生物操纵及其养殖系统中主要资源种类的稳定同位素特征

海海洋大学硕士学位论文生物操纵系统中主要资源种类的题目：稳定同位素特征英文题目：Stableisotopefeaturesofthemainresourcetypesinthebiologicalmanipulationecosystems专业：渔业资源研究方向：资源恢复生态姓名：苏孙国指导教师：管卫兵二零一四年三月十七日上海海洋大学博/硕士学位论文辩论委员会成员名单姓名工作单位职称备注上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我遵守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进展研究工作所获得的成果。除文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或团队a已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日上海海洋大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全理解学校有关保存、使用学位论文的规定，同意学校保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进展检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密学位论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日生物操纵系统中主要资源种类的稳定同位素特征摘要湖泊和水库是天然的蓄水库。随着工农业的开展，城市的扩大，人口的增加，城镇工业废水及生活污水等的大量排入，湖泊和水库污染日趋严重。水污染治理与生态保护变得非常重要。水体环境的营养构造分析，是水体质量的一个重要指标，在生态保护中具有非常重要的位置。生物操纵方法已经成为国内外治理湖泊水库等静态水体的一种非常重要而且有效的手段。而稳定同位素方法也已经成为研究食物链食物网营养构造及摄食关系的一种重要手段。因此水体群落的稳定同位素特征分析在水体治理中有着指示性的意义，该方法可以指示水体营养构造特征及其变化，这有助于我们对于水体中的各种生物学效应进展更加深化的理解，从而实现更加准确地进展生物操纵。因此这个研究对于治理静态水体，包括水源地具有非常重要的意义。为了研究生物操纵过程中各种食物链级的生物的作用和营养地位，采用碳氮稳定同位素的方法，研究了青草沙实证基地生态操纵池塘生态修复过程中主要种类的稳定同位素特征。青草沙实证基地生态操纵池塘人工投放多种鱼类，加上自然恢复种类，最终重建实证基地池塘中的生态系统，恢复其强大的自净才能。青草沙实证基地中，613C值范围在-21.51-13.60；615N值范围在1.779.38;营养位置范围在13.24。油餐、红鳍鲍、鳏虎鱼三个物种的生态位比较接近，它们之间的营养冗余较小。实证基地池塘的生物多样性比较低，构建而成的食物网简单。通过营养级构建出的能量金字塔中，消费者营养级别最低的是底栖软体动物、甲壳动物，然后是草食性鱼类，最后是肉食性或杂食性鱼类，它们占据食物网的最顶层。这种立体复合生态操纵技术可以有效进展生态系统恢复及重建，在大型湖泊及水库的富营养化治理中起到越来越重要的作用。碳氮稳定同位素的含量可以用来研究生态系统的营养构造。通过营养级构建出的能量金字塔在人工控制的简单生态系统中具有一定的参考价值。复合渔业消费系统群落构建技术，由于仿生态养殖，又称之为“陆基生态渔场。稳定同位素技术成为水域生态系统变动机制的重要研究技术手段之一。本文通过苏水生态农场中河蟹、甲鱼复合生态养殖系统和植物净化系统的成功构建，以及复合生态系统中关键种稳定同位素特征分析，来研究该农场系统的营养构造特征。该系统613C值范围是-;615N值范围是；营养位置范围是0。不同样本生物的615N值大致按照植物、浮游食性动物、杂食性动物、肉食性动物的顺序逐渐富集。整个系统中各种鱼类的生态位空间表现出彼此聚集的现象，不同养殖环境中一样鱼种稳定同位素含量出现较大差异，鲢鳙鱼等食性单一的鱼种，其碳氮稳定同位素值变化不大。植物固碳才能由沉水植物到挺水植物再到湿生植物逐渐变大，但挺水植物和湿生植物固氮才能大于沉水植物。关键词：生物操纵，稳定同位素，富营养化，复合渔业消费系统StableisotopefeaturesofthemainresourcetypesinthebiologicalmanipulationecosystemsABSTRACTLakeandreservoirarethewaterstorageofnature.Withthedevelopmentofindustryandagriculture,theexpansionofcities,theincreasingofpopulationandwastewaterpouringintothewaters，pollutionoflakes，reservoirsismoreandmoreserious.Waterpollutioncontrolandecologicalprotectionhasbecomeveryimportant.Analysisofthenutrientstructureinwaterenvironment,isanimportantindexofwaterquality,showinggreatimportance.Biologicalmanipulationhasbecomeaveryimportantandeffectivemethodforrebuildingstaticbodyofwatersuchaslakesandreservoirs.Thestableisotopemethodhasbecomeanimportantmethodtostudythestructureofthefoodchainandfoodwebnutritionstructureandfeedingrelationships.Sousingstableisotopemethodtodetectandmanipulatebiologicalchangesduringbiologicalmanipulationisverymeaningful.Thishelpsustounderstandbiologicaleffectsinwaterbodyrestorationandachievemoreprecisebiologicalmanipulation.Therefore,thisstudyisofgreatimportanceforthetreatmentofstaticbodyofwater,includingwatersources.ThestableisotopeofCandNcanbeusedtostudytheanimalfunctionandtrophicstructureoftheecosysteminmulti-approachecologicalmanipulationpondofQingcaoshareservoir.Aftertheartificialcastingavarietyoffishspeciesandthenaturalrestorationinthepond,finallytheecosystemisinthereconstructionanditsstrongselfpurificationabilityrecovers.InecologicalmanipulationpondofQingcaoshaempiricalbase,(13Cand615%o%o%oto938%orespectivelyandtrophiclevelsrangefrom1to3.24.EcologicalnichesofHemiculterbleekeribleekeriwarpachowsky,PredatoryCarpandGobiesareclosetoeachotherandthereislittlenutritionredundancybetweenthem.Biodiversityofthereservoirislowsothattheformedfoodwebissimple.Intheenergypyramid,whichisestablishedfromthetrophiclevel,thebenthonicmollusksandreptilesrangesamongtheconsumersofthelowestnutritionlevel,andthenfollowedbytheherbivorousfish,andfinallyiscarnivorousoromnivorousfish,whichoccupythetopofthefoodweb.TheMulti-approachEcologicalManipulationtechniquescanbeusedfortherestorationandreconstructionofecologicalsystem,whichplaysmoreandmoreimportantroleincontrollingtheeutrophicationoflakesandreservoirs.Thecontentofcarbonandnitrogenstableisotopecanbeusedtostudyecosystemtrophicstructure.Thisenergypyramidhasacertainreferencevalueforthesimpleecosystembymanualoperation.Communityconstructiontechnologyofcompositefisheryproductionsystem,duetoitsimitatingecologicalaquaculture,isalsoknownastheLand-basedecologicalfisheryproductionsystem.Stableisotopetechniquehasbecomeoneofthemostimportantresearchmethodsinchangemechanismsofaquaticecosystem.Throughsuccessfullyconstructionofcrab,softshelledturtlecompoundecologicalfarmingsystemandplantpurificationsysteminSUZEecologicalfarms,andthekeyspeciesstableisotopeanalysisintheecosystem,nutritionstructureofthefarmsystemisstudied.The613Cvaluerangesfrom-13.08to-29.79;the15Nvaluerangesfrom-3.93to13.26;nutritionlevelrangesfrom0to4.52.The615Nvaluesofdifferentsamplesgraduallyenrichedinthisorder:plants,zooplanktonfeedinganimal,omnivorousanimalandcarnivorousanimal.Nichespaceofdifferentkindsoffishesinthewholesystemshowanaggregationphenomenon.Stableisotopecontentofthesamespeciesshowdifferencesindifferentcultivationenvironments.Thestablecarbonandnitrogenisotopevaluesofsilvercarp,bigheadcarpandotherfeedingsinglespecieschangelittle.Carbonfixationcapacityofplantsgrowsfromsubmergedplantstoaquaticplantsandthentohygrophyteplants,butnitrogenfixationabilityofaquaticplantsandhygrophyteplantsarestrongerthansubmergedplants.KEYWORDS:biologicalmanipulation,stableisotope,eutrophication,compositefisheryproductionsystem第一章生物操纵在水体治理与保护中的应用1第一节水生态环境破坏11 湖泊和水库污染12 湖泊“水下森林的破坏与优势种群的替代2第二节生物操纵技术21 生物操纵理论21.1 经典生物操纵21.2 非经典生物操纵31.3 生物操纵的常见类型以及适用环境4直接投放浮游动物和细菌4人为去除鱼类5投放肉食性鱼类5水生植被的管理5湖泊生物操纵实际案例分析52 我国养殖业中的混养技术73 营养构造分析技术83.1 碳氮稳定同位素比例83.2 营养级估算83.3 营养构造研究与生物操纵9第二章青草沙水库立体复合生态操纵池塘水生动植物的同位素特征11前言111材料方法12样品采集12样品处理12稳定同位素分析13仪器使用13碳氮稳定同位素比值13营养级计算142 结果142.1 青草沙实证基地样品稳定同位素含量142.2 青草沙实证基地动植物的营养级变化16青草沙实证基地动植物的生态位空间173 讨论18立体复合操纵中生物群落的构建18立体复合操纵系统净化水质的原理19碳氮同位素特征的生态意义20第三章一种复合渔业消费系统中群落构建及关键种的稳定同位素特征21前言211 材料方法231.1 样品采集231.2 样品处理231.3 稳定同位素分析23碳氮稳定同位素比值23营养级估算242 结果与分析252.1 河蟹养殖复合生态系统的构建25甲鱼养殖复合生态系统的构建25植物过滤净水系统的构建26复合生态养殖系统的同位素特征26水生植物的稳定同位素特征27不同养殖环境中鱼类的稳定同位素特征28复合生态养殖系统动植物的生态位空间303 讨论31复合生态系养殖统构建技术31养殖方式与稳定同位素特征33参考文献34第一章生物操纵在水体治理与保护中的应用第一节水生态环境破坏1 湖泊和水库污染我国湖泊面积在1km2以上的有2759个，其中淡水湖泊为约为1/3。近年来，随着经济的快速开展和不恰当的湖泊资源的开发，随着营养物质不断注入，湖泊和水库的营养渐渐增长，湖泊富营养化是一个非常严重的问题，湖泊生态系统构造和功能持续退化，蓝藻水华频繁爆发，水质恶化日益严重 生物操纵理论。1根据2021年中国环境状况公报：在被监测的26个湖库中，有1个湖泊重度富营养化，占3.8%；有5个中度富营养化，占19.2%；有6个轻度富营养化，占23.0%1.1 经典生物操纵。(2)城郊湖库富营养化的程度较高，如济南大明湖、武汉东湖、南京玄武湖、杭州西湖等城市湖泊以及石河子市的蘑菇水库、北京的官厅水库等最早是由Shapiro 提出了生物操纵的概念，通过调整生物群落构造的方法控制。(3)淡水湖泊特别是大型淡水湖泊也具有非常严重的富营养化问题。太湖、洪泽湖、巢湖等都面临水体营养过剩问题；鄱阳湖、洞庭湖目前虽然维持在中等营养状况，但湖水中氮、磷含量偏高，非常可能开展成为富营养化湖泊。大型湖泊营养过剩将伴随着非常严重的生态问题，会给湖泊生态恢复带来非常严重的困扰水质。生物操纵主要原理是调整水生生物构造，保护和开展大型牧食性浮游动物，。湖泊和水库是天然的蓄水库。由于人口不断增加，城市规模逐渐扩大，工农业程度越发进步，城镇工业废水和生活污水的排放量也持续变大，湖库污染越发严重。此外，农药、化肥施肥量、酸雨、航船油污、养殖饲料、水生动物自身的排放物等均给湖泊和水库带来不同程度的污染进而防止藻类过量繁殖。水生动物构造调整是通过投放、开展某些鱼种来控制或。湖库污染导致水生动物的生存环境变化，对水质和水产经济有较大的冲击。据统计，全国每年工业废水总排放量大概为360亿吨，我国因水环境污染造成的经济利益亏损每年高达430亿元消除另外一些水生动物，使整个食物网可以大量消耗浮游植物，并且维持相对稳。