基于碳、氮稳定同位素技术的东太湖水生食物网结构

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太湖不同湖湾中铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)的氮稳定同位素特征

太湖不同湖湾中铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)的氮稳定同位素特征何虎;于谨磊;章铭;刘正文;李宽意【摘要】进入湖泊中不同氮源氮稳定同位素值(δ15N)的差异和生物对氮稳定同位素的记忆作用,可以反映流域人类活动输入的污染物对生态系统的影响程度.本文调查了太湖4个湖湾(梅梁湾、贡湖湾、竺山湾和东太湖)中铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)的δ15N值,结果表明环棱螺δ15N值的变幅为6.9‰ ～18.1‰,平均值为11.2‰,不同湖湾中环棱螺δ15N值差异极显著,从高到低依次为梅梁湾(17.7‰)、贡湖湾(13.2‰)、东太湖(10.2‰)和竺山湾(7.8‰).分析认为,梅梁湾和贡湖湾接纳较多的人类活动产生的污染物,其周边城市如无锡、常州等地的污水处理效率有待提高；竺山湾水体氮素主要来自于农业面源污染,需降低农田化肥的使用量.%Nitrogen discharged into lake ecosystems typically has different nitrogen stable isoto pe ratios (δ15N) and measurement of 5 N in organisms can be useful indicators of anthropogenic impacts from the watershed. The S N values of Bellamya aeruginosa were investigated in four bays of Lake Taihu. Results showed that δ15N values in snail ranged f rom 6. 9‰ to 18.1‰, with an aver-age of 11.2‰. Snail S N values displayed a significant variation among four bays. The highest average value was found in Meil-iang Bay( 17. 1‰) , followed by Gonghu Bay( 13. 2‰) , East Taihu( 10. 2‰) and Zhushan Bay(7. 8‰) . Our investigation sug-gested that both Meiliang Bay and Gonghu Bay have received tremendous amount of domestic sewage derived from increasing human activities. Therefore, it's necessary to promote investment of sewagetreatment plants in surrounding cities including Wuxi and Changzhou. Our research also indicated that Zhushan Bay, which is located in northwest part of Lake Taihu is mainly affected by agriculture non-point source pollution. So it's necessary to reduce the use of fertilizers to improve the water quality of that bay.【期刊名称】《湖泊科学》【年(卷),期】2012(024)002【总页数】5页(P282-286)【关键词】铜锈环棱螺;氮稳定同位素;人类活动污染物;太湖【作者】何虎;于谨磊;章铭;刘正文;李宽意【作者单位】中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室,南京210008;中国科学院研究生院,北京100049;暨南大学水生生物研究所,广州510632;华中农业大学水产学院,武汉430070;中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室,南京210008;暨南大学水生生物研究所,广州510632;中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室,南京210008【正文语种】中文输入到湖泊生态系统中的各种氮源的氮稳定同位素值(δ15N)通常具有很大差异，如生活污水或动物粪便的δ15N 值范围为10‰ ～20‰［1-2］，明显高于大气降水(2‰ ～8‰)和综合肥料(－3‰ ～4‰)［3］.人类活动产生的污染物的δ15N较高，输入到湖泊生态系统后，会通过生产者吸收固定或者消费者直接摄食的方式进入生态系统食物网，由于δ15N信号能够沿着食物链向上传递，所以各营养级生物的δ15N都会升高.因此，δ15N是反映流域人类活动对水生生态系统影响的一个良好指标.例如，Anderson等［4］对82条不同营养水平河流的3个营养级生物的δ15N进行了调查分析，结果表明生物的δ15N值与该流域人类活动产生的氮负荷量(包括家畜粪便、化肥和人类废水)显著相关.Benson等［5］调查也发现纽约东北部Upper Saranac湖苦草(Vallisneria americana)的δ15N值与该流域的人口密度呈正相关.在水生态系统中，水体硝氮［6］、沉积物［7］、水生植物［5］和鱼类［8］的δ15N值都可以用来指示氮源.螺贝类等大型底栖动物作为初级消费者，具有寿命长、机体组织周转率低［9］、迁移能力差、活动场所相对固定［10］的特点，其机体组织的δ15N值反映了栖息地长时间、综合的氮素来源，在研究流域人类活动对生态系统的影响上同样具有很好的指示效果.例如，Karube等［11］调查了日本琵琶湖沿岸带螺Semisulcospira spp.和双壳类Unio douglasiae biwae Kobelt的碳、氮稳定同位素值，结果发现样品的δ15N 值存在较大的空间差异，螺的δ15N值与流域人口密度显著相关.Fry［12］研究了旧金山湾(San Francisco Bay)蛤Potamocorbula amurensis的δ15N值，发现受人类活动影响较大的南部湾(South Bay)中蛤的δ15N值较高.太湖地处经济发达的上海、江苏和浙江两省一市交界处，湖泊面积2338 km2，平均水深1.9 m.太湖流域面积达36895 km2，是我国人口最稠密和城市化程度最高的地区之一.竺山湾、梅梁湾、贡湖湾是太湖北部相邻的三个湖湾，东太湖则位于太湖东南部，与北部湖湾相距较远.由于太湖流域周边地区的土地利用方式和经济发展程度存在差异，输入到湖湾中的氮分布具有较大的空间异质性［13］.本文调查了四个湖湾沿岸带大型底栖动物铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)的氮稳定同位素值，拟通过螺的δ15N值来指示人类活动对湖湾生态系统的影响，研究成果对太湖的控源截污工作具有一定的指导意义.2009年7月3日和4日，在太湖梅梁湾、贡湖湾、竺山湾以及东太湖采集水样及环棱螺样品.其中东太湖布设3个采样点，其余各湖湾布设2个采样点作为重复，采样点尽量选取靠近河口的沿岸带区域(图1).采用彼得森采泥器在沉积物表面收集大型底栖动物铜锈环棱螺.每个采样点选取3～4个规格相近的环棱螺，取肌肉组织放入烘箱，60℃烘干，然后磨碎过100目筛，称重，包装后送入DELTA plus Advantage质谱仪(Thermo Fisher)分析氮稳定同位素丰度.氮稳定同位素值以国际通用的大气氮作为参考标准，以δ值形式表示，δ15N值的分析精度为±0.1‰.水样分析指标为总氮(TN)、总磷(TP)和叶绿素 a(Chl.a)，分别采用碱性过硫酸钾消解法、碱性过硫酸钾消解钼锑钪分光光度法和丙酮萃取分光光度法测定.数据采用SPSS 16.0统计软件进行分析.各采样点铜锈环棱螺的δ15N值最小为6.9‰，出现在竺山湾的殷村港(5#点);最大为18.1‰，出现在梅梁湾的山水游艇会(2#点)(表1).方差分析表明，铜锈环棱螺的δ15N值在四个湖湾的分布具有较大的空间异质性(P＜0.05).两两比较(LSD 法)发现，梅梁湾铜锈环棱螺的δ15N值(17.7‰)最高，其次是贡湖湾(13.2‰)，而东太湖(10.2‰)和竺山湾(7.8‰)采集的铜锈环棱螺的δ15N值均较低，二者无显著差异(P＞0.05).调查发现，在梅梁湾采集的铜锈环棱螺的δ15N值最高，已有研究也表明该湖湾水体中微囊藻和硝态氮的同位素值较高［14］，说明梅梁湾受人类活动的影响较大，接收了大量生活污水等高δ15N值污染物.梅梁湾位于太湖北部，周边城市如无锡和常州具有较高的城镇化率和人口密度，人类活动剧烈.秦伯强等［15］调查表明，无锡和常州是太湖水体污染物的主要来源地区，大量污染物通过直湖港、武进港和梁溪河等入湖河道排入梅梁湾和五里湖后［15-16］，使水体的氮磷浓度升高，造成水体富营养化，同时栖息地生物的氮同位素值也升高.近年来，由于太湖富营养化问题的日益突出，各地政府加大投资力度处理城市生活污水，但从本实验调查的结果来看，现阶段太湖流域城市的污水处理能力仍显不足.Townsend-Small等［6］研究也表明武进港和梁溪河水体硝氮的δ15N值较高，暗示无锡和常州市生活污水的排放仍然是梅梁湾面临的主要问题.贡湖湾位于太湖东北部，本研究发现该湖湾采集的铜锈环棱螺的氮稳定同位素值仅次于梅梁湾，远高于其它湖湾(P＜0.05).这一方面是因为该湖湾与生活污染严重的梅梁湾紧邻，两个湖湾容易发生水量交换，从而受到梅梁湾接纳的污染物的影响较大;另一方面，虽然该湖湾河流多以出湖为主，但“引江济太”工程的通道——望虞河是以入湖为主的.所谓“引江济太”，即通过望虞河从长江大量引水入太湖，以求达到改善太湖水质的目的［17］.然而，望虞河在引水入太湖的过程中，同时也可能将沿岸带，特别是西岸地区大量的污染物排入太湖.研究表明望虞河西岸水体污染严重，几条主要支流总体均处于劣Ⅴ类水平［18］，生活污染是主要的氮磷污染源，其排放的总氮和氨氮分别占河道总负荷量的52.5%和60.2%［17］.研究发现贡湖湾沿岸带采集的芦苇δ15N值也较高［13］，与本研究对铜锈环棱螺δ15N值的调查结果一致，说明贡湖湾接纳了较多的人类活动产生的污染物.竺山湾一直是太湖富营养化程度最严重的地区之一，水体氮磷浓度较高，水华暴发频繁［19-20］，然而，该湖湾采集的铜锈环棱螺的δ15N值在四个湖湾中却最低，这说明该湖湾并没有接收过多的生活源污染物，输入到湖湾生态系统的氮素应该有其它来源.竺山湾位于太湖西北部，和其它三个湖湾不同，流域的土地利用方式以农田为主，林琳［21］利用同位素示踪技术识别不同人类活动对太湖环境的影响时，发现宜兴小流域的δ15N值主要受农业面源污染的影响，所以该湖湾水体氮素可能主要来源于农田化肥.据统计，太湖流域每亩地施用化肥38.5 kg，远高于全国平均的27.4 kg，有机肥和化肥的比例在1990s中期就达到了1∶9［22］，大量低δ15N值的综合化肥［3］通过径流或其它途径进入湖湾后，不仅造成湖湾水质恶化，水体氮、磷营养盐浓度升高，同时也导致栖息地生物的δ15N值较低.东太湖3个采样点铜锈环棱螺的δ15N值都较低，分析认为这可能有两方面的原因:首先，东太湖是太湖的出水通道，河流以出湖为主，这导致沿岸带人类活动产生的污染物不能通过河道进入湖湾，并且由于太湖南部较短的换水周期［15］，即使有少量污染物被输入湖湾，也会很快通过河道排泄至下游，所以湖湾中滞留的污染物较少.相关研究也发现东太湖水体氨氮［14］、硝氮［6］以及水生植物芦苇［13］的δ15N值都较其它湖湾低.其次，食物来源不同也可能是导致东太湖螺的δ15N值较低的一个原因，铜锈环棱螺属前腮亚纲(Prosobranchia)，田螺科(Viviparidae)，环棱螺属(Bellamya)，主要以水体中的附着生物和有机碎屑为食［23-24］，也能摄食浮游藻类［25］.和太湖北部的三个湖湾已经发展成藻型湖湾不同，东太湖至今仍属于草型生态系统，沉水植被覆盖率较高［19］，所以栖息在东太湖的环棱螺可能摄食了较多的附植生物和水生植物碎屑，而其它湖湾的铜锈环棱螺则主要以沉积物表面的藻源有机质为食.由于水生高等植物和浮游藻类在生理结构和对水体氮素的利用上的差异，导致同一栖息地的某些水生高等植物的δ15N值要显著低于浮游藻类.例如，林琳等［14］调查发现太湖梅梁湾采集的菱的δ15N值(6.59‰)要显著低于该湖湾藻类的δ15N值(16.79‰)，因此，东太湖采集的环棱螺的δ15N值较低也有可能是因为该湖湾栖息的铜锈环棱螺摄食了较多的水生植物碎屑.本研究表明太湖沿岸带铜锈环棱螺的δ15N值存在较大的空间差异，梅梁湾和贡湖湾采集的铜锈环棱螺的δ15N偏高，湖湾接收了大量人类活动所排放的污染物，说明周边城市如无锡、常州等地的污水处理效率还有待提高.竺山湾水体氮磷营养盐浓度较高，铜锈环棱螺的δ15N值较低可能是因为外源氮素主要来自于低δ15N 值的农田化肥，这也说明湖湾受农业面源污染的影响相对较大，应该考虑减少综合化肥的使用量.东太湖铜锈环棱螺δ15N值较低，一方面是由于河流出湖污染物在湖湾中滞留时间较短;另一方面也可能是因为该湖湾铜锈环棱螺摄食了较多的水生植物碎屑.【相关文献】［1］Kreitler CW，Jones DC.Natural soil nitrate:the cause of the nitrate contamination of ground water in runnels county，Texas.Ground Water，1975，13(1):53-62.［2］Gormly JR，Spalding RF.Sources and concentrations of nitrate-nitrogen in ground water of the central platte region，Nebraska.Ground Water，1979，17(3):291-301.［3］McClelland JW，Valiela I，Michener RH.Nitrogen-stable isotope signatures in estuarine food webs:A record of increasing urbanization in coastal watersheds.Limnology and Oceanography，1997，42(5):930-937.［4］Anderson C，Cabana G.Does δ15N in river food webs reflect the intensity and origin of N loads from the watershed?Science of the Total Environment，2006，367(2/3):968-978.［5］Benson ER，O'Neil JM，Dennison ing the aquatic macrophyte Vallisneria americana(wild celery)as a nutrient bioindicator.Hydrobiologia，2008，596(1):187-196. ［6］Townsend-Small A，McCarthy MJ，Brandes JA et al.Stable isotopic composition of nitrate in Lake Taihu，China，and major inflow rivers.Biomedical and Life Sciences，2007，194:135-140.［7］吴敬禄，林琳，刘建军等.太湖沉积物碳氮同位素组成特征与环境意义.海洋地质与第四纪地质，2005，25(2):25-30.［8］Xu J，Xie P，Zhang M et al.Icefish(Salangidae)as an indicator of anthropogenic pollution in freshwater systems using nitrogen isotope analysis.Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology，2007，79(3):323-326.［9］Zanden MJ，Rasmussen JB.Primary consumer δ13C and δ15N and the trophic position of aquatic consumers.Ecology，1999，80(4):1395-1404.［10］Vizzini S，Mazzola A.The effects of anthropogenic organic matter inputs on stable carbon and nitrogen isotopes in organisms from different trophic levels in a southern Mediterranean coastal area.Science of the Total Environment，2006，368(2/3):723-731. ［11］Karube Zi，Sakai Y，Takeyama T et al.Carbon and nitrogen stable isotope ratios of macroinvertebrates in the littoral zone of Lake Biwa as indicators of anthropogenic activities in the watershed.Ecological Research，2010，25(4):847-855.［12］Fry ing stable isotopes to monitor watershed influences on aquatic trophodynamics.Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences，1999，56(11):2167-2171.［13］张雷燕.太湖大型水生植物营养盐来源的稳定同位素研究［学位论文］.南京:中国科学院南京地理与湖泊研究所，2010.［14］林琳，吴敬禄.太湖梅梁湾富营养化过程的同位素地球化学证据.中国科学:D辑，2005，35(增刊Ⅱ):55-62.［15］秦伯强，罗潋葱.太湖生态环境演化及其原因分析.第四纪研究，2004，24(5):561-567. ［16］罗缙，逄勇，林颖等.太湖流域主要入湖河道污染物通量研究.河海大学学报:自然科学版，2005，33(2):131-135.［17］张利民，王水，韩敏等.太湖流域望虞河西岸地区氮磷污染来源解析及控制对策.湖泊科学，2010，22(3):315-320.［18］陈亚男，逄勇，赵伟等.望虞河西岸主要入河支流污染物通量研究.水资源保护，2011，27(2):26-34.［19］马荣华，孔繁翔，段洪涛等.基于卫星遥感的太湖蓝藻水华时空分布规律认识.湖泊科学，2008，20(6):687-694.［20］朱广伟.太湖富营养化现状及原因分析.湖泊科学，2008，20(1):21-26.［21］林琳.人类活动驱动下太湖环境变化的碳氮同位素地球化学响应［学位论文］.南京:中国科学院南京地理与湖泊研究所，2008.［22］林泽新.太湖流域水环境变化及缘由分析.湖泊科学，2002，14(2):111-115.［23］李宽意，文明章，杨宏伟等.螺－草的互利关系.生态学报，2007，27(12):5427-5432. ［24］Bronmark C.Interactions between epiphytes，macrophytes and freshwater snails:a review.Jonrnal of Molluscan Studies，1989，55(2):299-311.［25］Shiqun H，Shaohua Y，Kaining C et al.15N isotopic fractionation in an aquaticfood chain:Bellamya aeruginosa(Reeve)as an algal control agent.Journal of Environmental Sciences，2010，22(2):242-247.。

