基于稳定同位素分析与生态通道模型的西南黄海生态系统结构和能量流动分析

【摘要】：本研究以西南黄海生态系统为研究对象,分析了自1985年以来的江苏省近海海洋捕捞量,并分别基于稳定同位素分析和生态通道模型方法来研究生态系统营养结构,并交叉验证两种方法的可行性。其中,长时期近海海洋捕捞数据分析可以为生态系统关键种群的变化提供基础信息。在此基础上,通过构建两个不同时期(2000、2008年)的西南黄海生态通道模型,在基本覆盖研究区生态系统结构和能量流动过程的前提下,对其进行生态网络分析,获得主要结论如下:①2000年西南黄海生态系统的24个功能群营养级范围为1.000～3.976;2008年西南黄海生态系统的20个功能群营养级范围为1.000～4.509。两个时期的西南黄海生态系统中高、中、低营养级均有功能群分布,系统营养级结构较为完整。2000年西南黄海生态系统整合营养级Ⅰ、Ⅱ分别占流向碎屑总量的71.87%和25.40%:2008年西南黄海生态系统整合营养级Ⅰ、Ⅱ分别占流向碎屑总量的81.22%和16.28%,说明系统对营养级Ⅰ的能量利用减弱,而对营养级Ⅱ的利用增强,对营养级Ⅲ及以上的中高营养级部分利用充分,能量传递受阻现象在系统低营养级Ⅰ、Ⅱ之间应该存在。2000年和2008年西南黄海生态系统的整体能流分布均呈现典型的金字塔型,即低营养级值大,越往顶级越小,碎屑和初级生产者(浮游植物)组成的低营养级是系统能量的主要来源,可见应适当增加高营养级在系统中的所占比例,使生态系统能更成熟稳定。②2000年西南黄海生态系统的系统总转化效率为9.101%,低于林德曼的1/10转化效率,营养级Ⅰ→Ⅱ、Ⅱ→Ⅲ间的能量转化效率也低于林德曼的1/10转化效率;2008年西南黄海生态系统的系统总转化效率为13.22%,各营养级间的能量转化效率均高于林德曼的1/10转化效率。两个时期的西南黄海生态系统低营养级间均普遍低于高营养级间的转化效率,表明西南黄海生态系统低营养级Ⅰ、Ⅱ的能量存在较多剩余,未能得到充分利用。③2000年西南黄海生态系统总初级生产量/总呼吸量值为1.979,总初级生产量/总生物量值为44.964;2008年西南黄海生态系统总初级生产量/总呼吸量值为2.541,总初级生产量/总生物量值为50.326。2008年西南黄海生态系统相较于2000年生态系统脆弱性增加,但两者均处于较低成熟度水平。与其他相似生态系统参数的比较表明,西南黄海生态系统各功能群的联系相对紧密,食物网结构相对复杂,但仍处于脆弱的不稳定、不成熟阶段。④基于西南黄海生物样实验数据和前人相关研究数据的16个功能群共56种海洋生物的碳氮稳定同位素数据分析,与生态通道模型方法对营养级的估算相比,生态通道模型估计的营养级在低营养级功能群略高于稳定同位素推算值,在高营养级功能群略低于稳定同位素推算值。生态通道模型估算出的生态系统功能群营养级与生物样品的稳定同位素δ15N值估算的营养级呈现高度正相关,2008年西南黄海生态系统生态通道模型相比于2000年功能群营养级与稳定同位素分析功能群营养级的线性相关性更高,符合时效性原则。表明生态通道模型和稳定同位素分析方法都可以通过交叉验证来确定食物网的营养水平。这也证明了本研究中生态通道Ecopath模型中所使用的各生物功能群的食物组成信息相对比较准确,本研究中生态系统的稳定同位素数据可以用于未来其他类似的生态系统模拟。⑤1985-2017年间江苏省近海海洋捕捞量变化:以1997年和2003年为界,江苏省近海海洋捕捞总产量呈现明显的先增后减趋势。鱼类是江苏省海洋捕捞的主体,其在1985-2017年间的海洋捕捞产量的变化趋势与总产量相关性很强,呈现明显的先增后减趋势。虾蟹类的海洋捕捞年产量整体呈现稳定增长趋势。综合所有经济捕捞种来看,除虾蟹类个别品种以外,自2010年开始,其年海洋捕捞产量都相继稳定在某一个范围波动,海洋捕捞产量的年际变化相较于之前幅度很小。这说明在33年间,人类活动对江苏近海海洋生态系统的影响一直在持续,并在某种程度上可能影响或改变了其生态系统的生物组成。