从1991年开始，5年间就有2700起因为污染造成的较大鱼类死亡事故，有近80万km2受污染的养殖水域，损失约35万吨的水产品，造成经济利益损失高达31亿元，另外，水环境破坏造成的长期影响更是不可估量定，从而改善湖泊环境质量。由于这种途径并非通过直接减少营养负荷来改善水。2 湖泊“水下森林的破坏与优势种群的替代“草型湖泊就是水体干净，植物茂密的湖泊，是湖泊演替过程中生物资源和水环境的利用价值比较高的阶段。优良的水质，为人类生活与消费提供水源；美丽的景观。供人们游乐休闲。“水下森林可以净化水质，可以为水生动物提供食物、生活场所、生殖场地、栖息环境、庇护场所等。可是，近年来因大面积开垦沿岸带，大量放养草鱼，造成了许多湖泊沉水植被减少甚至消失。“水下森林可以吸收水体营养，假设遭到严重破坏，水体的自净才能会下降，因为被水草自身的氮磷等营养物质会被释放到水中，浮游植物会大量繁殖，造成水体富营养化。由“草型湖演替为“藻型湖泊的过程称为逆向演替。沉水植被的减少或消失，导致湖泊生态系统环境异质性下降，进而导致水生生物多样性下降，不仅会造成草食性水生动物种群崩溃，还会造成物种的次生性绝灭8。浅水草型湖泊，尽管在水体功能、水位差、水草的优势种类及开发程度等方面各有所别，但都有一个共同的特点即沉水植物在鱼产潜力中占到了重要位置。如何在保持湖泊生态条件良好的前提下，最大限度地利用水草的消费潜力，是草型湖泊开发中一个很重要的课题，也是生物操纵的一个重要方面。第二节生物操纵技术1*质，而是通过减少藻类生物量来逐渐改善水体环境，效益可持续多年9-10而所谓“经典生物操纵理论实际上就是Shapiro提出的这种理论。通过调整水生生物构造，促进大型浮游动物特别是滤食效率高的植食性大型浮游动物，比方枝角类种群的开展，从而控制浮游植物过度生长进而降低藻类生物量，改善水体质量9。Shapiro等提出了一个简单的食物链形式来到达经典生物操纵的目的，即肉食性鱼类吃小型浮游食性鱼类，小鱼吃浮游动物。而且，底层水生动物的活动可以释放已沉降的营养物质，推动营养物质再循环，有利于浮游植物开展。一般情况下，浮游生物食性鱼类主要捕食大型浮游动物，却有利于小型浮游动物等的繁殖，大型浮游动物减少，浮游植物得到开展，可能形成水体富营养化。相反地，浮游动物食性鱼类减少，大型浮游动物得到大量繁殖，取食大量藻类和碎屑，有利于水体质量恢复。因此用肉食性凶猛鱼类取代浮游生物食性鱼类，可以控制水体富营养化。通过前人研究可知，通过改变鱼类群落构造进展生境恢复是行之有效的10。经典生物操纵的核心部分包括两方面：大型浮游动物对藻类的摄食及其种群的建立。在维持湖泊生态系统稳定中，增加食鱼性鱼类和降低湖水营养程度都很重要。主观性的生物操纵最好在冬天和初春执行，这和大型浮游动物的在这一时期的活泼有关。生物操纵的目的是争取一段时间的清水期，以便大型沉水植物的成功恢复，假设恢复失败，必须再次进展生物操纵，直到成功11。Marie-Louise12等人提出，在冬季，使水质变清的一个重要因素是鱼类减少的程度。当鱼类生物量减少大于75%的时候，就可以看见明显的治水效果。在强度生物操纵下，即使是因为风产生的底泥搅动也无法阻碍水变清。春季，大型浮游动物似乎是水变清的主要原因。而在夏季，藻类减少的原因应该归功于食鱼性鱼类的群体的壮大。Hosper和Jagtman13提出通过减少浮游生物食性鱼类和底栖生物食性鱼类进展经典生物操纵实现水体生态环境恢复，鱼类的数量应当减少到50kg/ha以下。Dionisio提出斑马贻贝对藻类起滤食作用，无论有毒藻类还是碎屑均可滤食，当本地的大型枝角类无法减少特定浮游植物的时候，可以考虑用斑马贻贝14。1.2 非经典生物操纵非经典生物操纵那么是谢平等15-17通过在武汉东湖的一系列围隔实验成功致使东湖蓝藻水华消失而总结出的一种生物操纵理论。非经典生物操纵就是通过直接放养具有特殊消化机制和稳定群落构造的滤食性鱼类来控制藻类生长。由此可见，非经典生物操纵所利用的生物正是经典生物操纵所要去除的生物，其治理的目的正是经典生物操纵所无能为力的“不死藻类，比方一些难以去除的蓝藻。在非经典生物操纵理论中，鲢、鳙因其人工繁殖存活率高、存活长、食谱较宽以及在湖泊中不能自然繁殖而种群容易控制等优点成为最常用的种类。谢平等通过围隔实验发现，鲢、鳙等虑食性鱼类控制蓝藻水华的作用原理主要有两点，改变藻类群落构造和形成以小型藻类为优势种的藻类群落。所以说，非经典生物操纵确实可以控制水华，减少蓝藻，但缺点也明显，蓝藻生物量虽然得到良好的控制，藻类群落构造得以改变，但小型藻类群落成为主导，随着时间推移，仍然会产生新的水体问题。1.3 生物操纵的常见类型以及适用环境经典生物操纵方法在国内外都有较多的研究应用，而非经典生物操纵方法自从谢平等人提出之后，在国内的应用比较多。生物操纵在浅水湖泊的治理中已经获得了明显的成效，在深水湖泊的治理中有较大的难度，而在海洋污染治理中难度更大，这方面也有人做出了一些研究。邱东茹等18提出，深水湖泊由于深度大，水体分层，而且沿岸带(littoralzone)较窄，大型植物所起的作用不大，生物操纵难度大。由于枝角类耐低温，可以适应湖下层逃避鱼类捕食，是操纵的合理选择。李春雁等提出近海水体富营养化的治理，理论上可以通过近海动物养殖得到一定缓解，但要以滤食性鱼类养殖为主，且养殖量必须合理。国外学者提出养殖海胆、鲍等可以降低海域污染，人工栽植大型海藻是海区富营养化治理较为可行的方法19。直接投放浮游动物和细菌直接往水体中放入大量的浮游动物，让其将藻类等浮游植物取食；细菌可以充当浮游动物食物，起到稳定浮游生物食物链的作用。