基于碳氮稳定同位素的太湖鱼类营养生态位研究

收稿日期：2022-01-24修回日期：2023-03-19基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFC0407200）。

作者简介：刘素群，1997年生，女，硕士研究生，研究方向为湖泊生态学。

E-mail:*********************通信作者：刘学勤，1979年生，男，副研究员，主要从事河流―泛滥平原生态学及水文生态学研究。

E-mail:************.cn基于碳氮稳定同位素的太湖鱼类营养生态位研究刘素群1,2，申明华1,2，刘学勤1（1.中国科学院水生生物研究所，湖北武汉430072；2.中国科学院大学，北京100049）摘要：为探究太湖鱼类的营养生态位特征，2019－2020年开展了鱼类碳氮稳定同位素调查，运用贝叶斯稳定同位素椭圆模型解析了鱼类的营养生态位大小及生态位重叠，运用双基线法分析了鱼类的营养级。

结果显示，鱼类δ13C 值为-27.67‰~-17.92‰，δ15N 值为6.02‰~20.31‰。

营养生态位大小（SEAc 值）为0.14‰2~20.43‰2，其中黄颡鱼（Pelteobagrus fulvidraco ）的生态位最大，光泽黄颡鱼（Pelteobagrus nitidus ）的生态位最小。

刀鲚（Coilia na-sus ）、陈氏短吻银鱼（Salangichthys tangkahkeii ）和鲢（Hypophthalmichthys molitrix ）的SEAc 值均较小，表明其可利用的食物源和生境范围较窄，鳙（Aristichthys nobilis ）的SEAc 值较大，表明其可利用的食物源和生境范围较广。

鱼类的营养生态位重叠度为0~70.6%。

大银鱼（Protosalanx hyalocranius ）与翘嘴鲌（Culter alburnus ）的生态位重叠度最大（70.6%），其次为中国花鲈（Lateolabrax maculatus ）与翘嘴鲌（39.9%），其余物种间的生态位重叠度为0~38.9%。

基于碳、氮稳定同位素分析的三角湖鱼类营养结构研究

基于碳、氮稳定同位素分析的三角湖鱼类营养结构研究刘淑君;翟东东;罗进勇;熊飞;刘红艳;陈元元【期刊名称】《淡水渔业》【年(卷),期】2024(54)3【摘要】为了解武汉地区三角湖生态系统营养结构特征,本研究应用碳、氮稳定同位素技术分析了鱼类的δ^(13)C值和δ^(15)N值组成、营养级和营养结构特征及其季节变化规律。

结果显示,三角湖鱼类δ^(13)C、δ^(15)N均值分别为-26.16‰±1.33‰、13.19‰±1.97‰,平均营养级为3.05±0.64。

鱼类δ^(13)C 值无显著季节差异,秋季鱼类δ^(15)N值(11.33‰±2.02‰)与夏季(13.67‰±1.24‰)、冬季(14.46‰±1.36‰)差异显著。

不同食性鱼类营养级存在差异,肉食性鱼类>杂食性鱼类>浮游生物食性鱼类。

三角湖鱼类群落的营养结构存在季节差异,秋季鱼类基础食物来源(CR)、鱼类群落营养长度(NR)、生态位总空间(TA)、核心生态位空间(SEAc)均为最大,说明秋季鱼类食物来源多样性高,春季NR、TA、SEAc值均为最小,说明春季鱼类食物来源多样性低,鱼类之间竞争相对较大。

三角湖杂食性鱼类较多,建议通过投放一些浮游生物食性鱼类及肉食性鱼类优化鱼类群落营养结构。

【总页数】9页(P3-11)【作者】刘淑君;翟东东;罗进勇;熊飞;刘红艳;陈元元【作者单位】江汉大学生命科学学院;江汉大学【正文语种】中文【中图分类】Q148【相关文献】1.基于氮稳定同位素的九龙江口鱼类营养级研究2.三峡水库与长寿湖水库鱼类碳、氮稳定同位素特征及营养级的比较3.基于碳、氮稳定同位素研究黄海及东海北部主要鱼类的营养级和食性4.基于氮稳定同位素分析的三峡水库主要鱼类营养级研究5.基于碳氮稳定同位素的太湖鱼类营养生态位研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

健康生态圈-食物网构建试验方案

1、研究内容1.1底栖、鱼类、植被、土壤专项调查1.2食物网构建2、研究背景食物网是生态系统中多种生物及其营养关系的网络，它描述了生物群落内不同生物体之间复杂的营养相互作用，并揭示整个生态系统水平上的物质和能量流动过程。

传统方法食性分析法（胃肠中的食物组成），不能提供动物长期的摄食信息以及食性转化情况，且不能区分所摄食物消化吸收的难易程度，往往结果偏向于较难消化的食物，存在较大的不确定性。

稳定同位素技术是研究生态系统食物网中物质循环与能量流动的有效技术之一。

在摄食生态学研究方面，生物组织中的碳、氮稳定同位素(13C、15N)可提供较长期的摄食信息及食物网中的物质和能量的传递信息。

碳稳定同位素比值（δ13C）常用来分析消费者食物来源，而氮稳定同位素比值（δ15N）常用来用于分析食性转化以及确定研究对象的营养级。

3、研究区域及样点选取黄河三角洲自然湿地、生态修复示范区。

选定3个典型岛屿作为采样研究地点。

4、调查时间1)第一次本底调查：2018年11月2)第一次本底调查：2019年1月13日-15日3)改后第一次调查：2019年4月（春）4)改后第二次调查：2019年7月（夏）5)改后第三次调查：2019年10月（秋）6)改后第四次调查：2019年1月（冬）5、调查步骤5.1土壤、底泥等调查5.1.1土壤土壤采集：取样深度分别为0-10cm，10-20cm，20-30cm，30-40cm，每个点每一层取两个位置（间距1米左右）的土壤混合成一个样品，采样过程中登记好样品号、取样深度、取样时间、取样地点（经纬度）。

