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生 态 学 报
(SHENGTAI XUEBAO)
第 32 卷 第 5 期 2012 年 3 月 (半月刊)
目 次
淀山湖富营养化过程的统计学特征 程 曦,李小平,陈小华 (1355)……………………………………………
拟水狼蛛对食物中镉的吸收和排泄及生物学响应 张征田,张光铎,张虎成,等 (1363)…………………………
接种后共培养时间对丛枝菌根喜树幼苗喜树碱含量的影响 于 洋,于 涛,王 洋,等 (1370)………………
沙尘暴发生日数与空气湿度和植物物候的关系———以民勤荒漠区为例
常兆丰,王耀琳,韩福贵,等 (1378)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
西藏牦牛 mtDNA D-loop区的遗传多样性及其遗传分化 张成福,徐利娟,姬秋梅,等 (1387)…………………
红松阔叶混交林林隙土壤水分分布格局的地统计学分析 李 猛,段文标,陈立新,等 (1396)…………………
黄土丘陵区子午岭不同植物群落下土壤氮素及相关酶活性的特征 邢肖毅,黄懿梅,黄海波,等 (1403)………
毛竹高速生长期土壤碳氮动态及其微生物特性 王雪芹, 张奇春,姚槐应 (1412)………………………………
长期 N添加对典型草原几个物种叶片性状的影响 黄菊莹,余海龙,袁志友,等 (1419)………………………
接种 AMF对菌根植物和非菌根植物竞争的影响 张宇亭,王文华,申 鸿,等 (1428)…………………………
福州大叶榕隐头果内的小蜂群落结构与多样性 吴文珊,陈友铃,蔡美满,等 (1436)……………………………
不同生境朝鲜淫羊藿生长与光合特征 张永刚,韩 梅,韩忠明,等 (1442)………………………………………
基于日均温度的华山松径向生长敏感温度研究 封晓辉,程瑞梅,肖文发,等 (1450)……………………………
长江三峡库区蝶类群落的等级多样性指数 马 琦,李爱民,邓合黎 (1458)……………………………………
甜瓜幼苗叶片光合变化特性 韩瑞锋,李建明,胡晓辉,等 (1471)…………………………………………………
双季稻田种植不同冬季作物对甲烷和氧化亚氮排放的影响 唐海明,肖小平,帅细强,等 (1481)………………
古尔班通古特沙漠西部地下水位和水质变化对植被的影响 曾晓玲,刘 彤,张卫宾,等 (1490)………………
流溪河水库颗粒有机物及浮游动物碳、氮稳定同位素特征 宁加佳,刘 辉,古滨河,等 (1502)………………
采用本土蔬菜种子替代水堇评价污泥有机肥腐熟度 刘颂颂,许田芬,吴启堂,等 (1510)………………………
人为营养物质输入对汉丰湖不同营养级生物的影响———稳定 C、N同位素分析
李 斌,王志坚,金 丽,等 (1519)
………………………………
……………………………………………………………………………
流沙湾海草床海域浮游植物的时空分布及其影响因素 张才学,陈慧妍,孙省利,等 (1527)……………………
福寿螺的过冷却研究 赵本良,章家恩,罗明珠,等 (1538)…………………………………………………………
水稻生育期对褐飞虱和白背飞虱卵巢发育及起飞行为的影响 陈 宇,傅 强,赖凤香,等 (1546)……………
绿盲蝽越冬卵的耐寒能力 卓德干,李照会,门兴元,等 (1553)……………………………………………………
陆桥岛屿环境下社鼠种群数量的估算方法 张 旭,鲍毅新,刘 军,等 (1562)…………………………………
北京市居民食物消费碳足迹 吴 燕,王效科,逯 非 (1570)……………………………………………………
社会经济系统磷物质流分析———以安徽省含山县为例 傅银银,袁增伟,武慧君,等 (1578)……………………
内陆河流域试验拍卖水权定价影响因素———以黑河流域甘州区为例 邓晓红,徐中民 (1587)…………………
专论与综述
台风对森林的影响 刘 斌,潘 澜,薛 立 (1596)………………………………………………………………
海洋酸化对珊瑚礁生态系统的影响研究进展 张成龙,黄 晖,黄良民,等 (1606)………………………………
三种外来入侵斑潜蝇种间竞争研究进展 相君成,雷仲仁,王海鸿,等 (1616)……………………………………
沉积物生源要素对水体生态环境变化的指示意义 于 宇,宋金明,李学刚,等 (1623)…………………………
异化 Fe(Ⅲ)还原微生物研究进展 黎慧娟,彭静静 (1633)………………………………………………………
问题讨论
锡林郭勒盟生态脆弱性 徐广才,康慕谊,Marc Metzger,等 (1643)………………………………………………
研究简报
哥斯达黎加外海夏季表层浮游动物种类组成及分布 刘必林,陈新军,贾 涛,等 (1654)………………………
期刊基本参数:CN 11-2031 / Q∗1981∗m∗16∗308∗zh∗P∗ ¥ 70． 00∗1510∗35∗2012-03
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封面图说: 气候变暖下的北极冰盖———自从 1978 年人类对北极冰盖进行遥感监测以来,北极冰正以平均每年 8. 5%的速度持
续缩小,每年 1500 亿吨的速度在融化。 这使科学家相信,冰盖缩小的根本原因是全球变暖。 北极的冰盖消失,让更
大面积的深色海水暴露出来,使海水吸收更多太阳热辐射反过来又加剧冰盖融化。 由于北极冰的加速融化,北冰洋
的通航已经成为 21 世纪初全球最重要的自然地理事件和生态事件。 从这张航片可以看到北极冰缘正在消融、开裂
崩塌的现状。
彩图提供: 陈建伟教授 北京林业大学 E-mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 5 期
2012 年 3 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 5
Mar. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:公益性行业(农业)科研专项经费资助(200903048-08);中央高校基本科研业务费专项资金项目资助(XDJK2009C196)
收稿日期:2011-01-12; 修订日期:2011-06-13
∗通讯作者 Corresponding author. E-mail: zhangyg@ swu. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201101120061
李斌,王志坚,金丽,江星,徐丹丹,刘晓蕾,陈大庆,张耀光.人为营养物质输入对汉丰湖不同营养级生物的影响———稳定 C、N同位素分析.生态
学报,2012,32(5):1519-1526.