从而使得过度营养化的水体中营养得到合理配置，溶氧、阳光等生态条件恢复，水质变好后水体生态环境逐渐恢复20-21。人为去除鱼类将杂食性和草食性鱼类从湖泊中尽数移除，且移除的时间必须足够短。因为移除后会产生大量幼鱼，必须重新投放肉食性鱼类，控制幼鱼生物量，保护浮游动物，从而到达水体生态恢复的效果220投放肉食性鱼类投放大型肉食性鱼类，抑制杂食性和草食性鱼类繁殖，从而促进浮游动物群落开展，逐渐恢复水体生态系统，是生物操纵行之有效的方法。投放的肉食性鱼类有红鳍鲍、河鲸、北方狗鱼、蹶鱼、翘嘴鲍等。虽然投放肉食性鱼类有明显效果，但在应用中也受到一定限制。只有当浮游生物食性鱼类的数量降低到一定程度时才能促进浮游动物群落繁殖开展，而在这种情况下，肉食性鱼类可能因缺乏食物而难以长期维持20-21,23。水生植被的管理研究说明草鱼控制水草生物量的工作大部分有成效。应用草鱼控制水草关键是放养量，放养过少，减少不了水草，放养过多，水草会被吃光，产生负面效果,促进藻类繁殖增长。水草对净化水质，抑制藻类开展有重要作用，还可为大型浮游动物提供庇护场所，因此，单用草鱼控制水草保护水质的途径是不可取的。但浅水湖泊一般水草比较繁茂，放养少量草鱼还是有益的。详细量度问题需要深化研究，严格掌握，以不毁坏水生植被为度24-270湖泊生物操纵实际案例分析表1-1经典生物操纵Tab.1-1casesofclassicalbiologicalmanipulation研究对象研究方式韩士群等28-29富营养化水体长肢秀体泽藻类生物量在一定范围内时，才得到较好控制管卫兵等30太湖围格大型枝角类，沉水植物修复区水质恢复良好M.Olin等31芬兰南部移除湖泊中的鲤小型鲤科鱼类鱼食性鱼类成为的10个湖科鱼类主导，大型枝角类增加，蓝藻泊引入狗鱼，并且捕掉斜齿蝙和鲤科鱼类生物量下降，爆发季节推延鱼形海的繁殖，湖水变清，但Marie-Louise等32Wolderwijd湖是仅仅持续了六个星期。后两年，轮藻类逐渐覆盖了湖底，湖水变清Enonselka盆地移除了大量的杂蓝藻群崩溃，总磷从45mgPm-3Timo等33鱼后斜齿蝙和下降到35mgPm-3塞克盘深胡瓜鱼为主度从1m增加到。Anatoly等3448个富营养化的池塘大型沉水植物，大型枝角类动物蓝藻群体大量减少。6/9的水池中，大型沉水植物得到重建。表1-2非经典生物操纵casesofnon-classicalbiologicalmanipulation研究者研究对象研究方式351Warniak湖放养密度超过4050g/m3时，水华得到缓解，一般随着鲤牖密度谢平和东湖的围隔鲤、鳏放养的增加，浮游动植物种类向小型化种类开展。可后效抑制水蚤类浮游动物生物崔福义等3的玻璃水鲤、St放养鲤、脑放养，移殖螺、量，氮、磷含量有所下降、溶解36箱氧程度有所进步，蓝、绿藻的生物量得到较好控制。祖玲等37大房郢水库蚌类，浅水区移植伊乐藻，上游生长香蒲富营养化得到初步治理。从2000年到2002年，试验区水陈来生等千岛湖鲤、St放养质明显改善，2000年以前的优势38种已为小环澡、直链澡、小球澡和蓝隐藻所取代。由表1-1、表1-2可见，经典生物操纵的实际操作对象是湖泊、池塘、盆地等水体，实际操作方法有投放长肢秀体泽、大型枝角类、种植沉水植物、移除湖泊中的斜齿蝙和鲤科鱼类等杂食或者草食性鱼类、引入狗鱼等凶猛鱼类、移除大量的杂鱼斜齿蝙和胡瓜鱼为主28-34等；非经典生物操纵的操作对象是湖泊、水箱、水库等水体，实际操作方法主要是鲤!鱼放养、螺蚌类放养、种植沉水植物35-38等。经典生物操纵可以使沉水植物逐渐覆盖水底，富营养化得到治理、水变清；非经典生物操纵可以使顽固藻类群落崩溃，逐渐被小型浮游动植物所取代，从而实现治理水体富营养化的目的28-38。从实际实验效果来看，生物操纵也不一定能到达控制水华的目的，因此，生物操纵概念为近年来湖泊学界的争论焦点之一。因为鱼类对藻类的影响是与鱼类和浮游动物产生的营养物质、水草庇护、生物搅动、营养竞争和相生相克等共同作用的结果，而不单靠鱼类下行效应top-downeffect抑制藻类的结果，营养负荷产生的上行效应bottom-upeffect更为重要。首先应考虑减少负荷。实际上湖泊消费力是由上行效应和下行效应共同起作用的。生物操纵尚处于初期阶段，不可能把所有的问题都搞清楚后再考虑应用，其理论只有在理论中逐步开展和完善。2 我国养殖业中的混养技术我国在池塘中进展不同食性鱼类的混合养殖，充分利用水体饵料和肥力，获得很好的效果，我们可以进一步应用这一原理和经历，对湖泊鱼群构造进展适当的调整，以到达控制水华发生，防止水质恶化的目的。鲢主食藻类，生长快速，属于喜温性，较耐低氧环境。在较肥沃的湖泊中适当增加鲢鱼的投入量对于控制微囊藻水华的开展可能起到一定的作用。但鲢对小型藻类根本上无法利用。鲢也消耗浮游动物，间接保护了微型藻类。因此，鲢对湖泊富营养化的控制问题还需要进展实际论证。我国底栖动物食性鱼类主要有青鱼，鲤、鲫等。其中青鱼主要以螺类为食，在末投放的天然湖泊中青鱼数量不多。鲤、鲫食性杂、耐性强、分布广，在静水环境中能自行繁殖，是我国重要淡水鱼类，不予人工投放，任其自然繁殖，在不要求水质清澈见底的湖泊中仍有存在的价值。鳊、鲂属杂食性鱼类，也应有适当比例。增加肉食性鱼类是鱼群构造调整的主要措施。根据我国鱼类区系特点，鳜、乌鳢、翘嘴红鲌，应是主要的开展对象。特别是鳜以小鱼、虾等为食，鱼肉质量高，经济价值大，增加鳜的投放量，并加以重点保护，有可能起到抑制浮游动物食性鱼类、保护大型浮游动物、抑制水华开展和改善水质的作用。