土壤前处理及测定指标：5.1.2底泥和颗粒物等底泥与颗粒物的采集：底泥中的有机物质（SOM）用手采集,用铝箔纸包裹,放入聚乙烯封口袋内。

颗粒有机物（POM）样品是将水样用13号浮游生物网（112μm）过滤后,真空抽滤到预烧的玻璃纤维滤膜上获得,滤膜用铝箔纸包裹,放入聚乙烯封口袋内。

底泥和颗粒物前处理：底泥中的有机物质（SOM）在实验室使用1mol/L盐酸酸化去除碳酸盐，以免影响δ13C值的测定,后用去离子水冲洗烘干,用研钵充分磨碎,放入干燥器中保存。

基于稳定同位素的海南东寨港红树林湿地水生食物网结构研究

过80目筛。干燥后的样品放在-20乜保存，进行进一步分析。
1.3同位素测试所有样品的稳定C和N同位素比值均在中国科
学院南京地理与湖泊研究所同位素实验室测定，稳定
同位素质谱仪由菲尼根Flash EA112 HT元素分析仪
与菲尼根DELTA V Advantage同位素比率质谱仪相连
而成。稳定C、N同位素的自然丰度表示为：
matter (POM, mainly microalgae) and epiphytic algae are -32.7 %o ~ -26.6 %。，-25.1 %o ~ -23.3 %o and -23.9 %o ~ 23・l%o , respectively, the <515N values of the three are 2.8%° ~ 6.1%o , 9%o ~ 10.2%。and 7.4%° ~ 8.8%o . The analysis of
2结果
初级生产者的尸C和尸N表现出显著性差异。 POM的d叱值范围为-25.1%o ~ -23.3%。，BMA的沪C 值比POM略高，而尸N值比POM略低，红树植物则具有最低的尸C和沪N值，平均＜513C值为-29.3%。。本研究采集的消费者主要包括双壳纲帘蛤科的蛤类，脊尾白虾和日本对虾，拟穴青蟹和远海梭子蟹以及鱼类中碎屑食性的鲍鱼、杂食性的犬牙细棘嘏虎鱼、斑鍊、黄鳍鯛和肉食性的食蟹豆齿鳗。虾类（脊尾白虾、日本对虾）的尸（：值（-14.7%。）最高，黄鳍鯛的尸C值（_19.0%。）最低。＜5”N值的组成特征是食蟹豆齿鳗的尸N值（14.8%。）最高，蟹类的尸N值较低，例如，拟穴青蟹和远海梭子蟹的尸N值分别为 11.9%。±0.4%。和 11.8%。±0.3%。，而鱼类的尸N 值变化范围较小，最低的为斑餘，其尸N值为12.6%。。杂食性鱼类的尸C值显著低于碎屑食性和肉食性鱼类，不同摄食类型组别的鱼类尸N值差异显著，杂食性鱼类和碎屑食性鱼类的尸N值显著低于肉食性鱼类。