Li B, Wang Z J, Jin L, Jiang X, Xu D D, Liu X L, Chen D Q, Zhang Y G. Effects of anthropogenic nutrient input on organisms from different trophic
levels in Hanfeng Lake: Evidence from stable carbon and nitrogen isotope analysis. Acta Ecologica Sinica,2012,32(5):1519-1526.
人为营养物质输入对汉丰湖不同营养级生物的影响
———稳定 C、N同位素分析
李 斌1, 王志坚1, 金 丽1,江 星1,徐丹丹1,刘晓蕾1,陈大庆2,张耀光1,∗
(1. 淡水鱼类资源与生殖发育教育部重点实验室,水产科学重庆市市级重点实验室,西南大学生命科学学院,重庆 400715;
2. 中国水产科学研究院长江水产研究所,武汉 430223)
摘要:以长江一级支流小江上游的汉丰湖为研究对象,设置了 4 个采样点(影响组:A, B;对照组:C, D),应用碳、氮稳定性同位
素探讨人类生活污水和农业面源污染对汉丰湖水生生态系统中不同营养级水平生物类群的影响。 结果表明:影响组 POM(颗
粒有机物)和螺类碳、氮稳定性同位素比值范围分别为-25. 93‰—-24. 63‰、4. 12‰—9. 86‰,-14. 28‰—-21. 60‰、7. 97‰—
19. 99‰;对照组 POM (颗粒有机物) 和螺类碳、氮稳定性同位素比值范围分别为 - 25. 62‰—- 22. 51‰、 0. 01‰—
6． 56‰,-22. 96‰—-19. 21‰、6. 75‰—8. 89‰;不同组间 POM 和初级消费者螺类碳同位素比值无明显空间变化(P>0. 05),
而氮稳定性同位素比值空间变化显著(P<0. 05)。 因此,在汉丰湖食物网中,氮稳定性同位素特征更好地反应了营养物质(人为
输入)吸收和富集的信息。 与固着藻类、鱼类等相比,POM 和软体动物螺类更适合作为环境评价的指示物。 影响组 A、B 样点
的部分生物类群已经受到了人为营养物质输入的影响,影响强度 B样点区域>A样点区域。 结果建议加强汉丰湖水环境保护,
控制污水排放量及提高污水处理水平,对于保护小江和三峡库区水质具有十分重要的意义。
关键词:稳定同位素;POM;螺类;汉丰湖
Effects of anthropogenic nutrient input on organisms from different trophic levels
in Hanfeng Lake: evidence from stable carbon and nitrogen isotope analysis
LI Bin1, WANG Zhijian1, JIN Li1, JIANG Xing1, XU Dandan1, LIU Xiaolei1, CHEN Daqing2, ZHANG
Yaoguang1,∗
1 Key Laboratory of Freshwater Fish Reproduction and Development (Ministry of Education), Chongqing; Key Laboratory of Aquatic Science of Chongqing;
School of Life Science Southwest University, Chongqing 400715, China
2 Yangtez River Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Science, Wuhan 430223, China
Abstract: The carbon and nitrogen stable isotope analysis have been used to study the aquatic ecological system and trophic
ecology since the early 1970s. With the increasing of human activities, many kinds of pollution, such as industrial waste
water, widespread pollution from the overuse of fertilizers, and domestic sewage and rubbish, were discharged into rivers
and lakes, causing aquatic eutrophication, which has resulted in many severe ecological consequences like the
disappearance of aquatic plants and the decrease in biodiversity. Therefore, it is vital to monitor the eutrophication as early
as possible. The carbon and nitrogen stable isotope analysis are a good method of checking and evaluating the trophic
conditions of aquatic ecology. Moreover, many studies were conducted with regard to the organic materials in human sewage
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as well as the influences of the input of nutrient materials on the aquatic ecology environment. And the organisms of the
Hanfeng Lake have been also faced with the threats of domestic sewage water and widespread pollution from the overuse of
fertilizers produced by surrounding residents. In the present study, the stable isotope approach was used and we compared
the difference of isotopic signatures of the same species between the impacted areas (A and B sites) and the control areas
(C and D sites) . . So the aims of the present study were trying to investigate the effects of human sewage and agricultural