以上各种鱼类的详细放养数量和比例以及要构建出什么样的食物链食物网等问题要根据不同湖泊实际情况研究确定。鱼群构造调整的目的应是可以维持食物网关系的相对稳定，持久维持水质良好和不发生富营养化。换句话，鱼群构造调整的目的是以保护水域环境质量为主，开展渔业为副，在可能的情况下，考虑以进步渔业产值代替渔产量。经典和非经典生物操纵所要实现的目的都是治理水体污染，水体富营养化的问题。这两种方法的共同点都是向水体中引入特定的动植物种，使得引起水体污染的物种被消灭。但是这两种方法似乎各有优点和长处，属于互相弥补的手段，非经典生物操纵解决了经典生物操纵所无法处理的蓝藻等顽固藻类导致的富营养化问题。因此在实际操作中，可以同时参考我国养殖业混养技术，向水体中引入整条食物链，这条食物链必须具有相当的稳定性，并且适应在该水体中生长，又不会对该水体中必要生物群落造成损害，该食物链中的物种又包括了经典生物操纵和非经典生物操纵中常用的物种，从而实现对水体更加理想的治理效果，实现一种稳定有效的全方位立体生态操作。甚至，引入的食物链可以不具备经典和非经典生物操纵手段中常用的物种，只要这条食物链具备消灭导致水体污染物种的功能就可以。3 营养构造分析技术3.1 碳氮稳定同位素比例同位素分析采用稳定同位素质谱仪测量，样品的碳氮含量用先表示，碳氮稳定同位素比例用6表示：（X=（RSample/RStandard-1）1000式中，X是C或N；Rsample代表实验测得的碳氮稳定同位素比，碳稳定同位素比是13C/2C,氮的稳定同位素比是15N/14N,RStandard是国际通用标准物的重轻同位素丰度比，值越小表示样品同位素（13C或15N）含量越低，越大表示样品重同位素（13C或15N）含量越高39o3.2 营养级估算大量的研究说明食物网中氮稳定同位素含量随着营养级升高会出现规律性富集现象，因此物种营养级上下可以用氮稳定同位素来表征。利用稳定同位素计算生态系统中消费者的营养级，一般采用食性简单的初级消费者作为基线baseline生物。消费者营养级位置计算公式为40-41：=M5NconsumerM5Nbaseline/A5N+2其中：表小宫养级，W5Nconsumer表小所求物种氮稳定同包素含量，15Nbaseline表示基线生物氮稳定同位素含量，N5N表示氮营养级富集度，一般取4003.3 营养构造研究与生物操纵生物操纵技术就是人为地控制水体生态系统中的物质流动。C、N、P等营养物质被生物体同化为自身物质，脱离水体，使得水体变清澈，最终以水产品形式真正脱离水体。再者就是被生物链取食部分营养物质，临时脱离水体滞留在生物体内，导致水体营养物质减少。当然，这部分营养物质除了部分被同化，剩余部分作为废弃物重新排放到水体中，而这重新排放出来的废弃物可以被生物链中其他相关生物再取食，再次进入到食物链滞留之中，而这些生物产品最终也被定量捕捞成为安康的绿色食品，如此循环，导致水体营养物质维持在一个稳定水准之间。最后，生物链物质循环所产生的一部分碎屑会沉降到底土中，最终被氧化为磷酸二氢钙固定下来，成为绿色植物营养物质，回归成为初级消费力。因此，用来控制水体的生物链越长，在水体营养承载范围内水生动物数量越多固定住的营养物质就越多，水质就越好。当然，水质变好了，营养物质减少了，水生动植物数量也可会下降。生物操纵前中后各种水生动物生态位的变化，食性变化，营养级也会变化。不同季节中，食物网中的互相作用本身就是不同的。春天，浮游动物多，以陆源碎屑为食物，假设数量太多会产生休眠卵，以浮游动物为食物的鱼类就大量繁殖。春后夏初，繁殖厉害，各个物种互相作用大。夏天，温度高，藻类和水草量很大，碎屑很多，这会导致草食性和碎屑食性鱼类大量增加。秋季，很多初级消费者开始腐烂，各物种也会在生理上开始调整，食物的选择也会相应变化。冬天浮游生物减少，相关食性的生物就必须取食其他食物，那么它的营养层次就会变化。四季的初级消费力不一样，产卵季节不一样，幼体生物量不一样，营养构造均有变化。生物操纵的对象就是生态系统中营养物质的流动或说物质、能量流动，研究生态系统中物种的营养级、营养层次和互相间的摄食关系是研究生物操纵所产生效益的量化途径。举一个类似研究的例证，Mangaliso等人42从马拉维湖中养殖箱内外进展采样，采取相关的各个物种样品，包括各种养殖鱼、养箱外围因为养殖鱼产生的粪便等废弃物而聚集的鱼种、饲料、粪便、浮游动植物以及各种藻类的样品进展研究养箱附近各个物种的互相关系得出如下结论：粪便及其鱼食碎屑等可以成为养箱附近其他鱼种的营养来源；养箱上附着的藻类以及湖底初级消费者都吸收了来自养箱的C、N源营养；在养箱及其附近获得的样品和一定间隔外的参照组获得的样品进展比照分析，C、N同位素含量有明显不同；沉降到湖底的养殖废弃物，由于其他物种的取食以及水流的冲击，导致了C、N营养含量下降；底栖无脊椎软体动物是一种理想的环境指示生物，这是因为其挪动才能差，几乎是定点生存的，但由于废弃物以及它们本身受到海流以及其他生物影响，所以其指示才能得到折中；这网箱建立前后所取样品的稳定同位素含量有着很大的不同。鱼类胃含物分析与稳定同位素分析都是生态系统营养构造研究中的重要的手段。随着近年来稳定同位素技术的开展，传统胃含物分析法逐渐显示出了其干扰性大无法定量等缺乏之处。而作为生态研究中的一种新兴技术的稳定同位素分析技术除却解决了胃含物分析法的缺乏之处，还显示出更高的准确性、先进性、可开展性等优势。根据刘恩生45对生物操纵的分析，生物链控制水库富营养化和调节水质原理：N，P等营养物质的富集是造成水体富营养化水质差的根本原因，所以用生物链来进展生物操纵，控制和优化水体，就是针对N,P等营养物质进展的。