利用稳定同位素技术研究外源物质输入对太湖微食物链的贡献

利用稳定同位素技术研究外源物质输入对太湖微食物链的贡献环境科学ENVIR0NMENTALSCIENCEV o1.28,No.8Aug.,2007利用稳定同位素技术研究外源物质输入对太湖微食物链的贡献曾庆飞,孔繁翔H,张恩楼,谭啸(1,中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室,南京210008;2.中国科学院研究生院,北京100049)摘要:应用碳氮稳定同位素方法研究了太湖不同营养状态湖区内外源物质对微生物食物链主要成分的贡献.结果表明,在有大量外来物质输入的河口区,细菌,浮游枝角类,溶解性有机物(DOM)和颗粒性有机物(POM)的8C和8N同位素值,溶解性无机碳(DIC)的8"C同位素值明显低于其它采样点,这表明河口区受陆源营养物质的影响强烈.其中,DOM的8"C平均值和陆源C植物的8"C值一26qt~相近,表现出流域外源的排人对湖泊碳库的影响.与从DIC到浮游藻类的分馏值22qt~计算得到的浮游藻类8"C值相比,POM主要为内源藻类贡献.浮游枝角类的8"C的平均值低于POM(0.2%o)和细菌(2.5%o),这可能是由于枝角类脂类的积聚或选择性的摄食8"C较为贫化的微型藻类(<50m)造成的.根据双组分混合模型(two—membermixingmode1),在河口区陆源c对细菌生物量的贡献占到61.2%,随着向湖心的推进,内源藻类的贡献逐渐增加(58.5%～92.9%).关键词:稳定同位素;太湖;微食物网(链)中图分类号:)【524文献标识码:A文章编号:0250-3301(2007)O8.1670.05EffectsofAnthropogenicOrganicMatterInputsonStableCarbonandNitrogen IsotopesinOrganismsfromMicrobialFoodChaininTaihuLakeZENGQing.fei',KONGFan—xiang.ZHANGEn—lou,TANXiao'(1.StateKeyLaboratoryofLakeScienceandEnvironment,NanjingInstituteofGeographya ndLimnology,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China;2.GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences,Beijing10004 9,China)Abstract:Stableisotopeanalysesofcarbonandnitrogenwereusedtoevaluateautochthonous versusallochthonouscontributiontothemainmicrobia1foodloopcomponentsinthefoursamplingsitesbasedondifferenttrophicstatusin TaihuLake.Onaverage,the8"Cand8Nvaluesoforganicmatter(OM)sources(bacteria,cladocera,particulateandsedimentaryorganicmat ter)andthe8"Cofdissolvedinorganiccarbon(DIC),whicharethemaincomponentsinmicrobialfoodchain,showedthelowestvaluesatest uarylocationcomparedwiththeotherthreesites.reflectingastronginfluencebyterrestriallyderivednutrientsandorganicmatter.Theme an8Cvalueofdissolvedorganicmatter(DOM)thatwemeasuredwasclosetotheestimatedterrestrial8C一26%c,suggestinganallochthonous—derivedorganicCpoo1.Particulate organicmatter(POM)wassupposedtobemainlydominatedbyalgaeundertheassumptionof aconstantfractionationfromDICtophytoplanktonof22%o.Cladocerahadalower8"Cthantheaverage8"CofPOM(0.2%0)and bacteria(2.5‰),supposingalipidaccumulationorselectivefeedingamore8HC.depletedalgalfraction(pico.andnano.plankt on,<50m)ofPOM.Thecontributionof autochthonousversusallochthonouscarbontothebacterialbiomasswasestimatedbyapplyi ngatwo—membermixingmodelusinga8"Cof一26%0astheallochthonousendmember.Thebacterialbiomassconsistedof61.2%allochthon ouscarbonatestuarypointwithlargeterrestrialemuents,whileinthelargeopenlakearea,bacteriawasmainlysupportedbyautochthonousO M(58.5%～92.9%).Theresultssubstantiate thefindingthattheanalysisofcarbonandnitrogenstableisotopescanhelptoelucidatesources andsinksoforganicmatterinTaihuLake, whicharecharacterizedbyagreatspatialvariabilityandcomplexity.Keywords:stableisotope;TaihuLake;microbialfoodweb(chain)湖泊微食物网主要是由异养或自养的超微型及微型浮游生物,包括细菌,微型藻类,原生动物,微型浮游动物等以营养关系为基础构成的复杂网状结构J.近年来,陆源碳对湖泊食物网结构的影响越来越受到重视..Samuelsson认为营养盐的浓度和循环在很大程度上影响了浮游生态系统中微食物网的结构.陆源有机物的输入和营养水平的提高将会提高微食物网,降低牧食食物网在物质循环中的贡献J.太湖是我国第3大淡水浅水湖泊,富营养化十分严重,从湖心经梅梁湾到河口,水体营养盐浓度逐渐升高,不同湖区营养状况具有显着差异,其中梅梁湾近年来经常发生蓝藻水华,大部分营养物质通过微食物环进行物质和能量的循环与传递.因此,研究外来物质对微生物食物环的贡献对进一步分析有机物在太湖水生生态系统中的迁移和转化途径及收稿日期:2006.09—12;修订日期:2006—10—27基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412305);国家自然科学基金项目(40471045);中国科学院百人计划项目作者简介:曾庆飞(1979一),女,博士研究生,主要研究方向为湖泊污染生态学,E—mail:zq—**************通讯联系人,E—mail:fxkong@.isl~8期曾庆飞等:利用稳定同位素技术研究外源物质输入对太湖微食物链的贡献其生物地球化学循环具有重要的意义.微食物网传统的研究方法是把流式细胞技术和荧光显微镜计数技术相结合,计算微型浮游生物的丰度,确定从细菌到异养鞭毛虫到纤毛虫各营养级的碳含量,传递效率及各生物种群问的消长关系,但难以确定消费者的食性和所在的营养级.稳定同位素技术在揭示有机物质在食物网中的循环路径和探究消费者之间营养关系的研究中得到了广泛应用.利用生物天然碳氮稳定同位素可以有效地揭示其有机物来源,消费者的食物组成以及各生物在食物网中所处的营养级.太湖的微食物网研究已有一定基础,阐明了不同湖区细菌数量,细胞体积和生产力差异上的比较以及与鞭毛虫,纤毛虫丰度关系…,但对食物网中主要生物组成的物质来源还有待深入研究.本实验运用稳定同位素分析手段,测定了太湖不同营养水平湖区中微食物链(微食物网结构的简化)主要生物物种的稳定碳氮同位素组成特征,并对生物之间的营养关系进行了初步探讨.1材料与方法1.1样品采集样品于2006.04采集自太湖的河口,梅梁湾湾心,太湖湖心和贡湖湾4个采样点(图1).各点位湖水的理化参数由YSI6600多参数水质监测仪(Y ellow SpringInstruments,USA)测得(表1).所有水样来自表层20cm,经120m孔径的尼龙网预过滤取水5L.其中2.5L加入少许饱和HgC1:溶液,用10%稀盐酸调pH为2,立刻一20℃冰冻保存.浮游动物用标准64m浮游生物网采集.沉积物样品取表层1～2cm.所采水样用碱性BaC12共沉淀生成BaCO得到溶解性无机碳(DIC).各采样点每个样品采集3个平行样.表1太湖各采样点水体部分理化参数Table1SelectedwatercharacteristicsofthesamplingsitesinTaihuLake图l太湖各采样点地理位置Fig.1SamplingsitesinTaihuLake(450℃4h)的WhatmanGF/F玻璃纤维滤膜;所得滤液经60℃低温蒸发获得的固体残留物即溶解性有机物(DOM);沉积物(SOM)样品自然晾干后,取适量加5%浓度的稀盐酸,反应24h,然后用蒸馏水冲洗样品至中性;细菌样品用另外2.5L未经固定的湖水进行室内原水样培养获得,具体步骤参照文献[3].以上所有样品均在60℃烘48h至恒重,磨细备用.所有样品经FlashEA1112元素分析仪燃烧,所得的CO,和N,气体分别送人FinniganMAT公司的DeltaP】advantage型稳定同位素比值质谱计上测定,碳,氮同位素分别以VPDB国际标准和大气氮为参考标准,实验室的测定精度是0.1%..数据处理在SPSS11.0下进行,方差分析采样One—wayANOV A检验;稳定同位素比值与主要环境因子之间的相关程度采用Pearson相关分析.L2,曼竺析.一,,.2结果与分析浮游动物用蒸馏水清养2h以排空其消化道内………". 含物,人工活体挑选Daphniaspp.,冷冻保存;颗粒2.1微生物食物链各主要成分的稳定同位素比值性有机物(POM)样品由真空抽滤已加酸和少量饱和太湖梅梁湾DIC6"C的平均值为一8.6%o,和大HgC12溶液处理的水样获得,所用滤膜为经预灼烧气CO:的一8.0%c接近.其中河口的最低,为l672环境科学28卷一12.3%0,这可能与河口有大量陆源C输入有关.如果认为从DIC到浮游藻类的C同位素分馏值为22%.,那么计算得到各点浮游藻类的6"C值和测量得到的POM6"C基本一致,说明太湖在4月底水体中0.7～120/.tm粒径间的颗粒有机物主要为浮游性(r=0.89,P=0.11,n=4)也证明了这一结论.各采样点的POM6"C和6N的检测值存在显着差异.其中河口,湾心的6N值为一3.o%.和一5.2%0,显着低于湖心和贡湖的6N值(15.0‰,13.9‰),类似的现象在Hansson等的研究中也有报道,说明外藻类,即内源贡献.POM和叶绿素a存在较强的相关源N对太湖水体营养物质的影响十分显着表2太湖微生物食物网主要组成的碳氮稳定同位素和C:N值(n:3)Table2Meanstableisotopemiles(‰)andC:Noffood—webcomponentsfromTaihuLake(n:3)1)SOM代表沉积有机物;DOM代表溶解性有机物;POM代表颗粒性有机物;Bact 代表细菌;Daph代表浮游枝角类;DIC代表溶解性无机碳太湖各点细菌的6"C变化幅度为一27.3‰～一29.2‰,同McCallister等¨报道的纽约河的细菌值(一28.9‰)相近.太湖各点所测得的Daphnia6"C值较为贫化,平均低于POM0.2‰,低于细菌2.5‰.Daphnia各点的6"C值和细菌存在极显着差异(P=0.001),与POM间的差异不显着(P=0.998).Daphnia各点的6"C值和C:N存在极显着的负相关关系(r=一0.99,P<0.O1,/Z=4),这与Matthews等¨的研究发现一致.细菌6N值和Daphnia分别相差3.7‰,3.8‰,3.2‰和3.3%0,如果以3.4‰为相邻营养级的富集度,那么Daphnia比细菌高出1.03个营养级.沉积物的6"C和6"N值在河口最低,分别为6"C一27%0和艿N3.1‰,从梅梁湾(艿"C一25.6%0; 6N7.5%.)至U湖心(6"C一25.3%.;6"N7.8%.)逐渐升高.DOM8"C的变化幅度为一26.1%v～一26.8%c,各点间差异不显着,平均为一26.6‰±0.16%.;6N的变化幅度为4.9%.～6.1‰,平均为5.7‰±0.27%c.同公认的c植物的6"C值一26%o相比,可以认为湖泊的DOM基本为陆源贡献.2.2细菌碳同位素组成及来源特征在NaH"CO同位素添加试验中,Kritzberg发现细菌6"C值随POM6"C的变化而变化,认为细菌利用了部分藻类来源的碳_3j.但是,细菌也不是完全依赖藻类贡献的碳,因为细菌碳同位素值高于POM,因此有可能细菌同时利用了6"C较为富集的碳源.利用双组分?昆合模型(two—endmembermixingmode1) 来研究外源C对细菌的相对贡献.表示如下,相对贡献c%=×oo其中外源C用一26%.表示,内源C从DIC到浮游藻类的分馏值22%.为计算得到.从表3可以看到,在河口细菌主要利用外源C,为61.2%,随着从湾心到湖心的推进,内源藻类贡献的C逐渐增加,变化在58.5%～92.9%之间.表3各采样点外来碳对细菌生物量的相对贡献/%0Table3RelativeimportanceofallochthonousCtobacteriabiomass atsamplingsitesbasedonatwo-sourcemixingmodels/%03讨论最近,许多研究评价了内外源有机物对河口,河流和湖泊食物网的作用'"'.Cole等¨指出,在腐殖化湖泊,外源溶解性有机碳(DOC)超过了水体总有机碳的90%,并且是该系统新陈代谢的主要物质来源.在本研究中,太湖DOC的8"C值为一26.1%.～一26.8‰,这和报道的c植物的6"C值一26%.相近,因此,可以认为该c库主要为陆源贡献.用双组分混合模型评价了内外源物质对浮游细菌生长的贡献.其中,河口陆源有机碳对细菌的贡献占到了61.2%.McCallister等的研究也表明,在纽约河口8期曾庆飞等:利用稳定同位素技术研究外源物质输入对太湖微食物链的贡献区外来有机物贡献了细菌同化产物的大部分(49%～83%).细菌原位水样培养表明,细菌生物量35%～70%的碳来自外源,从而也证实了先前的假设即仅仅自养来源的碳不能独立支持细菌的生产.但是,与藻类来源的DOC相比,陆源DOC由于分子量很大且大多属于芳香族J,N:P值较低,可食性差,通常很难被细菌利用.Cole等指出,在许多水流生态系统中,细菌的生产量和藻类的初级生产力相关,证明了藻类来源的碳对细菌生长的重要性.Kritzberg等也指出虽然内源溶解性有机碳非常少,但是相比陆源DOC,细菌仍然会优先利用内源DOC.细菌脂肪酸指示物和藻类来源的脂肪酸指示物间存在显着的正相关关系也说明了细菌对内源DOC的利用.所以,随着向敞水区推进,内源有机质的贡献逐渐增加,占到了58.5%～92.9%. DIC,细菌,沉积物和POM的6"c值在河口点明显低于其它采样点,说明大量外来物质输入对其产生了影响.但是,这些有机物的6N在河口区也较低,有悖于先前的一些研究.通常,城市生活废水含有较高6N值,变化幅度在10‰～25%0.污水中尿素通过水解和挥发转化成硝酸盐类,6N值会提高5‰～15‰_l引.因此,太湖梅梁湾N的来源和循环还需要进一步的研究.由于受外来无机碳的贡献不同,因此DIC同位素值在各点存在着差异,平均值为一7.4‰,和大气CO的一8‰相近,可以推断梅梁湾水域中的溶解性无机碳主要来自空气中的CO,.河口DIC的6c较负,这可能与水体的无氧呼吸或输入同位素值较轻的陆源碳有关.SOM的6"c 值变化范围在一24.6%o～一27.0‰问,比水体中的POM更加富集碳,表明沉积物组成复杂,存在比水体颗粒物更加富集碳的有机物.Daphnia是太湖春季水体最常见,研究最多的浮游动物,通常认为其食性没有选择性,可以滤食较小的颗粒物和细菌,所以Daphnia的6"C应该反映出细菌的6"C信号.同时,在LochNess,Grey等发现Daphnia的c和藻类来源的c同位素值相一致.同位素添加试验同样证实了Daphnia主要利用藻类来源的碳,其中59%来自活体藻类,31%来自非生命的自养来源的POM.在本试验中,各点POM和Daphnin间不存在显着性差异,说明浮游藻类可能是Daphnia的主要食物来源.另外,发现Daphnio的8C值低于细菌和POM的碳同位素值. 先前的一些研究亦有报道,即8C值在相邻营养级问可能有所降低¨.选择性觅食,脂类积累和生境差异等因素都可能导致浮游动物的6"C值偏低.关于脂类对枝角类的6"C值是否产生影响至今仍无定论.Daphnia和其C:N值存在负相关关系说明Daphnia体内的脂类积累j.同时,选择滤食6"C值更为贫化的微型藻类也可能导致Daphnia的6"C值偏低.4结论(1)在有大量外来物质输入的河口区,细菌,浮游枝角类,溶解性有机物(DOM)和颗粒性有机物(POM)的6"C和6N同位素值及溶解性无机碳(DIC)的6"c同位素值明显低于其它采样点,表明河口区受陆源营养物质的影响强烈.(2)河口区陆源碳对细菌生物量的贡献占到61.2%,随着向湖心的推进,内源藻类的贡献逐渐增加,达到58.5%～92.9%.(3)溶解性有机物(DOM)的6"C平均值和陆源c植物的6"c信号一26‰相近,表现出流域外源的排人对湖泊碳库的影响.与从DIC到浮游藻类的分馏值22%.计算得到的浮游藻类6"c值相比,初步认为颗粒性有机物(POM)主要为内源藻类贡献. (4)浮游枝角类摄食水体中颗粒物和细菌等微小有机物,但其6c的平均值低于POM(0.2‰)和细菌(2.5‰),这可能是由于枝角类脂类的积聚或选择性地摄食6C较为贫化的微型藻类(<50m)造成的.参考文献:[1]秦伯强,胡维平,陈伟民,等.太湖水环境演化过程与机理[M].北京:科学出版社,2004.225—228.[2]WetzelRG.Limnology:Lakeandriverecosystems[M].sdn Diego:AcademicPress,2001391.[3]KritzbergES,ColeJJ,PaceML,eta1.Autochthonousversusan0chth0n0uscarb0nsoLIrcesofbacteria:resultsfromwhole,lake.]C additionexperiments[J]1SxralolOceanogr,2004,49(2):588—596.[4]SamuelssonK.Mechanismstructuringthepelagicmicrobialfood webdmportanceofresourcesandpredation[D]Sweden:Urne~ University.20037～9[5]PaceML,ColeJJ,CarpenterSR,etalWholelakecarbon-13 additionsrevealterrestrialsupportofaquaticfoodwebs[J]Nature, 2004,427:240—243[6]李一平,严莹,韩广毅.太湖水质时空相关性分析[J].河海大学,2005,33(5):505—508.[7]ColeJJ,FindlayS,PaceML_Bacterialproductioninfreshand saltwaterecosystems:Across-systemoverview[J].MarEcolProg Ser,1988,43:l—lO.[8]MoranMA,HodsonRE.Suppo~ofbacteriaplanktonproductionby diss0lvedhumicsubstancesfr0mthreemarlneenvironments[J].Mar EcolProgSer,1994,110:24l一247.1674环境科学28卷[9][10][11][12][13][14][15][16][17][18]Y ashiokaT.WadaE.HayashiH.Astableisotopestudyon seasonalfoodwebdylIamicsinaeutrophiclake[J].Ecology,1994, 75:835—846.HanonLA.TranvikLJ.Foodwebsinsub—Antarcticlakes:a stableisotopeapproach[JJ.PolarBio,2003,26:783—788. 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基于碳、氮稳定同位素技术的大亚湾紫海胆食性分析