non-point source input in organisms from the different trophic levels ( primary producers and primary consumers) in the
Hanfeng Lake, an upper reaches of the Yangtze River. The results showed that the carbon and nitrogen stable isotope values
of POM and sanil samples were various in different groups. In impact groups, the values of POM samples were -25. 93‰
—-24. 63‰ forδ13C and 4. 12 ‰ —9. 86‰ for δ15N, the values of snail samples ranged from -14. 28‰ — -21. 60 ‰
(δ13C) and 7. 97 ‰ — 19. 99‰ (δ15N); In control groups, the values of bothe POM and snails samples were -25. 62—
-22. 51‰ (δ13C)、0. 01—6. 56‰ (δ15N),-22. 96—-19. 21‰ (δ13C)、6. 75—8. 89‰ (δ15N), respectively;. The δ13C
values for either POM and snails ( primary consumers) were not significantly different between different sampling groups
(P>0. 05), while the change of δ15N in different sampling groups varied greatly (P<0. 05). The relative trophic position
of primary producer, such as periphytic algae, POM ( mainly composed of phytoplankton ) and primary consumers
(snails), are higher in impact groups than in those of control groups, whereas there is no significant difference in the
relative trophic levels of the other higher trophic level consumers, such as carp (Cyprinus carpio), crucian (Carassius
auratus) and Amur catfish (Silurus asotus). Therefore, the nitrogen stable isotope signature was proved to better describe
the information on the absorption and enrichment of anthropogenically derived material in food webs of the Hanfeng Lake.
Compared with the other organisms(e. g. periphytic algae and fish), POM and snails were more sensitive to pollution than
other species, and could be more appropriate to serve as an indicator of assessing the quality of environment. Moreover, the
organisms from both impacted groups ( site A and site B) in the Hanfeng Lake have been profoundly influenced by
anthropogenic inputs of nutrient matter, and site B received a more stronger interference than site A. In conclusion, it has
important significance to strengthen the protection of the environment of the Hanfeng Lake, and control the effluent
discharge amount for protecting the water quality of the Xiaojiang River and even the Three Gorges Reservoir Area.
Key Words: stable isotope; particulate organic matter; snail; Hanfeng Lake
20 世纪 70 年代以来,稳定碳、氮同位素分析开始应用于研究水生生态系统营养生态学。 随后该方法广
泛用于水生生态系统中食物网结构、食物来源、消费者个体发育过程中食性转变及鱼类洄游等方面的
研究[1-3]。
随着人类活动的增加,工业废水、农业面源污染、生活污水和垃圾等被排放到河流、湖泊、河口和沿海,对
水域环境和水生生物造成了严重的威胁。 水体富营养化可导致水体中有毒藻类(水华)的爆发、水生植物的
消失以及水生生物多样性降低等严重后果[4-5]。 因此,水体富营养化的早期监测就显得尤为重要。 而碳、氮
稳定性同位素方法已经成功用于评估和监测水生生态系统营养状况[6-7]。 从近几年的文献报道可知,关注人
类生活污水中有机物及营养物质输入对水生生态系统环境影响的论文越来越多[8-10]。 该方法用于评估和监
测水生生态环境质量主要基于污染区和非污染区生物间同位素比值具有显著差异。 通常人类生活污水中氮
同位素比值较高为 10‰—20‰,大气沉降的氮同位素比值为 2‰—8‰,农业化肥中氮同位素比值为-3‰—
3‰[6]。 目前,稳定性同位素方法在国内的应用已经起步[11-16],但尚无应用稳定同位素探讨人为营养物质输入
对三峡库区水生生物影响的报道。
汉丰湖(图 1)位于长江一级支流小江的上游。 近年来,汉丰湖周边居民(开县县城)产生的生活污水和
垃圾、农业面源污染等对汉丰湖水生环境安全产生潜在的威胁。 本研究目的:应用碳氮稳定性同位素评估人
