利用稳定同位素技术分析乌梁素海鱼类放养区和现存水草区碳源及利用率

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乌梁素海富营养化造成的水草疯长致使湖泊沼泽化进程加剧,严重威胁其生态功能和价值的实现,放养鱼类通过摄食和转化水草,加速物质循环和能量转化,起到了延缓沼泽化进程的作用,但其作用途径和利用率尚不清楚。本研究应用碳氮稳定同位素技术对乌梁素海鱼类放养区和现存水草区碳源利用率和转化途径进行比较分析,以此探究放养鱼类对乌梁素海湖泊生态系统物质循环和能量流动的影响,为乌梁素海沼泽化生态治理提供参考。主要结果如下:1.水草区5种潜在的基础食物源(浮游植物、颗粒有机物、碎屑、水草和芦苇)δ13C和δ15N值均存在显著差异(Kruskal-Wallis分析,P<0.01)。5种基础食物源δ13C平均值变化范围为-32.67‰-17.39‰,δ15N平均值变化范围为7.22‰15.66‰;水草区消费者的δ13C平均值变化范围为-32.50‰-23.54‰,δ15N平均值变化范围为11.06‰17.80‰。放养区4种潜在的基础食物源(浮游植物、颗粒有机物、碎屑和芦苇)δ13C和δ15N值同样存在显著差异(Kruskal-Wallis分析,P<0.001)。因受外源营养物质输入影响更小,相较于水草区,放养区4种基础食物源δ13C更富集,平均值变化范围为-30.12‰-16.90‰,δ15N更低,平均值变化范围为7.11‰12.43‰;消费者的δ13C平均值变化范围为-29.58‰-20.28‰,消费者的δ15N值更低,平均值变化范围为9.11‰13.74‰。所有被分析的组分表现为在鱼类放养区δ13C值更富集,而现存水草区δ15N值更高。2.用碎屑的δ15N作为基线计算营养级,发现水草区鱼类的营养级(2.304.11)比放养区鱼类的营养级(1.603.24)高,对应的食物链因水草区(TLmax=4.11)分布有乌鳢和兰州鲇这两种顶级肉食性鱼类,比放养区(TLmax=3.24)的长。在两个区域共有的5种鱼类:大鳍鱊、麦穗鱼、鲫、棒花鱼和黄黝鱼,在水草区的营养级分别为3.21、3.37、3.44、3.42和3.66,而在放养区分别为1.69、2.50、2.20、2.68和2.95,明显比水草区的低,可能与放养区鱼类密度高,种间食物竞争强,为获得足够的食物,只能更多摄食营养级相对较低的食物源(碎屑和芦苇等)有关,导致鱼类放养区的鱼类营养级更低。3.现存水草区和鱼类放养区的碳源格局和贡献率有明显差异。SIAR模型计算表明,现存水草区的5种碳源对水生动物的贡献差异较大,以浮游植物最为重要,贡献率均值为29.9%,其次为POM,贡献率均值24.3%,两者之和达54.2%,芦苇、水草(蓖齿眼子菜、穗花狐尾藻)、碎屑的贡献率均值分别为17.1%、15.6%、13.1%,水草和碎屑的贡献率低,两者之和不到30%;鱼类放养区的4种碳源对消费者的重要性较为均衡,但相对而言,POM最为重要,贡献率均值达27.7%,然后依次是芦苇、碎屑、浮游植物,贡献率均值分别为26.1%、23.5%和22.7%,与水草区相比,芦苇和碎屑的贡献率明显上升,两者之和由水草区的30.2%提高到近50%。4.分别构建水草区和放养区的食物网模型,以更系统地分析两个区域食物网能量流动的过程及不同类型食源的贡献。浮游植物和POM共同构成了水草区食物网的能量基础,它们是水草区消费者最重要的有机碳源;从能量流动途径来看,水草区存在两种主要的碳流途径:(1)牧食食物链:浮游植物/POM→浮游动物/摇蚊属→甲壳类(日本沼虾、钩虾属)/小型杂食性鱼类(鲫、棒花鱼、麦穗鱼、大鳞副泥鳅、硬刺高原鳅和大鳍鱊)→大型肉食性鱼类(乌鳢、兰州鲇),(2)碎屑食物链:碎屑/C3植物→耳萝卜螺/甲壳类/小型杂食性鱼类→大型肉食性鱼类,其中牧食食物链是现存水草区食物网的主要能流途径。4种碳源共同构成了鱼类放养区食物网的能量基础,其中,POM是消费者最重要的有机碳源;从能流途径来看,鱼类放养区存在两种主要的碳流途径:(1)牧食食物链:浮游植物/POM→浮游动物/日本沼虾/摇蚊属→鲢、鳙/小型杂食性鱼类(鲫、棒花鱼、麦穗鱼、?、东方高原鳅、黄黝鱼)(2)碎屑食物链:碎屑/芦苇→植食性鱼类(草鱼、大鳍鱊、鲤)/中华绒螯蟹/日本沼虾/鲢、鳙。其中碎屑食物链是鱼类放养区食物网的主要能流途径。本研究结果表明,放养鱼类和河蟹等水生动物明显改变了乌梁素海的碳源、转化途径和利用效率,促进了水体生态系统的物质循环和能量流动,对控制乌梁素海的沼泽化进程起到了积极的作用,但放养鱼类和河蟹等水生动物对乌梁素海生态系统其他方面的影响也需开展研究,以更全面地了解放养鱼类的生态影响,使生态治理真正达到既延缓乌梁素海的沼泽化进程,又促进湖泊生态系统健康的目的。
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