第3期
莫宝霖等 : 基于碳、氮稳定同位素技术的大亚湾紫海胆食性分析
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究鲜有报道。文章运用碳、氮稳定同位素技术测定了大亚湾紫海胆及其潜在食物的稳定同位素值, 初步分析了大亚湾紫海胆食性特征 , 旨在了解紫海胆在大亚湾生态系统中所处地位 , 为深入了解大亚湾生物群落的食物网结构、能量流动和所处营养级水平提供基础资料。
[3−4] [2] [1]
网结构特征和了解生物营养关系 [5−6]。传统胃含物分析法虽然具有直接观测生物摄食状况等优点 , 但是相对于稳定同位素技术存在较多缺陷 , 如季节性捕食差异 , 仅能反映近期摄食情况 ; 难以辨目前关别胃含物中消化程度大的食物种类 [7−8]等。于紫海胆的研究主要集中在遗传分化 [9]、性腺发育 [10]、标记回捕 [11]和脂质分析 [12]等方面 , 在食性研究方面 , 仅见胃含物分析 , 以及通过调节温度、盐度等物理因子的生态学实验研究和改变摄食种类分析紫海胆摄食习性及饵料变化等 [2,
碳、式中 , X 为 13C 或 15N, R 为 13C/12C 或 15N/14N。氮同位素标准样分别使用拟箭石和大气氮 , 为保证实验结果准确性和仪器稳定性 , 每测试 10 个样品穿插 1 个标准样品进行检测。 δ13C 和 δ15N 分析精度均为 2‰。 1.4 数据处理与分析文章选取浮游动物 (δ15N 值 8.77±0.90)为基线生物 , 生物种类营养级计算公式 :
1.2
样品处理采集生物体长鱼类为吻端至脊椎骨末端长度 ;
虾类为头胸甲长度 ; 蟹类为头胸甲两侧刺之间距离 ; 头足类为胴体背部中线长度 , 精确到 1 mm。紫海胆为两端壳径长度 ; 贝类为壳顶到基部距离 , 精确到 0.1 mm, 体重精确到 0.1 g。紫海胆取性腺及亚氏提灯附属肌肉 ; 鱼类取背部肌肉 ; 虾类取腹部肌肉 ; 蟹类取螯部肌肉 ; 头足类取胴体部位 ; 贝类取闭壳肌部位 ; 大型海藻进行脱水处理 ; 底栖硅藻网用海水反复冲洗后放置盆中揉洗后沉淀 2 min, 再用孔径为 0.45 μm 的 GF/F 膜 (450℃ 预燃 6 h 去除无机碳)进行抽滤; 浮游动物空腹处理 24 h 后用 80 目筛绢过滤 , 然后用镊子挑出杂质后用锡箔纸包裹 ; 浮游植物、沉积物和 POM 均用孔径为 0.45 μm 的 GF/F 膜 (450℃ 预燃 6 h 去除无机碳 )进行抽滤。所取样品放置于 ‒55℃ 冷冻干燥机中冷冻干燥 48 h, 装入 1 mL 离心管中 , 用研磨机研磨成细粉末状 , 再使用 1 mol/L 盐酸溶液脱碳处理 , 最后再进行干燥并保存 , 以备同位素分析。 1.3 稳定同位素分析样品碳、氮稳定同位素比值采用稳定同位素质谱仪 (Isoprime 100)和元素分析仪 (PYRO Cube) 测定 , 所获稳定同位素比值用以下公式计算 :

江苏盐城滨海湿地食物网的初步研究

江苏盐城滨海湿地食物网的初步研究欧志吉;姜启吴;左平【摘要】运用稳定同位素方法分析了盐城滨海湿地生态系统中部分生物的食物来源,示踪了食物网的主要碳流途径,提出了估算消费者的营养级的新模型并进行了相应计算,最终构建了江苏滨海湿地简化食物网模型.主要结论:(1)主要初级生产者的δ13C介于-28.856×10-3与-10.952×10-3之间,δ15N介于1.219×10-3与6.496×10-3之间,均具有显著差异,消费者个体的δ13 C介于-27.564×10-3与-11.641×10-3之间,δ15N介于4.462×10-3至10.339×10-3之间；(2)研究区生态系统可以划分成潮间带和潮上带两个亚生态系统,其中潮上带的主要食物源为芦苇,潮间带的主要食物源为互花米草及微体藻类,盐蒿对两个亚生态系统都有一定的食物贡献率,但均不高.(3)研究区的大型底栖生物及草食性哺乳类大部分占据第二营养级；(4)研究区动物可以划分为8个主要功能类群,即植食性哺乳类、植食性昆虫、鸟类、淡水游泳类、成水鱼类、底内动物、底上动物以及浮游动物.总之,潮间带动物比潮上带动物的食物组成多样性略高,与研究区域的生物多样性基本吻合.另外,潮间带生物的食物竞争十分激烈,光滩上分布有一定重叠的优势种并存在一定的食物生态位分化.%It was analyzed that δ13 C and δ15 N of plants, animals and faeces, then built up a simplified salt marsh food web model in Yancheng coastal salt marshes, Jiangsu Province. The main results showed: (1) Theδ13C value of primary producers are between-28. 856 × 103 and- 10. 952× 10-3, and the δ15 N are between 1. 219 × 10-3 and 6. 496 ×10-3 , with significant differences. The δ13 C value of consumers are between- 27. 564 × 10-3 and -11.641× 10-3, and the δ15 are between 4. 462× 10-3 and 10. 339×10-3; (2) The ecosystem of Yancheng coastal marshes can be dividedinto intertidal sub-ecosystem and supratidal sub-ecosystem, and the main food source of supratidal belt is Phragmites australis, while in the intertidal belt are Spartina alterniflora and micro-algae, Saudea salva contributes to both the two sub-ecosystems but with low contribution; (3) Most of the large herbivorous mammals and benthic organisms in Yancheng coastal marshes occupy the second trophic level; (4) The animals living in Yancheng coastal marshes can be divided into 8 major ecological groups as herbivorous mammals, herbivorous insects, birds, fresh-water swimming animals, salt-water fishes, endofauna, epifauna and zooplank-ton. Therefore, the diversity of animal food composition of the intertidal belt was slightly higher than that of the supratidal belt. The food competition between intertidal animals was very intense, and the dominant species which overlapped on the bare belt have a slightadj food niche differentiation.【期刊名称】《海洋学报（中文版）》【年(卷),期】2013(035)001【总页数】9页(P149-157)【关键词】碳同位素;氮同位素;江苏盐城滨海湿地;食物网【作者】欧志吉;姜启吴;左平【作者单位】南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室,江苏南京210093;中国科学院南京地质古生物研究所,江苏南京210008;南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室,江苏南京210093;南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室,江苏南京210093【正文语种】中文【中图分类】P731.231 引言生物有机体在长期代谢过程中，稳定同位素会以一定规律发生分馏，生物的食性以及营养级等众多信息被保留在稳定同位素中［1－2］。

岛礁水域海藻场食物网基准生物的选择

岛礁水域海藻场食物网基准生物的选择陈玲;王凯;周曦杰;赵旭;陈亮然;章守宇;汪振华【摘要】岛礁海域海藻场是近岸浅海重要的湿地生境之一,其所在水域的食物网往往较开阔水域复杂,而利用稳定同位素方法来揭示其独特的物质传递和能量流动规律是当前国内外研究的趋势.在利用该技术之前,往往需选择恰当的基准生物以更准确地阐释海藻场食物网各阶层的营养关系.为此,于2014年春季(5月)和秋季(10月)在浙江省枸杞岛海藻场选取4种大型底栖动物优势种[蝾螺(Turbo petholatus)、角蝾螺(Turbocornutus)、条纹隔贻贝(Septifer virgatus)和带偏顶蛤(Modiolus comptus)]为实验对象,利用多元方差分析检验其δ13C和δ15N值的种内(间)时空差异,并分析造成该差异的原因,评估其作为基准生物的可行性.结果显示,4种底栖动物的δ13C和δ15N值受其食性和栖息地环境的影响,呈现不同程度的时空差异,发现带偏顶蛤和角蝾螺的δ13C和δ15N值相对更为稳定,因此可分别作为浮游和底层营养关系的基准生物.本文结果可为我国在东海岛礁水域开展相关研究提供基础数据和重要参考.【期刊名称】《海洋渔业》【年(卷),期】2016(038)004【总页数】10页(P364-373)【关键词】稳定同位素;海藻场;基准生物;大型底栖动物【作者】陈玲;王凯;周曦杰;赵旭;陈亮然;章守宇;汪振华【作者单位】上海海洋大学海洋科学学院,上海201306;上海海洋大学海洋科学学院,上海201306;上海海洋大学海洋科学学院,上海201306;上海海洋大学海洋科学学院,上海201306;上海海洋大学海洋科学学院,上海201306;上海海洋大学海洋科学学院,上海201306;上海海洋大学海洋科学学院,上海201306【正文语种】中文【中图分类】S931岛礁水域海藻场生态系统食物网的物质和能量流动是特殊生境研究的一个关键领域，对于解释其结构和功能具有重要意义［1］。

利用稳定同位素技术研究海洋生物的营养生态学

利用稳定同位素技术研究海洋生物的营养生态学1. 引言海洋生物的营养生态学研究是海洋生态学领域的重要研究方向之一。

稳定同位素技术作为一种重要的研究手段，已经在海洋生物的营养生态学研究中得到了广泛应用。

本文旨在探讨利用稳定同位素技术研究海洋生物的营养生态学，介绍其原理、方法和应用。

2. 稳定同位素技术原理稳定同位素技术是利用元素不同质量数的同位素在自然界中存在比例差异，通过测量和比较不同样本中同位素比例来揭示样本之间的相互关系。

在海洋生物营养生态学中，常用的稳定同位素包括碳、氮、氢和氧等元素。

3. 稳定同位素技术方法3.1 碳、氮稳定同位素分析碳、氮稳定同位素分析是最常见和最广泛应用于海洋营养生态学研究中的方法之一。

通过测量样本中碳和氮元素不同质量数（如13C/12C和15N/14N）的同位素比例，可以揭示海洋生物的营养来源和食物链结构。

3.2 氢、氧稳定同位素分析氢、氧稳定同位素分析主要用于研究海洋生物的水分来源和水文环境变化。

通过测量样本中氢和氧元素不同质量数（如2H/1H和18O/16O）的同位素比例，可以揭示海洋生物的水分来源、迁移路径以及水文环境变化对其营养生态学特征的影响。

4. 稳定同位素技术在海洋生物营养生态学研究中的应用4.1 食物链结构研究稳定同位素技术可以通过测量不同营养级别海洋生物体内碳、氮等元素的同位素比例，揭示食物链中不同级别之间能量流动和相对贡献。

通过分析食物链结构，可以了解不同海洋区域或不同时期食物网结构及其动态变化情况。

4.2 营养来源研究稳定同位素技术可以通过测量海洋生物体内碳、氮等元素的同位素比例，揭示其营养来源。

例如，通过分析鱼类体内的稳定同位素比例，可以判断其主要的营养来源是浮游植物还是底栖生物。

4.3 生态环境变化研究稳定同位素技术可以通过测量海洋生物体内氢、氧等元素的同位素比例，揭示海洋生物的水分来源、迁移路径以及水文环境变化对其营养生态学特征的影响。

例如，通过分析鱼类体内氢、氧同位素比例的变化，可以判断其迁徙路径和水文环境变化。

应用碳_氮稳定同位素研究鄱阳湖枯水末期水生食物网结构

第29卷第3期2009年3月生态学报ACTA ECOLOG I C A SI N I C AV o.l 29,N o .3M ar .,2009基金项目:国家科技支撑计划资助项目(2006BAC08B05);国家科技部国际合作重大资助项目(2006DFB91920)收稿日期:2008-07-03; 修订日期:2008-12-03*通讯作者C orres pond i ng author .E-m ai:l yuxb @i gsnrr .ac .cn应用碳、氮稳定同位素研究鄱阳湖枯水末期水生食物网结构王玉玉1,2,于秀波1,*,张亮1,徐军3(1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101;2.中国科学院研究生院,北京 100049;3.中国科学院水生生物研究所,武汉 430072)摘要:稳定碳、氮同位素比值分析技术是研究生态系统中物质循环与能量流动的有效技术。