为营养物质输入对汉丰湖水域不同营养级水平生物的影响,以期为汉丰湖水生生态环境的保护提供理论依
0251 生 态 学 报 32 卷
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据;同时也可作为研究模式为三峡库区相关研究提供参考。
1 研究方法
1. 1 研究地点
本研究设置了 A、B、C和 D共 4 个样点(图 1 和表 1)。 A样点距汉丰湖大坝约 1. 0 km,位于消落带农业
生产区附近;B样点位于污水排放口处,距 A样点约 2. 0 km;C 样点位于 B 样点的上游约 5. 0 km 处,远离人
口密集的开县县城及农业生产区;D 样点位于汉丰湖大坝下游,距 A 样点约 10. 0 km,远离城镇和农业生产
区。 A、B样点可能受到县城生活污水及附近农业面源污染的潜在影响,故作为影响组,C、D样点远离该区域
作为对照组。
图 1 采样站点分布图
Fig. 1 location of study sites
表 1 汉丰湖各采样点生境特征
Table 1 The habitat characteristics of each sampling site in Hanfeng Lake
采样站点
Sampling site
经度
Longitude
纬度
Latitude
水流
Water flow
透明度
Transparency
取样水温
Water temperature pH
影响组 A 108°27′214″ 31°11′131″ 缓流 20 cm 25. 8 7. 61
Impact group B 108°26′104″ 31°11′004″ 静水 <10 cm 29. 4 7. 25
对照组 C 108°26′124″ 31°14′644″ 流水 40 cm 25. 8 7. 60
Control group D 108°29′651″ 31°08′121″ 流水 30 cm 29. 9 7. 64
1. 2 样品采集及处理
采样时间为 2010 年 7 月 3 日到 6 日(三峡库区水位 145 m 左右)。 在每个样点徒手采集优势水生植物,
用清水除去表面附着物。 POM(水中颗粒有机物,代表浮游植物)采集方法如下:取上层湖水,先通过浮游动
物网过滤后水样经预烧的玻璃纤维滤膜(GF / C Whatman)过滤获得含有颗粒有机物样品滤膜用锡箔纸包裹,
1251 5 期 李斌 等:人为营养物质输入对汉丰湖不同营养级生物的影响———稳定 C、N同位素分析
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存放于封口袋中。 POM主要成分由静水隐杆藻(Aphanothece stagnina)、粗双菱藻(Surirella robusta)等浮游植
物组成;固着藻类从沿岸的石头、船体上刮取,挑出易区分的杂质,过滤到滤膜上(GF / C whatman),处理方法
同 POM。 徒手采集软体动物铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)、福寿螺(Pomacea canaliculata)和耳萝卜螺
(Radiu auricularia),并将其放置于充分曝气的蒸馏水中过夜,使其肠含物排空。 每个采样点,每种螺类至少
采集 30 个个体混合为 1 个样品(3 个福寿螺混为 1 个样品),去除其外壳获取软组织。 鱼类样品通过电捕设
备获得,取其背部肌肉。 由于影响组 A、B 样点距离较近,不易区分渔获物,故 A、B 样点的渔获物混为一体进
行分析,C样点未采集渔获物。 所有样品通过移动冰箱运回到实验室于-20 ℃低温保存备用。 用于碳稳定性
同位素分析的滤膜先用 1 mol / L的盐酸处理,然后用蒸馏水冲洗干净。 所有样品在 60℃烘干至恒重,用研钵
研磨成均一粉末,放入干燥器保存待测。
1. 3 同位素测定
所有样品的稳定性同位素比值均在西南大学地理科学学院地球化学与同位素实验室测定,稳定同位素质
谱仪为菲尼根 Flash EA112 元素分析仪与菲尼根 DELT plus XP 稳定同位素质谱仪相连而成。 稳定 C、N 同位
素的自然丰度表示为:
δX=([R样品 / R标准]-1)×1000‰
式中,X是13C或15N,R是13C / 12C或15N / 14N。 δ13C 值是相对于国际 PDB 标准,δ15N值是相对于空气氮气
的丰度。 分析精度 δ13C <0. 20‰, δ15N<0. 30‰。
1. 4 统计分析
应用 SPSS 16. 0 和 Statistica 6. 0 软件对实验数据进行统计分析。 不同采样站点 POM 和螺类的 δ13C 和
δ15N数据进行单因素方差分析(One way analysis of variance, ANOVA),若发现各采样站点间存在显著差异则
以最小显著差数法(LSD)进行多重比较。 所有统计值均以平均值±标准误 (Mean ± SE) 表示,显著水平定为
P<0. 05。
2 结果
2. 1 碳、氮稳定性同位素组成
表 2 显示了 4 个样点初级生产者、POM和消费者碳氮稳定同位素比值组成。 初级生产者 δ13C值变幅大,
变化范围从喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides) δ13C 值-28. 43‰到狗牙根(Cynodon dactylon) (C4 植物)
δ13C值-11. 20‰;与初级生产者相比,消费者 δ13C 值变化范围相对较小,从光泽黄颡鱼(Pelteobagrus nitilus)
δ13C值-28. 19‰到福寿螺 δ13C值-17. 38‰。
表 2 不同生物类群 δ13C值(δ13C±SE)‰、δ15N值(δ15N±SE)‰
Table 2 The δ13C (δ13C±SE)‰,δ15N(δ15N±SE)‰ value of different organisms
影响组 Impact
A
δ13C / ‰ δ15N / ‰
n
B
δ13C / ‰ δ15N / ‰
n
初级生者 Primary producer
喜旱莲子草 Alternanthera philoxeroides -28. 43 8. 03 1 -28. 28 9. 29 1
浮萍 Lemna minor -25. 62 3. 71 1 -24. 93 9. 69 1
狗牙根 Cynodon dactylon -11. 2 1
狗尾草 Setaria faberii -13. 19 1
POM -24. 77±0. 19 4. 45±0. 42 3 -25. 74±0. 20 8. 84±0. 94 3
固着藻类 Periphytic algae -23. 01 5. 15 1 -17. 91 15. 3 1
消费者 Consumers
铜锈环棱螺 Bellamya aeruginosa -21. 13±1. 09 9. 52±0. 27 3 -21. 39±0. 19 16. 00±0. 60 3
