基于生物标志物分析的河流食物网结构及能量流动研究
河流生态系统孕育了丰富的生物多样性，并为人类社会提供了许多重要的生态服务功能。由于人类活动日益增强，河流生态系统的结构和功能正面临着多重环境压力的影响。研究河流食物网的结构和能量流动是理解河流生态系统结构和功能的基础途径，可以为了解河流生态系统如何应对人类干扰提供重要见解。然而，不同空间尺度上的环境因子对河流生态系统的影响存在差异，对河流食物网结构及能量流动在不同尺度上如何响应人为干扰的认识仍不清楚。本研究以青藏高原拉萨河流域和我国三级台地典型小流域（雪绒藏布、金水河和句容河）为研究区域，以河流食物网为研究对象，基于碳氮稳定同位素研究方法探讨了流域内和跨流域尺度的河流食物网碳源及结构对人类活动的响应；通过河流原位控制实验，基于稳定同位素技术和脂肪酸分析方法，研究了河岸带敞开及营养元素富集对河流初级生产者的结构和功能，以及食物网中物质和能量流动的影响。主要研究结果如下： （1）拉萨河食物网以外源性碳为主要能量来源，营养负荷相关的人为干扰未明显改变内、外源性碳对食物网中消费者的相对贡献。然而，人为干扰增加了附石藻类的 δ15N 值、基础食源和鱼类的生态位空间，以及食物网的营养多样性，但降低了食物链长度和群落的营养冗余，导致食物网更加简单，并使生态系统对外界环境变化的抵抗力降低。进一步的研究发现，营养负荷中起到关键作用的是水体总氮浓度，其影响了河流食物网营养多样性和营养冗余。因此，减少河流的氮源输入对于青藏高原河流的管理及其生物多样性的保护至关重要。 （2）三级台地小流域溪流：高原溪流（雪绒藏布）食物网中大型底栖无脊椎动物消费者主要依赖外源性碳（河岸带植物）；山地/丘陵溪流（金水河）食物网以叶凋落物为主要碳源，其次为附石藻类；长江中下游平原溪流（句容河）食物网则以内源性碳（seston、FBOM和附石藻类）为主要能量来源。雪绒藏布食物网的营养多样性、营养冗余均低于金水河和句容河，表明该生态系统更加脆弱。同时，跨流域尺度的消费者的 δ15N 值与流域人为活动有关的氮输入存在着明显的正相关关系。此外，河岸带植被增加提高了食物网的营养多样性，而一定浓度范围内（NH4+-Nlt;0.4 mg/L）的水体营养元素增加提高了食物网的营养冗余。 （3）河道遮盖及营养元素添加的野外原位控制实验研究发现，营养元素添加增加了溪流附石藻类中硅藻的密度以及群体生活形（colonial life-form）、浮游型（planktonic guild）和高挺型（high-profile guild）硅藻的相对丰度，但降低了低矮型（low-profile guild）硅藻的比例。河道遮盖增加了低矮型硅藻的相对丰度，但降低了贴壁生活形（adnate life-form）、浮游型和高挺型硅藻的比例。附石藻类群落的总初级生产力（GPP）、净初级生产力（NDM）和P/R（总初级生产力/呼吸作用）值随营养元素添加而增加，而呼吸作用（R）仅在河道无遮盖并营养元素添加时增加。研究结果表明，由河道遮盖和水体营养元素含量变化导致的附石藻类群落结构的改变将影响附石藻类群落的功能。 （4）河岸带植被覆盖开放和营养元素添加的交互效应提高了溪流内源性碳（附石藻类）对食物网中消费者的相对贡献，同时增加了溪流食物网的营养多样性，但降低了食物网的营养冗余，从而对生态系统的稳定性产生负面影响。同时，营养元素添加提高了附石生物膜和大型底栖无脊椎动物的 δ15N 值。研究结果表明，由于河流食物网对河岸带人类活动引起的光强和营养元素变化的响应敏感，迫切需要保护和恢复河岸植被以及减少对河流水体的营养盐输入。 （5）水体营养元素添加增加了附石生物膜和底栖动物刮食者中由脂肪酸标志物示踪的内源性碳（即藻类，特别是硅藻）的含量。由EPA含量指示的附石生物膜的营养质量随营养元素的富集而提高，并在河道遮盖的交互影响下更为明显，从而导致底栖动物刮食者的营养质量、密度及生物量增加。此外，附石生物膜与底栖动物刮食者之间的营养联系主要受附石生物膜的 EPA 含量影响，并在河道遮盖和营养元素添加的协同作用下加强。研究结果表明，与河道遮盖及水体营养盐输入有关的人类活动可改变河流附石生物膜的碳源和多不饱和脂肪酸（PUFA）组成，并通过降低PUFA在食物网中的传递而降低食物资源的营养质量。 本研究揭示了河流食物网结构及能量流动响应不同尺度人为干扰的机制，为研究全球变化背景下河流生态系统的动态变化和河流生态系统健康的保护及恢复提供了理论依据。
河流食物网;营养元素;能量流动;稳定同位素;脂肪酸分析
西藏大学
博士
生态学
张全发;谭香
2023
中文
X171.1
2023-09-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）