D 13C 值常用来分析消费者食物来源,D 15N 值常用来确定生物在食物网中的营养位置。

应用稳定同位素技术分析了鄱阳湖北部湖口县、都昌县、星子县、吴城镇4个采样点95条鱼和其他食物网成分样品的碳、氮稳定同位素比值,构建了鄱阳湖枯水期末期水生食物网。

结果表明,不同水域颗粒有机物(POM )的D 13C 值不同,范围为-27.5j ~-24.6j 可以区分赣江、修水、鄱阳湖、长江和鄱阳湖湖交汇处水体的颗粒有机物特征。

江西鄱阳湖国家级自然保护区受人类活动干扰少,核心区生物D 15N 相对较低,而周边人类活动频繁的星子、都昌两县附近水域生物体内的D 15N 偏高,反映了人类活动引起的营养输入对系统的影响。

在湖区不同位置捕获的相同品种水生生物D 13C 值不同,反映了其不同的食物来源,用D 15N 值计算发现其所占据的相对营养位置较为一致。

关键词:食物网;鄱阳湖;D 13C ;D 15N;人类活动文章编号:1000-0933(2009)03-1181-08 中图分类号:Q145 文献标识码:AFood web structure of Poyang Lake duri ng the dry season by stabl e carbon and n itrogen isotopes analysisWANG Yu -Yu 1,2,YU X i u -Bo 1,*,Z HANG Liang 1,XU Jun31In stit u te of Geog raph i c S ciences and Na t ural R esources R esearc h,Ch inese Acad e m y of S cie n ces ,Be i jing 100101,Ch i na2G raduate University of Ch i ne se A c ad e my of Sc i ences ,B eijing 100049,China 3In stit u te of Hydrobi ology ,Chinese A c ade my of Sciences ,W uhan 430072,China Act a Eco l og ica Sini ca ,2009,29(3):1181~1188.Abstract :Stable isotopes a nalysis ,espec i ally carbon and nitroge n ,are no w co mmonly used to st udy m aterial c i rc ulation and ener gy flo w w ithi n ecosyste m s .Carbon isotope ratios (D 13C)are used to trace food sources of consumers ,while nitrogen isotope ratios (D 15N )are ma i nly used to quant ify tr ophic levels of organis m s .I n th i s st udy 95fish and other food web co mponents fro m 4sa m pli ng sites :H oukou County ,Duc ha ng County ,X i ngzi County andW ucheng To wn ,at north Poyang Lake i n dry season w ere used as sa m pl es and their sta b l e carbon and nitrogen i sotope r at i oswere analyzed i n laboratory .T he results of car bon isotopic analyses ,ranged fro m -27.5j --24.6j ,indicated t he D 13C val ues of particulate or ganic m atter(POM )could i dentify different water sources i n Gan jiang R iver ,X i ushu iR iver ,Poyang Lake and t he m i xed area of Poyang Lake and Y angtze R i ver .D 15N val ues in orga n is m s i n the heart of Poya ng Lake national nat ure reserve were l o w er than those recor ded i n X i ngzi and D uchang counties whic h were frequently distur bed by human activit i es .i e anthropogenic se w age increased D 15N i n the ecosyste m.T he D 13C values of t he sa m e species of aquatic or ganis m varied i n different areas of the lake ,ho wever their relative trophic levelsw ere sm i ilar accordi ng to t he calculat i on ofD 15N values .1182生态学报29卷K eyW ords:stable isotopes;Poyang L ake;D13C;D15N;anthropogenic act i v ity水域生态系统中的物质循环和能量流动过程一直是生态学研究中的热点问题[1~3]。

碳氮稳定同位素在构建海洋食物网及生态系统群落结构中的研究进展

碳氮稳定同位素在构建海洋食物网及生态系统群落结构中的研究进展碳和氮稳定同位素在构建海洋食物网以及研究生态系统群落结构的进展已经吸引了广泛的关注。

稳定同位素是一种特殊的同位素，可以帮助科学家们了解食物链中各级生物间的物质流动路径和能量传递关系。

下面将会对碳和氮稳定同位素在构建海洋食物网以及研究生态系统群落结构的研究进展进行详细介绍。

此外，氮同位素比值（δ15N）也常被用于研究海洋食物链中不同生物的营养级之间的关系。

氮同位素比值在食物链中逐级升高，因为氮同位素会随着食物的传递而富集。

通过测量海洋生物体内的氮同位素比值，可以推断生物的营养级。

例如，δ15N比值较高的生物通常是食物链的高级消费者，而δ15N比值较低的生物则是营养链的低级消费者。

其次，碳和氮稳定同位素在研究生态系统群落结构方面也取得了一系列的进展。

通过分析不同生物体内的稳定同位素比值，可以计算出生物之间的营养关系、生物多样性以及物种间的相互作用。

例如，通常来说，同一营养级的物种之间的稳定同位素比值差异较小，而不同营养级的物种之间的稳定同位素比值差异较大。

通过对整个生态系统中各种生物的稳定同位素比值的测定和分析，可以了解不同生物之间的关系，进而推断整个生态系统的群落结构和物种丰富度。

总结起来，碳和氮稳定同位素在构建海洋食物网及研究生态系统群落结构方面的研究进展，为我们提供了一种全新的方法和工具，帮助我们了解食物链中不同营养级的物种之间的关系，推断海洋生态系统中生物间的能量和物质流动，以及揭示生态系统中物种丰富度和群落结构的变化。

随着技术的不断进步，稳定同位素在海洋生态系统研究中的应用将会更加广泛和深入，为我们更好地理解海洋生物和生态系统的动态过程提供更为准确和全面的科学依据。

太湖沉积物有机碳与氮的来源

太湖沉积物有机碳与氮的来源倪兆奎;李跃进;王圣瑞;金相灿;储昭升【摘要】选取太湖梅梁湾和湖心柱状沉积物,研究了其有机碳同位素(δ(13)C)和氮同位素(δ(15)N)、C/N、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)含量,并结合(210)Pb和(137)Cs沉积物年代测定技术,探究了近百年太湖沉积物有机质和氮的来源.结果表明:太湖梅梁湾湖区在近百年来,其有机质来源总体以自生为主.20世纪50年代以前,湖区受到人类活动的影响较小,沉积物有机质主要来自于湖泊自身水生植物的沉积;50年代到70年代,湖泊内部环境发生变化,湖区逐渐出现藻类大量死亡并沉积的现象,有机质主要来自于水生植物和藻类的共同沉积;70年代到80年代沉积物机质藻类贡献进一步增大;90年代后到现在,则以藻类的沉积为主要来源方式.梅梁湾湖区沉积物氮素的来源在50年代以前主要以流域土壤流失和大型水生植物的死亡为主;50年代到70年代,人类活动的加剧导致大量工业废水、生活污水的输入,藻类开始大面积爆发,氮主要来自于外源的输入、大型植物和藻类的死亡沉积;90年代后到现在,外源氮的输入得到有效地控制,藻类对沉积物氮的贡献相对显著.湖心区域沉积物有机质和氮的来源主要来自于湖泊内部水生植物的沉积.70年代前,沉积物有机质和氮的来源主要来自于水生植物的沉积和水土流失作用;70年代至今,虽然湖泊受到人类活动外源物质输入影响逐渐增大,但总体来讲贡献较小,沉积物有机质和氮的来源仍以湖泊自生为主.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2011(031)016【总页数】10页(P4661-4670)【关键词】沉积物;放射性同位素;稳定同位素;C/N;来源;太湖【作者】倪兆奎;李跃进;王圣瑞;金相灿;储昭升【作者单位】内蒙古农业大学生态环境学院,呼和浩特,010019;中国环境科学研究院湖泊创新基地/国家环境保护湖泊污染控制重点实验室,北京,100012;内蒙古农业大学生态环境学院,呼和浩特,010019;中国环境科学研究院湖泊创新基地/国家环境保护湖泊污染控制重点实验室,北京,100012;中国环境科学研究院湖泊创新基地/国家环境保护湖泊污染控制重点实验室,北京,100012;中国环境科学研究院湖泊创新基地/国家环境保护湖泊污染控制重点实验室,北京,100012【正文语种】中文Abstract:Variation in the organic carbon and nitrogen of lake sediment recorded the history of geochemistry due to natural and anthropogenic activities.In recent decades，with increasing human activities，Lake Taihu，the third largest freshwater lake in China，suffers a serious eutrophic situation，which affected the ecological balance of the lake.In this study，combining with210Pb and137Cs sediment dating techniques，carbon and nitrogen isotopes(δ13C and δ15N)，C/N ratio，total organic carbon(TOC)，total nitrogen and phosphorus(TN and TP)content of the lake sediment were analyzed to indicate the historical sedimentation of organic mattersin Meiliang Bay and centre area of Lake Taihu.Our results showed that the sources of sediment organic matter were generally autochthonous in the past century of Meiliang Bay.Before 1950s，sediment organic matter was less affected by human activities，mainly from the deposition of aquaticplants.From 1950s to the late 1970s in the last century，the sources of the sediment organic matter were mainly from the aquatic vascular plants and algae.From 1970s to 1980s in the last century，the contribution of algae was obvious.From 1990s in the last century to the present，algae deposition was the main source of sediment organic matter.Nitrogen sources of sediment in Meiliang Bay were mainly derived from soil erosion，fertilizer use and the death of algae before 1950s，and between 1950s and thelate 1970s，sediment sources of nitrogen were mainly from industrial wastewater，domestic sewage input and the death of algaedeposition.From 1990s to the present，the contribution of external nitrogen in the sediment decreased with the increased contribution of algae sedimentation.In the center area of Lake Taihu，organic carbon and nitrogen of sediment were mainly derived from autochthonoussources.Before 1970s，the source of lake sediment organic matter and nitrogen were mainly from aquatic plants and deposition of soilerosion.From 1970s in the last century to the present，human activitiesand the increasing of extraneous material input were increasing，however，organic carbon and nitrogen of sediment were mainly composed of extraneous and internal organic matter.Our results revealed a spatial difference of sedimatation in Lake Taihu and could provide theoretical basis for further analyzing sources of organic matter and evaluating nutrition status of this lake.Key Words:sediment;radioactive isotope;stable isotope;C/Nratio;sources;Lake Taihu研究湖泊沉积物有机质和氮、磷等营养元素的垂向分布及历史来源有助于深入的分析湖泊系统污染来源特征［1］，而碳、氮稳定同位素的技术已被证实是水生环境中鉴别有机质和氮来自于自然界或者人类活动的一种强有力的手段［2-4］。

基于稳定同位素技术的辽宁浑太河流域水生食物网研究

基于稳定同位素技术的辽宁浑太河流域水生食物网研究段元帅;谢军;刘璐;霍斌;李大鹏【期刊名称】《水生生物学报》【年(卷),期】2024(48)1【摘要】为探究辽宁省浑太河流域水生生物营养结构特征及其变化,分别于2020年秋季(10月)和2021年春季(5月)对该流域开展渔业资源调查,依据主要消费者及饵料生物样品的碳、氮稳定同位素值(δ13C和δ15N),利用SIBER和MixSIAR模型分析渔获物群落营养结构的时空差异,并初步构建该流域的食物网。

结果表明,主要渔获物的δ13C和δ15N值分别为–37.18‰—–19.28‰和7.98‰—16.51‰,且季节性差异不显著(P>0.05),但δ13C值空间差异极显著(P<0.01)。