福寿螺 Pomacea canaliculata -17. 38±1. 34 8. 30±0. 29 3 -20. 31±1. 01 17. 75±3. 12 3
耳萝卜螺 Radiu auricularia
鲤鱼 Carassius auratus -21. 39±0. 34 10. 87±0. 75 3 -21. 39±0. 34 10. 87±0. 75 3
鲫鱼 Cyprinus (Cyprinus) carpio -20. 23±0. 28 9. 24±0. 27 3 -20. 23±0. 28 9. 24±0. 27 3
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续表
影响组 Impact
A
δ13C / ‰ δ15N / ‰
n
B
δ13C / ‰ δ15N / ‰
n
银鮈 Squalulus argentatus -21. 9±0. 52 11. 00±0. 32 3 -21. 9±0. 52 11. 00±0. 32 3
光泽黄颡鱼 Pelteobagrus nitilus -28. 18±0. 49 11. 69±0. 08 3 -28. 18±0. 49 11. 69±0. 08 3
鲇 Silurus asotus -22. 20±0. 84 11. 35±1. 62 3 -22. 20±0. 84 11. 35±1. 62 3
对照组 Control
C
δ13C‰ δ15N‰
n
D
δ13C‰ δ15N‰
n
V初级生者 Primary producer
喜旱莲子草 Alternanthera philoxeroides -28. 41 5. 02 1
菹草 Potamogeton crispus -18. 9 8. 66 1
POM -23. 37±0. 65 3. 09±0. 67 3 -24. 54±0. 79 2. 70±2. 69 3
固着藻类 Periphytic algae -19. 44 4. 48 1 -24. 55 4. 17 1
消费者 Consumers
铜锈环棱螺 Bellamya aeruginosa -23. 51±1. 37 8. 39±0. 48 3
福寿螺 Pomacea canaliculata -22. 96±0. 51 8. 05 ±0. 37 3
耳萝卜螺 Radiu auricularia -19. 37±0. 22 6. 82±0. 09 3
鲤鱼 Carassius auratus -24. 58±1. 18 10. 89±1. 01 3
鲫鱼 Cyprinus (Cyprinus) carpio -23. 07±0. 74 11. 03±0. 87 3
银鮈 Squalulus argentatus -23. 28±0. 80 11. 56±0. 49 3
光泽黄颡鱼 Pelteobagrus nitilus -20. 96±0. 92 12. 05±0. 37 3
鲇 Silurus asotus -20. 43±0. 27 12. 85±0. 58 3
初级生产者和 POM δ15N值轻于消费者。 初级生产者中,不同物种甚至同一物种在不同样点间其 δ15N值
也存在较大差异,如喜旱莲子草和浮萍(Lemna minor)(表 2)。 初级生产者中,δ15N最大值和最小值的种类均
是浮萍(9. 69‰,3. 71‰)。 消费者中,肉食性鱼类,鲇(Silurus asotus)δ15N 值(约 12‰)和光泽黄颡鱼 δ15N 值
(约 11‰)高于其它鱼类。
不同组间的初级生产者、POM和消费者碳氮稳定性同位素比值组成的方差分析显示(表 3 )。 在水生生
物碳稳定性同位素比值组成方面,除了消费者鲫鱼(Carassius auratus)之外,影响组中其它生物类群 δ13C 值组
成与对照组相比均无显著性空间差异,如初级生产者水生植物(喜旱莲子草、浮萍、菹草(Potamogeton crispus)
和固着藻类),初级消费者螺类及肉食性鱼光泽黄颡鱼、鲇等。 在水生生物氮稳定性同位素比值组成方面,不
同组间只有 POM和螺类 δ15N值组成存在显著性空间差异,其它类群均无显著性差异。
表 3 影响组与对照组不同类群生物之间同位素比值组成的方差分析
Table 3 The different organisms Variance analysis of between in impact group and control group
δ13C
S. S F P
δ15N
S. S F P
食物源 水生植物 Aquatic plant 11. 37 0. 67 0. 440 19. 60 1. 62 0. 230
Food source POM Particulate organic matte 5. 22 4. 49 0. 060 32. 83 5. 51 0. 047
消费者 螺类 Snail 29. 5 3. 51 0. 080 105. 8 7. 64 0. 014
Consumers 鲫鱼 Cyprinus (Cyprinus) carpio 23. 01 19. 21 0. 012 4. 84 3. 89 0. 120
鲤鱼 Carassius auratus 4. 20 4. 20 0. 110 4. 08 2. 48 0. 191
银鮈 Squalulus argentatus 0. 17 0. 30 0. 671 0. 38 1. 02 0. 380
光泽黄颡 Pelteobagrus nitilus 17. 81 16. 33 0. 056 0. 13 0. 93 0. 436
鲇 Silurus asotus 3. 77 6. 13 0. 09 2. 70 1. 14 0. 364
单因素方差分析显示(图 2),不同样点间(A、B、C 和 D)POM 碳稳定性同位素比值无显著性差异(F =
3． 75,P=0. 068),然而螺类碳稳定性同位素比值却有明显的差异(F=4. 34,P=0. 023);不同样点间 POM(F =
7． 33,P=0. 019)和螺类(F=62. 65,P = 0. 001)氮稳定性同位素比值组成具有显著性差异,其中 B 样点 POM
3251 5 期 李斌 等:人为营养物质输入对汉丰湖不同营养级生物的影响———稳定 C、N同位素分析
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和螺类氮稳定性同位素比值(分别为(8. 84±0. 94)‰、(16. 99±1. 90)‰)明显高于 A、C和 D样点。
图 2 不同样点之间 POM和螺 δ15N值 δ13C值(平均数±标准误)分布图
Fig. 2 Mean (±SE) δ15N‰,δ13C‰value for POM and Snail in different sampling sites;The data with the same superscript were not
significantly different (P<0. 05)
不同上标字母的数据表示差异显著(P<0. 05)