所以通过相关营养物质的稳定同位素测量来评估生物操纵的效益具有前瞻性的意义，对于促进生物操纵技术的深化研究有重要意义。王玉玉等指出稳定碳、氮同位素比率分析是研究生态系统物质循环和能量流动的一种有效方法44。颜云榕等比照研究了用稳定同位素方法和传统胃含物方法分析北部湾带鱼的饵料组成、营养级和摄食习性的结果43。万祎等人利用碳氮稳定同位素分析渤海湾食物网主要生物种的营养层次。615N值范围为九%。，富集因子为先;613C值范围为九%。，富集现象不明显41。第二章青草沙水库立体复合生态操纵池塘水生动植物的同位素特征前言稳定同位素在生态系统研究中是一种很重要的手段。消费者的碳稳定同位素比值与其食物的碳稳定同位素比值接近，因此碳同位素比值可以用来研究物种的食物来源46；而氮同位素比值与其摄食种的氮同位素比值有着明显的变化，因此氮稳定同位素比值可以用来研究营养级和营养构造42,47-49。2006年在中国工程院的提议下，青草沙成为上海市重要的水源地。改变了上海自来水80%以上源于黄浦江的格局，解决了上海市部分用水问题。为了增强水源地水体富营养化风险防控，2021年模拟青草沙水库特征在库区西北角建立了面积达16500m2的生态操作实证基地图2-1，利用立体复合生态操纵技术进展生态恢复。以种植沉水植物为中心，兼放养各种鱼类，以典型和非典型两种生物操纵方法，进展水质控制，以到达净化水质的效果。以种植沉水植物为中心，兼放养各种鱼类，以典型和非典型两种生物操纵方法，进展水质控制，以到达净化水质的效果。实证基地样板池沉水植物群落在2021年4月份以后，形成了苦草-狐尾藻群落，覆盖度在60%以上，由于狐尾藻长势比较旺盛，生物量较大，对苦草的生长产生了一定的遮盖作用。同时，在2021年的6-9月份，放养了大量的滤食性鱼类、贝类、底栖动物以及肉食性鱼类等进展经典和非经典生物操纵的混合形式调节。这里必须指出的是，青草沙实证基地中的各种动植物多数为人工放养，少量为水库进水时带入，但从来不喂食，放养的目的就是为了构建尽量自给自足的人工生态系统，净化水质。本研究旨在讨论生物操纵技术使用后的青草沙实证基地的营养构造，以便为其他生物操纵水体营养构造构建提供比照参考。图2-1青草沙实证基地样板池塘位置图Fig.2-1LocationofQingcaoshaempiricalreservoir1材料方法于2021年10月，在青草沙实证基地水库有代表性得选取了多个采样点，对水草以及实证基地样板池中的各种鱼类以及底栖软体动物和爬行动物进展采样，采集种类如下：鱼类包括鲫鱼，黄颗鱼，虾虎鱼，蝙鱼，大麦穗鱼，鲤鱼，红鳍鲍，棒花鱼，小麦穗鱼，油餐。沉水藻类包括狐尾藻，苦草。底栖生物包括环棱螺，河蜿等。样品处理1组织选取:a.鱼类：将做好种类鉴定后的鱼类侧线上方背鳍下方鳞片刮净，用手术刀小心切开表皮并去除表皮。然后取皮下小块肌肉，注意鱼肉不能含有鱼刺、血丝和鱼皮，取出后用蒸储水冲洗，装入实验袋中，做好标记。b.螺类：先用清水喂养一个晚上。然后用清水将螺体外表清洗干净，去除螺类的外壳，用手术刀取下其腹足，用蒸馏水清洗，装袋并做好标记。C.沉水植物：用清水漂洗，然后取枝叶中部，用蒸储水清洗后装袋，做好标记Cd.虾蟹类：虾直接去躯干，去除外壳后用蒸储水清洗装袋，做好标记；蟹取大鳌里面的肌肉组织，用蒸馏水清洗后装袋，做好标记。2冷冻枯燥冷冻枯燥采用冷冻枯燥机于-50下进展。不需要酸化，枯燥时间为二十四小时。经过枯燥处理后的样品根本保持脱水状态。3研磨处理将以上冷冻枯燥后的样品，先用研钵磨成粉末，然后过100目筛，得到样品粉末，量在900-1100微克之间，这样便于实验仪器分析。研磨过后的样品粉末按照先前的标记逐个装入离心管内，用于下一步的仪器分析。样品包装后送入ISOPRIME100稳定同位素质谱(IsoprimeCorporation,Cheadle,UK刖varioISOTOPEcube元素分析仪(ElementarAnalysensystemeGmbH,Hanau,Germany)测定碳、氮稳定同位素含量。碳、氮稳定同位素值分别以国际通用的标准物质peeDee石灰岩中的碳和大气氮作为参考标准，结果以613C和615N值形式来表示。613C和615N以下面的公式进展计算：6X=(Rsample/Rstandard-1)1000式中，X指13C或者15n,r表示13c/12c或者15n/14n的比值。6X值越小表示样品同位素(13C或15N)含量越低，越大表示样品重同位素(13C或15N)含量越高39-40。TL15 NN sampleN15N st公式中，TL表示所计算生物的营养级，分子前项表示为样品消费者氮稳定同位素比值，后一项那么表示标准生物的氮稳定同位素比值，分母为营养级的富集度，富集度的40o2结果2.1 