浑太河流域渔获物的营养级为1.71—4.39,同种鱼类营养级具有极显著的时空差异(P<0.01)。

与春季相比,鱼类在秋季摄食的食物资源更丰富、所占的生态位更宽,同时太子河的各项群落营养结构指标均优于浑河。

基础食源分析结果表明水生植物与陆生植物分别为浑太河两个季度的主要碳源,陆生植物和POM分别为浑河和太子河中鱼类的主要碳源。

研究填补了对浑太河流域水生生物食物网及群落营养结构研究的空缺,为该流域后续的保护、修复及进一步开发提供参考依据。

【总页数】11页(P109-119)【作者】段元帅;谢军;刘璐;霍斌;李大鹏【作者单位】华中农业大学水产学院;长江经济带大宗水生生物产业绿色发展教育部工程研究中心;湖北洪山实验室【正文语种】中文【中图分类】Q178.1【相关文献】1.应用碳、氮稳定同位素研究鄱阳湖枯水末期水生食物网结构2.基于稳定同位素的海南东寨港红树林湿地水生食物网结构研究3.基于稳定同位素技术的南湾水库食物网结构研究4.基于碳氮稳定同位素技术的小清河口邻近海域底栖食物网结构研究5.基于稳定同位素技术的保安湖食物网结构特征研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于稳定同位素技术的浙江南部近海主要渔业生物营养级

中国水产科学 2020年4月, 27(4): 438-453 Journal of Fishery Sciences of China研究论文收稿日期: 2019-09-01; 修订日期: 2019-10-16.基金项目: 国家自然科学基金项目(31902372, 41906074); 浙江省渔业资源专项调查项目(158053); 上海市大学生创新创业项目(201810); 大洋渔业资源可持续开发教育部重点实验室开放基金项目(200908).作者简介: 高春霞(1988–), 女, 博士研究生, 从事渔业资源评估和管理研究. E-mail: cxgao@ 通信作者: 田思泉, 男, 教授, 从事海洋生态学、渔业资源评估和管理研究. E-mail: sqtian@ DOI: 10.3724/SP.J.1118.2020.19257基于稳定同位素技术的浙江南部近海主要渔业生物营养级高春霞1, 2, 3, 4, 戴小杰1, 2, 3, 4, 5, 田思泉1, 2, 3, 5, 王家启1, 3, 韩东燕1, 2, 麻秋云1, 2, 汤艾佳11. 上海海洋大学海洋科学学院, 上海 201306;2. 上海海洋大学国家远洋渔业工程技术研究中心, 上海 201306;3. 大洋渔业资源可持续开发教育部重点实验室, 上海 201306;4. 农业农村部大洋渔业资源环境科学观测实验站, 上海 201306;5. 农业农村部大洋渔业开发重点实验室, 上海 201306摘要: 2016年2月和5月在浙江南部近海拖网采集到33种鱼类和18种无脊椎动物, 利用稳定同位素技术测定渔业生物的稳定碳、氮同位素比值(δ13C 、δ15N), 并以此估算其营养级。

研究结果表明: (1)浙江南部近海主要渔业生物同位素比值跨度范围大, δ13C 值范围为–19.71‰~–14.01‰ (跨度 5.70‰), δ15N 值范围为7.05‰~13.69‰ (跨度6.64‰), 其中鱼类的碳、氮同位素跨度范围最大; (2)以滤食性双壳类为基线生物估算浙江南部近海鱼类平均营养级范围为2.66~4.21, 甲壳类营养级范围为3.08~3.72, 头足类营养级范围为2.83~3.49, 腹足类营养级范围为3.54~3.62, 渔业生物营养级主要处于3.0~4.0营养级, 以初级和中级肉食性种类为主; (3)根据聚类和食性文献资料分析浙江南部近海主要渔业生物存在5种食性类型, 包括浮游动物食性、杂食性、底栖生物食性、混合食性和游泳动物食性; (4)根据营养结构特征, 浙江南部近海食物网营养结构可划分为4个营养群, 初级消费者主要为杂食性种类, 次级消费者主要为小型鱼类、虾类及头足类, 中级消费者主要为底栖蟹类、腹足类和混合食性鱼类, 高级消费者为凶猛肉食性鱼类。

基于稳定同位素方法分析东海中北部及黄海南部春季主要鱼类的食性特征

海洋生态学的研究热点。早期的此类研究多利
究主要集中于稳定同位素的时空变化、营养级的
确定和食源的探讨等方面。渔业资源丰富的东海，近年来资源产出量有较大衰减，针对东海及邻近水域开展营养生态学研究具有重大意
动力学研究提供了一定的参考依据。关键词：稳定同位素；东海；黄海南部；海洋鱼类；食性特征；小黄鱼
中图分类号：Ｓ９３１文献标识码：Ａ
食物关系是生态系统结构和功能的基本纽带，是营养生态学研究的核心内容，也是历年来
要：根据２０１０年春季东海中北部和黄海南部底拖网渔业资源调查样品，利用稳定同位素分析方法对该
海域内主要鱼类的营养生态学特征进行研究。结果显示，海域内主要鱼类的８ ” Ｃ比值具有显著的空间差异；调查鱼类主要摄食类型偏底层生物，浮游生物食性类型较少，海域中鱼类的食性类型存在一定空间差别；食源贡献率分析表明，２０１０年春季小黄鱼（Ｌａｒｉｍｉｃｈｔｈｙｓｐｏｌｙａｃｔｉｓ）的饵料生物组成中，头足类如神户枪乌贼（Ｌｏｌｉｇｏｋｏｂｉｅｎｓｉｓ）是其优势食源贡献者（５６．１％），甲壳类如凹管鞭虾（Ｓｏｌｅｎｏｃｅｒａｋｏｅｌｂｅｌｉ）也是其重要的食物来源（２８．３％）。本研究结果证实了稳定同位素方法在鱼类食性分析应用中的可行性，也为海洋鱼类的营养生态

太湖大浦湖区环境变化的沉积物同位素响应特征

太湖大浦湖区环境变化的沉积物同位素响应特征徐龙生;吴敬禄【期刊名称】《海洋地质与第四纪地质》【年(卷),期】2013(33)2【摘要】在137 CS年代学分析的基础上,通过对太湖大浦湖区钻孔沉积物的有机质碳、氮同位素(δ13 C、δ15 N)、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)等指标分析,开展了大浦湖区水体富营养化过程的同位素示踪研究。

结果表明,随着湖泊水体从低营养向富营养演化,沉积物有机质δ13 C、δ15 N有明显的规律性变化。

20世纪50年代以前,湖泊初级生产力低,水环境好,受人类活动影响弱,湖泊沉积记录表现为δ13 C偏高、δ15 N偏低以及较低含量的TOC、TN、TP;到1990s,湖泊环境出现显著的变化,湖泊初级生产力大幅提高,湖泊水环境恶化,营养化水平迅速提高,以致到达富营养阶段。

相应地,湖泊沉积物有机质δ13 C快速下降而δ15 N升高,两者呈明显的反相关系(R=-0.81),而草型湖区东太湖δ13 C和δ15 N组合变化则呈明显正相关(R=0.96),反映了不同湖区同位素对环境变化的响应差异。

据此,初步建立了藻型和草型湖泊富营养化过程的稳定碳氮同位素示踪模式。

【总页数】6页(P137-142)【关键词】沉积物;稳定同位素;富营养化;太湖【作者】徐龙生;吴敬禄【作者单位】中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室;中国科学院大学【正文语种】中文【中图分类】P951【相关文献】1.太湖大浦湖区近百年来湖泊记录的环境信息 [J], 刘建军;吴敬禄2.太湖草/藻型湖区沉积物-水界面环境特征差异 [J], 王永平;朱广伟;洪大林;秦伯强3.藏南沉错沉积物有机质δ^(13)C对湖区环境冷暖变化的响应 [J], 王君波;朱立平4.太湖不同营养水平湖区沉积环境微生物分子生态网络特征及其环境响应分析 [J], 石文莉;蒋如东;马天海;阮晓红;张亚平;白莹5.太湖沉积物碳氮同位素组成特征与环境意义 [J], 吴敬禄;林琳;刘建军;高光因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