2. 2 营养位置
营养关系是群落内各生物成员之间最重要的联系,是了解生态系统能量流动的核心,也是群落赖以生存
的基础。 消费者和食物之间的氮稳定性同位素分馏值伴随着营养级增加 δ15N 值不断增加,不同营养级间的
δ15N富集值的平均值为 3. 4‰[17]。 图 3 显示了 POM和初级消费者螺类在不同组间食物网中的营养级位置,
影响组中的 POM、固着藻类和螺类营养级位置明显高于对照组;而其它类群的营养级位置在不同组间的差异
不大。
3 讨论
3. 1 生物氮稳定性同位素比值与环境关系
关于人为营养物质输入对沿海、河口等水域环境影响的研究多有报道,在研究内容方面更多的关注一种
污染源对环境的影响[18-20]。 然而,人类生产生活水平提高的同时也伴随多种污染源的产生,准确评价多种污
染源对水域环境的影响并非易事。
不同外来营养物质的输入对研究区域 POM和各生物类群碳氮稳定性同位素比值产生的影响不同。 本研
究中,POM和初级消费者螺类 δ13C值空间变化不明显,而 δ15N 值变化幅度较大。 这一结果与诸多文献报道
一致[20,9,21], 即在水生生态系统食物网中,与碳稳定性同位素相比,氮稳定性同位素特征更好地反应了营养
物质(人为输入)吸收和富集的信息。 通常,生活污水中具有较高的 δ15N[6],可能是引起影响组 B 样点 POM
4251 生 态 学 报 32 卷
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图 3 不同生物类群在简化食物网模型中的营养级位置
Fig. 3 The trophic position of the different organisms in simple food web model
和螺类15N富集的原因;影响组 A样点距 B样点近(2. 0 km),受到上游 B 样点污水及农田面源污染(人工化
肥和有机肥具有不同的 δ15N值[ 22-23 ])的双重影响,很难区分哪种污染源对该区域 POM和螺类等生物贡献更
大,这也解释了其 δ15N值介于影响组 B样点和对照组 C、D样点之间的原因(表 2 和图 2);对照组 C、D 样点
远离 B样点,受人为干扰因素少,其 POM和各生物类群同位素比值更接近于自然丰度。
3. 2 生物相对营养位置
通过对不同营养级水平生物稳定性同位素比值组成分析可知,影响组中初级生产者固着藻类和 POM 的
营养级位置明显高于对照组(图 3),表明影响组 POM(主要成分浮游植物)和初级生产者固着藻类吸收了富
含15N 的氮源。 大量文献报道,初级生产者在吸收和去除污水氮源方面具有重要作用。 如,Vizzini 和
Mazzola[24]指出水产养殖污水对附近水体初级生产者(主要是藻类)产生了明显影响,同时发现初级生产者具
有富集和减少水体中营养物质(人为输入)的作用;Costanzo 等[25]利用大型藻类同位素比值示踪污染物的扩
散范围及评价了对环境的影响。 初级消费者螺类相对营养级位置在影响组和对照组的差异程度比初级生产
者固着藻类和 POM更加显著(图 3),表明底栖软体动物螺类更适合于区分样点之间的污染程度,这可能与人
类活动产生大量营养物质输入影响了沿岸水体底质的化学组成、物理特征和生物学特征[26—27]有关。 然而,不
同组间消费者鱼类营养级位置无明显差异(图 3),表明影响组鱼类暂时未受到外来营养物质输入的影响,或
者是受到的影响较小,这可能与鱼类活动范围大,迁移能力强,整合了不同区域的食物来源有关。
综上所述,本文的研究结果支持其他学者[6,28-29 ]研究结论:氮稳定性同位素比值可作为人为营养物质输
入的指示剂。 与其它类群相比,POM和软体动物螺类更适合作为环境评价的指示物,而且能准确区分“影响
组”和“对照组”。 本研究中,影响组 A、B 样点部分生物类群已经受到了人为营养物质输入的影响,影响程
度,B样点区域>A样点区域;而对照组 C、D样点生物类群受到人为干扰相对较少。 目前,虽然影响组中鱼类
暂未受到人为营养物质输入的影响,但随着汉丰湖蓄水时间的增加、水体滞留时间延长及大量生活污水和农
业面源污染的持续增多,通过食物链的传递作用必将对汉丰湖鱼类产生影响,最终威胁到人类自己健康。 因
此,建议控制生产生活污水排放量并提高污水处理水平,有效控制农业面源污染,保护汉丰湖水生生物不受影
响,进而有效保护三峡库区水环境质量势在必行。
致谢: 本实验室李凤杰和黄小铭在样品的采样和处理过程中给予的帮助;彭作刚教授和全为民博士对写作给
予帮助;西南大学地理科学学院地球化学与同位素实验室杨勋林老师、张月明和冯慧文同学对同位素测定提
供帮助,特此致谢。
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6251 生 态 学 报 32 卷
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 5 March,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Statistical characteristics of eutrophication process in Dianshan Lake CHENG Xi,LI Xiaoping, CHEN Xiaohua (1355)………………
Cadmium assimilation and elimination and biological response in Pirata subpiraticus(Araneae:Lycosidae) fed on Cadmium diets
ZHANG Zhengtian, ZHANG Guangduo, ZHANG Hucheng, et al (1363)
……
…………………………………………………………
Effect of co-cultivation time on camptothecin content in Camptotheca acuminata seedlings after inoculation with arbuscular
mycorrhizal fungi YU Yang, YU Tao, WANG Yang, et al (1370)………………………………………………………………
Relationship between frequency of sandstorms and air humidity as well as plant phenology: a case study from the Minqin desert
area CHANG Zhaofeng, WANG Yaolin, HAN Fugui, et al (1378)………………………………………………………………
Genetic diversity and evolution relationship on mtDNA D-loop in Tibetan yaks
