析表明,在MDB中,鲫鱼的主要食物为大型植物和周生植物,也包括一些浮游动物。在PDB中,鲫鱼的主要食物为碎屑。

11、结论:

(1)在浮游植物为主的湖泊中,消费者的碳源主要来自POM,而在大型植物为主的湖泊中,主要来源于大型植物。

(2)对于恢复过程中的湖泊,应定期清理鱼类,保持生态平衡。

 


论文解读:王晨

编辑:小丸子