利用水生植物氮同位素作为人为氮输入太湖的生物指标

利用水生植物氮同位素作为人为氮输入太湖的生物指标刘勇丽;余辉;徐军;牛远;沙永翠;郭子军;田学达【摘要】富营养化是一个全球性的环境问题,需要更准确地评估人为氮输入对水生生态系统的影响.而初级生产者的N同位素已成为一个有用的生物指标.本研究通过测定太湖和太湖周围湖荡水生植物的δ15N,与水体中的环境因子做GAN分析,结果表明δ15N与水体中的铵态氮、正磷酸盐、总氮都有很显著的相关性,而这主要是由于植物在吸收和同化过程中有较大的同位素效应.水生植物的氮同位素值与氮的有效性和植物对氮的需求有关.当氮浓度有限时,植物对氮的需求变大并且减少了15N的分馏,水生植物则有较高的同位素值,而高氮浓度下,氮的可用性超过植物对氮的需求,15N分馏增大则氮同位素值较低.无锡地区和吴江地区湖荡水生植物同位素值有显著的差异性,无锡地区湖荡湿地富营养化最严重,所以水生植物的δ15N值比吴江地区高.总体来说,水生植物氮同位素可以作为评价生态系统人为氮输入影响的一个有效且简单的生物指标.【期刊名称】《湖泊科学》【年(卷),期】2015(027)002【总页数】7页(P243-249)【关键词】水生植物δ15N;GAM;植物氮的需求;人为氮输入;生物指标【作者】刘勇丽;余辉;徐军;牛远;沙永翠;郭子军;田学达【作者单位】湘潭大学化工学院,湘潭411105;中国环境科学研究院湖泊生态环境创新基地,北京100012;中国环境科学研究院湖泊生态环境创新基地,北京100012;中国科学院水生生物研究所,武汉430072;中国环境科学研究院湖泊生态环境创新基地,北京100012;中国科学院水生生物研究所,武汉430072;湘潭大学化工学院,湘潭411105;中国环境科学研究院湖泊生态环境创新基地,北京100012;湘潭大学化工学院,湘潭411105【正文语种】中文富营养化目前是很多国家面临的一个持久的环境难题，主要是人口增长、人类活动加快和污染排放增加等带来的影响.由于这些区域氮、磷的增加，湖泊生态系统面临越来越大的压力[1-2].随着富营养化的发展，湖泊生态系统将会出现生物多样性下降、生物群落结构单一化、水体质量下降等问题[3-5].人为氮输入对水生生态系统造成不利影响，需要找到合适的指标来评价水质的变化[6].而稳定同位素技术在环境领域中被认为是很好的天然示踪剂，在污染物迁移和转化过程中组成稳定，不造成二次污染，因此被广泛应用[7].初级生产者的δ15N来指示氮的来源和氮污染负荷已经不是一个新的技术.海草、红树林、藻类等植物的δ15N都已经被用来评价废水输入对生态系统的影响[6，8-9].氮有两种稳定同位素14N和15N，相对丰度14N=99.64%，15N=0.36%.水生生态系统中氮的来源包括降水、化肥、动物粪便、污水排放、地下水和微生物的氮循环等，这些来源有不同的δ15N.例如化肥的δ15N为-3‰～3‰，污水或者动物粪便的δ15N为10‰～22‰，大气中的δ15N为2‰～8‰[10-11].随着时间的推移，初级生产者将依据他们的增长整合利用这些营养物质，反映出一定的同位素特征[8].水生植物氮同位素已经被证实是一种很好的指示剂，可以用来指示人为氮的输入[12].水生植物会吸收水中的溶解性无机氮(DIN)(包括硝态氮-N)和铵态氮-N))，在吸收和同化过程具有较大的同位素效应，被吸收、同化后的氮素比吸收同化前更富集15N.硝化、反硝化、挥发过程均会产生比较大的同位素分馏[10].一些研究表明初级生产者的δ15N随污水中DIN的增加而增加[13]，污染区域发现的植物δ15N比未污染区域植物δ15N高[4，14].太湖流域有172条河流连通着太湖[15]，大多数污染物流入的河流位于西部或西北部，而污染物流出的河流位于南部或东南部，大约有30%～40%的氮、磷被留在湖中[3].氮、磷和其他一些元素是植物生长所必需的，如果水体收到更多不必要的氮和磷，生态系统稳定性将改变，例如发生蓝藻水华.而外源物质的输入是造成太湖富营养化的主要原因[16].本研究利用同位素技术，探讨水生植物δ15N与水体环境因子之间的关系，进而评定水生植物δ15N可以作为湖泊输入负荷的指示器，为太湖外源负荷的监测提供一种有效且简单的方法，同时为太湖流域生态评价提供依据.1.1 研究区概况太湖是我国第三大淡水湖，位于长江的下游，跨江苏无锡、苏州和浙江湖州等城市(30°55′40″～31°32′58″N，119°52′32″～120°36′10″E).湖泊面积2338km2，湖长(从北到南) 68.5km，湖宽(从东到西)56km.平均水深1.9m，最大深度2.6m[3]. 重污染的湖荡主要集中在太湖流域西北部，即无锡、宜兴、苏州辖区，污染较轻的湖荡主要集中在太湖流域东南部，即湖州辖区[17].近10年来，由于城市化加快、水体高密度养殖和污染物排放增加，太湖夏季蓝藻水华频繁暴发，湖荡水体生态严重退化，水生生物多样性全面衰退.1.2 样品采集与处理在太湖以及太湖周边湖荡布置采样点(图1)，用采水器在水表层0～0.5m采集水样.采集的水样在冷藏条件下运回实验室，通过GF/C玻璃纤维滤膜(47mm)过滤后的滤液转移到250ml瓶子中，滤膜用于叶绿素和悬浮物的测定，滤液用于测定其他水化指标.载有悬浮物的滤膜经过105℃烘干后，用电子天平称量悬浮物(SS)的质量，该值与水样体积的比值即为悬浮物的浓度.叶绿素a(Chl.a)采用丙酮萃取分光光度法测定；高锰酸盐指数(CODMn)采用高锰酸盐指数法测定；总氮(TN)采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定；-N采用纳氏试剂比色法测定；总磷(TP)采用过硫酸钾消解钼酸铵分光光度法测定；正磷酸盐)采用钼酸铵分光光度法测定[18].水生植物样品用采草器在水样采样点的周围采集，采集的植物种类包括挺水植物、沉水植物、浮叶植物、自由漂浮植物.采集的每株植物取其最新叶片放入塑料袋，带回实验室处理.将其表面附着藻刮洗后，用去离子水反复冲洗3次，在60℃下烘干48 h至恒重，用研钵研磨成均匀粉末后放入细菌保存管中保存.1.3 稳定同位素分析植物样品分析所用的仪器为中国科学院水生生物研究所Carlo Erba EA-1110元素分析仪与Delta Plus Finnigan同位素比率质谱连用仪.氮同位素比值以δ值的形式表达：δ15N=[(Rsample/Rstandard)-1]×1000.式中，Rsample为所测得的同位素比值，氮同位素是14N/15N；Rstandard为标准物质的同位素比值，氮稳定同位素测定的标准物质为N2.δ值越小表示样品重同位素15N含量越低，越大表示样品重同位素15N含量越高.每测定10个样品插入1个标准样品，并随机挑选1～2个样品复测.样品分析精度为±0.3‰[19].1.4 数据处理如果数据不符合正态分布，选择数据转换也未能实现正态分布，则使用Kruskal-Wallis检验(秩和检验)差异显著性，样本间的多重比较则使用Kruskalmc检验.如果数据符合正态分布，则使用t检验来检验差异显著性.由于水生植物δ15N与水体环境因子之间的关系复杂，不能用多元线性回归解释它们之间的相互关系，所以用广义可加模型GAM来探讨.GAM为广义线性模型的非参数化扩展，其优点是能直接处理响应变量与多个解释变量之间的非线性关系.广义可加模型在拟合响应变量与解释变量之间的非线性关系过程中，需考虑曲线的拟合优度和光滑度，还要避免或者减轻过度拟合.根据GAM中得出的各解释变量的显著程度(P值)和赤池信息量基准(AIC值)来对模型变量进行选择，筛选出最优的解释变量.本研究中，δ15N为响应变量，并且进行对数转换，以太湖和太湖湖荡水体各个因子、Chl.a为解释变量，采样时间(time)作为随机变量加入到模型中，建立GAM模型：式中，s为自然样条平滑，ε为误差项.AIC值越小，表明模型的拟合效果越佳，利用P值判定各因子的显著性是否存在差异.2.1 稳定同位素分析结果太湖水生植物的δ15N组成在3.5‰～25‰之间变化，其中水鳖的δ15N值最大(16.59‰±4.18‰)，金银莲花的δ15N值最小(7.29‰±0.95‰).采集到的植物中，分布较多的植物种类为沉水植物，有竹叶眼子菜、菹草、穗花狐尾藻、金鱼藻等，自由漂浮植物较少，仅有少量的水鳖和槐叶苹.挺水植物主要有芦苇、菰、空心莲子草(表1).不同生活型的δ15N值没有显著性差异(P>0.05)，黑藻的δ15N值和其他水生植物之间没有显著性差异(P>0.05).*表中所示有生活型2=挺水植物，1=沉水植物，3=浮叶植物，4=自由漂浮植物，n为样品数量.由图2可知，太湖各个月份水生植物δ15N值之间有显著差异性(Kruskal检验，P<0.05).6月份水生植物的δ15N平均值最高，而11月份δ15N最小.11月和6月水生植物的δ15N有显著差异(P<0.05)，其余月份之间的δ15N没有显著差异(P>0.05).按照北半球平均气温将太湖地区的四季做如下划分：11月下旬至次年2月底为冬季；3月上旬至5月中旬为春季；5月底至9月上旬为夏季；9月中旬至11月中旬为秋季[20].结果表明季节之间的δ15N没有显著变化(Kruskal检验，P=0.334).2.2 水生植物稳定同位素与环境因子的GAM模型分析GAM模型结果表明，有5个因子进入模型，模型的总解释率为25.8%，R2为0.236.其中δ15N与相关性极显著(P值远远小于0.001)，TN、Chl.与δ15N显著相关(P<0.05).由图3所示，与水生植物δ15N存在非线性关系，对δ15N影响最大，δ15N随着浓度的增大而增大.浓度在0.015～0.025mg/L时，δ15N值下降，大于0.025mg/L时，δ15N值单调递增.TN浓度小于2.5mg/L时，对于δ15N值影响不大，大于2.5mg/L时，δ15N值单调递减.浓度和水生植物δ15N存在显著的正相关，且为线性关系.TP、Chl.a对于δ15N值变化影响较小.研究结果表明，不同生活型的水生植物δ15N没有显著差异，可能是由于采集的都是水里的新叶，在吸收同化过程中都发挥了等同的同位素效应.Madsen等[21]发现沉水植物去掉根部后，叶子也可以对水中营养物进行吸收，并且叶子对水体中营养物的吸收能力强于沉积物[22].已有研究表明，黑藻具有典型的C4型光合作用途径[23]，但是其δ15N值与其他C3途径植物比较没有显著性差异，也说明了水生植物氮同位素不受其生活型和光合反应途径的影响.本研究中水生植物δ15N与水体中的呈线性正相关关系.水生植物会吸收水体中的-N和-N吸收相比于-N吸收能降低能量消耗，因此-N成为许多初级生产者的最优先氮源[24].水生植物对等无机盐的吸收和同化过程具有较大的同位素效应.氨挥发过程能产生15N贫化的NH3，使剩余的-N富集15N.硝化过程同样使剩余的-N富集15N，植物吸收这些富集的15N导致高的δ15N.这一结论只适用水体中-N浓度较低时，本研究中-N浓度为0～2mg/L，但当-N浓度较高时，植物δ15N的变化可能相反.Cole等[13]发现随着地理位置改变，一些植物δ15N伴随着水体中DIN浓度增加而增加.所以本研究中水生植物δ15N的变化规律能很好地指示水体中人为氮输入的变化.水体中TN的浓度与δ15N呈负相关.可能有以下几个原因：(1)氮源发生变化，不同来源的δ15N不同，污水或者动物粪便的δ15N为10‰～22‰，化肥污水的δ15N为-3‰～3‰，同化过程中的分馏程度随氮的来源变化[25].吸收氮源中重的15N导致水生植物δ15N值偏高，吸收贫化的15N导致水生植物δ15N偏低；(2)随着TN浓度的升高，氮的可用性超过了氮的需求，不是所有可利用的氮都能被植物吸收，氮的吸收则会更倾向14N而不是15N，15N分馏从而导致水生植物δ15N值减小.湿生植物[26]、浮游植物[27]、水生植物和红树林[28-29]植物叶子的δ15N与氮的有效性和植物对氮的需求之间的关系已经被研究，结果都表明植物的氮同位素特征与氮的可用性和植物对氮的需求有关.水生植物的δ15N随着浓度增加，总体上呈现上升的趋势.外部P可用性的变化已经被证实会影响红树林的δ15N[26]，这一理论同样适用于水生植物[30-31].磷浓度较低时水生植物有较低的δ15N.沉积物中的磷释放造成水体中无机磷浓度很高[32]，此时氮是主要的限制因子.磷的浓度增加，导致植物对氮的需求变大并且减少了15N的分馏，所有的氮同位素都能够被吸收，因此植物的δ15N很高.有研究表明，2000-2007年相对于无锡地区，吴江地区城镇建设用地较少[33]，而城镇建设用地对水质指标(溶解氧、CODMn和-N)有负面影响[34].无锡区域重富营养化的湖荡就占有26.7%，而苏州、湖州、常进地区只存在中富营养和富营养湖荡.在无锡地区湖荡采集植物样品数量n=52，吴江地区为n=28，对两个地区的水生植物δ15N值进行比较，结果表明有显著性差异(t检验，P<0.05)，无锡地区湖荡水生植物的δ15N值较吴江地区湖荡的高.Fry等[29]发现红树林叶子的δ15N值在受人为影响较大的红树林与受人为影响较小的氮输入区之间有显著的差异性，前者δ15N值较高，后者则较低.这些研究都说明了水生植物能够很好地指示外源输入对水生生态系统的影响.本研究结果表明，水生植物氮同位素值不受生活型和光合反应途径的影响，主要与氮的有效性和植物对氮的需求有关[35-36].利用水生植物δ15N值作为指示器可以成功地评估人为氮输入对水生生态系统的影响，这个研究结果提供了一个简单的工具去评价外源营养物质输入对湖泊生态系统的影响，而不是用传统的监测水体营养物质的方法，为评价太湖流域水环境提供理论依据.【相关文献】[1] 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