ZHANG Chengfu, XU Lijuan, JI Qiumei, et al (1387)
…………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Geostatistical analysis on spatiotemporal distribution pattern of soil water content of forest gap in Pinus koraiensis dominated
broadleaved mixed forest LI Meng,DUAN Wenbiao,CHEN Lixin,et al (1396)……………………………………………………
Soil nitrogen and enzymes involved in nitrogen metabolism under different vegetation in Ziwuling mountain in the Loess Plateau,
China XING Xiaoyi, HUANG Yimei,HUANG Haibo, et al (1403)………………………………………………………………
Soil carbon, nitrogen and microbiological characteristics during bamboo high-speed growth
WANG Xueqin, ZHANG Qichun, YAO Huaiying (1412)
……………………………………………
…………………………………………………………………………
Effects of long-term increased soil N on leaf traits of several species in typical Inner Mongolian grassland
HUANG Juying, YU Hailong, YUAN Zhiyou,et al (1419)
……………………………
…………………………………………………………………………
Influence of arbuscular mycorrhizal associations on the interspecific competition between mycorrhizal and non-mycorrhizal plants
ZHANG Yuting, WANG Wenhua, SHEN Hong, et al (1428)
……
………………………………………………………………………
Structure and biodiversity of fig wasp community inside syconia of Ficus virens Ait. var. sublanceolata (Miq. ) Corner in Fuzhou
WU Wenshan,CHEN Youling, CAI Meiman, et al (1436)
…
…………………………………………………………………………
Growth and photosynthetic characteristics of Epimedium koreanum Nakai in different habitats
ZHANG Yonggang, HAN Mei, HAN Zhongming, et al (1442)
…………………………………………
……………………………………………………………………
The critical temperature to Huashan Pine (Pinus armandi) radial growth based on the daily mean temperature
FENG Xiaohui, CHENG Ruimei, XIAO Wenfa, et al (1450)
………………………
………………………………………………………………………
The analysis of grade diversity indices of butterfly community in the Three Gorges Reservoir Area of Yangtze River
MA Qi, LI Aimin, DENG Heli (1458)
…………………
………………………………………………………………………………………………
Research on dynamic characteristics of photosynthesis in muskmelon seedling leaves
HAN Ruifeng, LI Jianming, HU Xiaohui, et al (1471)
…………………………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of different winter covering crops cultivation on methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) emission fluxes from double-
cropping paddy field TANG Haiming, XIAO Xiaoping, SHUAI Xiqiang, et al (1481)……………………………………………
Variations in groundwater levels and quality and their effects on vegetation in the western Grurbantonggut Desert
ZENG Xiaoling,LIU Tong,ZHANG Weibin,et al (1490)
……………………
……………………………………………………………………………
Carbon and nitrogen stable isotope characteristics of particulate organic matter and zooplankton in Liuxihe Reservoir
NING Jiajia, LIU Hui, GU Binhe, et al (1502)
…………………
……………………………………………………………………………………
Selection of vegetable seeds native in China instead of the cress seed for evaluating the maturity of biosolids
LIU Songsong, XU Tianfen, WU Qitang, et al (1510)
…………………………
……………………………………………………………………………
Effects of anthropogenic nutrient input on organisms from different trophic levels in Hanfeng Lake: evidence from stable carbon