青草沙实证基地样品稳定同位素含量由稳定同位素分析仪测定并计算得出青草沙实证基地物种稳定同位素数值如下表:表2-1:青草沙实证基地池塘物种稳定同位素值-1:thestableisotopevaluesofspeciesinpondofQingcaoshaempiricalreservoir物种M3Cs15n营养级穗状狐尾藻MyriophyllumspicatumMS苦草Vallisnerianatans(Lour.)HaraVN铜锈环棱螺Bellamyaaeruginosa小BAS黄蜿CorbiculaaeruaHeudeCAH鲫鱼CarassiusauratusCA铜锈环棱螺Bellamyaaeruginosa大BAB日本沼虾MacrobrachiumnipponenseMN麦穗鱼Pseudorasboraparva小个体PPP河蟹EriocheirsinensisMilne-EdwardsESO团头鲂MegalobramaamblycephalaMA麦穗鱼Pseudorasboraparva大个体PPEJ棒花鱼AbbottinarivularisBasi1ewskyAR子陵吻鳏虎鱼Rhinogobiusgiurinus(RG)光泽黄颗鱼Pelteobaggrusnitidus(SauvageetDabry)(PN)红鳍鲍CultererythropterusBasilewsl(CE)油餐Hemiculterbleekeribleekeriwarpachowsky(HB)由表2-1可以看出来自青草沙实证基地的样本稳定同位素比值，613C值范围在-;615N值范围在；营养位置范围在1。同为消费者，苦草VN和穗状狐尾藻MS的613C值差距很大，这为通过碳稳定同位素分析食物来源提供根据。由表2-1可见，小铜锈环棱螺（BAS、）鲫鱼CA、大铜锈环棱螺（BAB）、河蟹ES等物种的613C值与苦草VN的接近，说明苦草VN是这些种类的主要食物来源。团头鲂、棒花鱼AR等物种的613C值与穗状狐尾藻MS的接近，说明穗状狐尾藻MS是这些种类的主要食物来源。这符合铜锈环棱螺BA的刮食性兼滤食性特征，河蟹ES1、鲫鱼CAK棒花鱼AR的杂食性特征，团头鲂的草食性特征。而小铜锈环棱螺（BAS）口大铜锈环棱螺（BAB）小麦加（鱼PP和大麦穗鱼PPBS的513C值不一样那么可以说明同一物种在不同的生活史阶段食性存在差异。因为实证基地是一个比较小的人工池塘水库，里面的放养的鱼类和种植的植物比较单一，而苦草VN和穗状狐尾藻MS就是水库里面最为主导的两种植物，其他植物数量上很少，所以在小型鱼类缺乏情况下这两种植物及其碎屑就成了杂食性、滤食性和刮食性物种的主要食物来源。而肉食性红鳍鲌：ce,取食小昆虫的子陵吻鳏虎鱼RG、光泽黄颗鱼PN，食小昆虫及其碎屑的油餐和杂食性的麦穗鱼PP、PPBS的主要食物那么与其取食物种的食性相关，其中具有相似613C值的麦穗鱼PP、PPBS和子陵吻鳏虎鱼RG具有类似的食物来源。由表2-1可以看出不同样本物种的615N值不同，并且大致按照植物、杂食性动物、肉食性动物的顺序呈现明显的逐渐富集现象。类似的，底栖生物的515N值小于水生鱼类的。根据前人的研究可以知道，这种富集现象是具有规律的，这为通过615N值进展物种营养位置估算提供了根据。一样物种在不同生活史阶段的615N值不一样，说明它们具有不同的营养位置。2.2青草沙实证基地动植物的营养级变化图2-2青草沙实证基地池塘物种营养级分布图Fig.2-2TrophicpositionsofstudiedfishspeciesinpondofQingcaoshaempiricalreservoir将计算所得不同物种的营养级做成如图2-2的营养级变化图。从图中可以看出营养级从初级消费者穗状狐尾藻MS、苦草VN到肉食性鱼类红鳍鲍C日等逐渐增加的变化。图2-2显示出，底栖软体动物的营养级别较低，并且非常接近;而中上层的光泽黄颗鱼PN、红鳍鲍CH和油餐HB等等营养级别较高，并且非常接近；这与它们类似的生活习性相关。从图中可以看出营养级大小的范围在13.5之间小范围变化，这说明该人工生态系统生物多样性小，食物网构成单一。这是因为实验样板池水体为池塘，放养的物种过于单一。也正因为如此，这样的水体中变量少，更加便于进展同位素研究讨论。消费者营养级别最低的底栖软体动物、甲壳动物，主要是起到分解残渣以及碎屑的作用；营养级稍高的多为草食性鱼类，它们是生态系统中的初级消费者，主要以水域中的水草以及藻类为食物来源；营养级程度最高的是肉食性或杂食性鱼类，它们占据食物网的最顶层，能以水域中的其他鱼类为食，是顶级消费者。经过分析，可以绘制一张金字塔示意图图2-3来描绘水域经济物种的营养级变化。图2-3:青草沙实证基地池塘营养级金字塔Fig.2-3ThetrophiclevelpyramidofpondinQingcaoshaempiricalreservoir图2-4青草沙实证基地池塘食物网样本碳氮稳定同位素的二维散点图Fig2-4IsotopebiplotsillustratingthefoodwebrelationshipsinofpondinQingcaoshaempiricalreservoir将稳定同位素比例3C和615N值做成如图2-4的二维散点图，该图显示了一个明晰的稳定同位素空间，每一个点值都代表了该物种的特殊的生态位。每个点到图像重心的间隔代表了物种多样性，也就是营养构造的复杂程度；而相邻的两个点之间的间隔代表了这两个物种之间的营养冗余，也就是说间隔越近，那么他们的生活习性越近，生态位越接近320图2-4中X轴的数值可以反映物种的栖息环境，属于底栖的还是上层的；Y轴数值越大那么代表了该物种的营养程度越高50。由图2-4可以看出，613C值最小的是黄蜿CAK,然后是鲫鱼CA和铜锈环棱螺BASBAB，接着是河蟹ESJo613C值最大的是棒花鱼AR、光泽黄颗鱼PN、团头鲂MA。这种差异与它们食源有关。615N值最小的是苦草VN和穗状狐尾藻MSMS，这符合作为初级消费者515N值大小。615N值最大的是油餐HB、红鳍鲌CE、光泽黄颡鱼PN，这也符合它们的生活习性，因为在这些经济种之中，这三种鱼处在食物链的顶端。从图2-4看出，油餐HB、红鳍鲍CEK子陵吻鳏虎