and nitrogen isotope analysis LI Bin, WANG Zhijian, JIN Li, et al (1519)………………………………………………………
Temporal and spatial distribution of phytoplankton in Liusha Bay ZHANG Caixue, CHEN Huiyan, SUN Xingli, et al (1527)………
Study on the supercooling of golden apple snail (Pomacea canaliculata)
ZHAO Benliang, ZHANG Jia′en, LUO Mingzhu,et al (1538)
………………………………………………………………
……………………………………………………………………
The effects of rice growth stages on the ovarian development and take-off of Nilaparvata lugens and Sogatella furcifera
CHEN Yu, FU Qiang,LAI Fengxiang,et al (1546)
………………
…………………………………………………………………………………
Cold tolerance of the overwintering egg of Apolygus lucorum Meyer-Dür (Hemiptera:Miridae)
ZHUO Degan, LI Zhaohui, MEN Xingyuan, et al (1553)
…………………………………………
…………………………………………………………………………
A suggestion on the estimation method of population sizes of Niviventer confucianus in Land-bridge island
ZHANG Xu, BAO Yixin, LIU Jun, et al (1562)
……………………………
……………………………………………………………………………………
The carbon footprint of food consumption in Beijing WU Yan,WANG Xiaoke,LU Fei (1570)…………………………………………
Anthropogenic phosphorus flow analysis of Hanshan County in Anhui Province
FU Yinyin, YUAN Zengwei, WU Huijun, et al (1578)
…………………………………………………………
……………………………………………………………………………
A laboratory study of auctions for water rights transactions in inland river basin: a case study of irrigation areas of Heihe river
basin DENG Xiaohong, XU Zhongmin (1587)……………………………………………………………………………………
Review and Monograph
A review of the effect of typhoon on forests LIU Bin, PAN Lan, XUE Li (1596)………………………………………………………
Research progress on the effects of ocean acidification on coral reef ecosystems
ZHANG Chenglong, HUANG Hui, HUANG Liangmin,et al (1606)
………………………………………………………
………………………………………………………………
Interspecific competition among three invasive Liriomyza species
XIANG Juncheng, LEI Zhongren, WANG Haihong, et al (1616)
………………………………………………………………………
…………………………………………………………………
Indicative significance of biogenic elements to eco-environmental changes in waters
YU Yu, SONG Jinming, LI Xuegang, et al (1623)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Recent advances in studies on dissimilatory Fe(Ⅲ)-reducing microorganisms LI Huijuan, PENG Jingjing (1633)…………………
Discussion
Ecological vulnerability research for Xilingol League, Northern China XU Guangcai, KANG Muyi, Marc Metzger, et al (1643)……
Scientific Note
Spatial distribution and species composition of zooplanktons in the eastern tropical Pacific Ocean off Costa Rica
LIU Bilin, CHEN Xinjun, JIA Tao, et al (1654)
……………………
…………………………………………………………………………………
《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
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生 态 学 报
(SHENGTAI XUEBAO)
(半月刊 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷 第 5 期 (2012 年 3 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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Vol． 32 No． 5 2012
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