麻秋云，韓東燕，劉 賀，薛 瑩，紀(jì)毓鵬，任一平

中國(guó)海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，青島 266003

應(yīng)用穩(wěn)定同位素技術(shù)構(gòu)建膠州灣食物網(wǎng)的連續(xù)營(yíng)養(yǎng)譜

麻秋云，韓東燕，劉 賀，薛 瑩*，紀(jì)毓鵬，任一平

中國(guó)海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，青島 266003

根據(jù)2011年春季和秋季在膠州灣進(jìn)行的漁業(yè)資源綜合調(diào)查，應(yīng)用穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)，分析了膠州灣主要漁業(yè)生物的碳、氮穩(wěn)定同位素比值(δ13C，δ15N)，并計(jì)算其營(yíng)養(yǎng)級(jí)，進(jìn)而構(gòu)建膠州灣食物網(wǎng)的連續(xù)營(yíng)養(yǎng)譜。分析的生物種類包括浮游植物、浮游動(dòng)物、大型無(wú)脊椎動(dòng)物和魚類，其生物量之和占總漁獲量的95%。結(jié)果表明，膠州灣食物網(wǎng)的δ13C值范圍是-25.63‰—-17.16‰，跨度為8.47‰，平均值為(-19.42±1.80)‰；δ15N值范圍是4.15‰—14.11‰，跨度為9.96‰，平均值為(11.98±1.77)‰。膠州灣食物網(wǎng)中的主要生物種類可以劃分為4個(gè)營(yíng)養(yǎng)組群，即初級(jí)生產(chǎn)者、初級(jí)消費(fèi)者、次級(jí)消費(fèi)者以及頂級(jí)捕食者。δ15N值分析顯示，膠州灣主要生物種類的營(yíng)養(yǎng)級(jí)范圍是1.10—4.03。與文獻(xiàn)中基于胃含物分析計(jì)算的營(yíng)養(yǎng)級(jí)相比較， 37個(gè)種類中有29種的營(yíng)養(yǎng)級(jí)分析結(jié)果基本一致(在0.5個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的誤差范圍之內(nèi))。因此，氮穩(wěn)定同位素法是一種研究水生生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)營(yíng)養(yǎng)位置的有效方法。其中，有8種魚類的營(yíng)養(yǎng)級(jí)與歷史文獻(xiàn)相比有所下降，分析方法的不同可能是原因之一，此外，這些魚種攝食餌料生物營(yíng)養(yǎng)級(jí)的下降也是導(dǎo)致其營(yíng)養(yǎng)級(jí)降低的另一個(gè)主要原因。根據(jù)營(yíng)養(yǎng)級(jí)計(jì)算的結(jié)果，構(gòu)建了膠州灣食物網(wǎng)的連續(xù)營(yíng)養(yǎng)譜，膠州灣食物網(wǎng)中，絕大多數(shù)生物種類都屬于初級(jí)和中級(jí)肉食性種類。

膠州灣；食物網(wǎng)；穩(wěn)定同位素；營(yíng)養(yǎng)譜；營(yíng)養(yǎng)級(jí)

營(yíng)養(yǎng)級(jí)是海洋食物網(wǎng)研究的重要內(nèi)容之一。大量研究表明，食物網(wǎng)中氮穩(wěn)定同位素比值會(huì)隨著營(yíng)養(yǎng)層次的升高出現(xiàn)穩(wěn)定富集的現(xiàn)象，因此生物在食物網(wǎng)中的營(yíng)養(yǎng)層次可以用氮穩(wěn)定同位素比值來(lái)表征[1- 3]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用穩(wěn)定同位素技術(shù)對(duì)水域生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)開(kāi)展了一系列相關(guān)的研究。例如：Vizzini等應(yīng)用碳氮穩(wěn)定同位素技術(shù)研究了地中海保護(hù)區(qū)魚類的攝食和營(yíng)養(yǎng)級(jí)[4]；Kaehler等基于碳氮穩(wěn)定同位素分析，研究了Prince Edward島海洋食物網(wǎng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)[5]；蔡德陵等運(yùn)用穩(wěn)定同位素先后研究了嶗山灣[6-7]、渤海[8]和黃東海[9]生態(tài)系統(tǒng)的食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)；全為民對(duì)長(zhǎng)江口鹽沼濕地食物網(wǎng)進(jìn)行了穩(wěn)定同位素的初步研究[10]；徐軍應(yīng)用碳、氮穩(wěn)定同位素探討了巢湖等4個(gè)淡水湖泊的食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)級(jí)關(guān)系[11]。穩(wěn)定同位素技術(shù)已經(jīng)成為研究水域生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)關(guān)系及其動(dòng)態(tài)變化的一種重要方法[12]。

膠州灣位于黃海之濱，是一個(gè)典型的半封閉型海灣，灣內(nèi)水域生產(chǎn)力高，餌料生物豐富，是多種經(jīng)濟(jì)魚、蝦、蟹類繁殖、育幼和索餌的場(chǎng)所[13]。在20世紀(jì)80年代，楊偉祥等使用傳統(tǒng)的胃含物分析方法對(duì)膠州灣食物網(wǎng)進(jìn)行了研究[14]，但尚未見(jiàn)應(yīng)用穩(wěn)定同位素技術(shù)對(duì)膠州灣食物網(wǎng)進(jìn)行研究的報(bào)道。本文應(yīng)用穩(wěn)定同位素技術(shù)對(duì)膠州灣食物網(wǎng)進(jìn)行研究，探討主要生物種類的碳氮穩(wěn)定同位素特征，進(jìn)而分析其營(yíng)養(yǎng)級(jí)并構(gòu)建膠州灣食物網(wǎng)的連續(xù)營(yíng)養(yǎng)譜，旨在為深入研究膠州灣生物群落的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)以及食物網(wǎng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

樣品采自2011年春季(5月)和秋季(11月)在膠州灣海域(35°59′—36°07′N，120°13′—120°23′E)進(jìn)行的底拖網(wǎng)調(diào)查。本次調(diào)查采用國(guó)際上通用的分層隨機(jī)取樣(stratified random sampling)的方法設(shè)置調(diào)查站位[15- 17]，每個(gè)航次分別在膠州灣的灣內(nèi)、灣口和灣外隨機(jī)設(shè)置5個(gè)、3個(gè)和4個(gè)調(diào)查站位(每1′×1′的方格內(nèi)設(shè)置一個(gè)站位)，共12個(gè)調(diào)查站位(圖1)。調(diào)查船為44 kW左右的單拖漁船，調(diào)查網(wǎng)具網(wǎng)口目數(shù)為900目，囊網(wǎng)網(wǎng)目10 mm，平均拖速2 kn，每站拖網(wǎng)時(shí)間0.5 h左右。所有漁獲樣品冷凍保存。在進(jìn)行拖網(wǎng)調(diào)查的同時(shí)，使用0.05m2箱式采泥器采集底棲生物，泥樣經(jīng)0.5mm套篩沖洗，濾出樣品冷凍保存。在每個(gè)站位分別用淺水Ⅰ型和Ⅲ型浮游生物網(wǎng)采集浮游動(dòng)物和浮游植物樣品，都是自水底至水表垂直拖網(wǎng)采樣，樣品冷藏帶回實(shí)驗(yàn)室立即處理。

圖1 2011年春季和秋季膠州灣底拖網(wǎng)調(diào)查站位Fig.1 Sampling stations by bottom trawl survey in Jiaozhou Bay in spring and autumn 2011

1.2 樣品處理

在實(shí)驗(yàn)室中，對(duì)漁獲物進(jìn)行種類鑒定，并按照《海洋調(diào)查規(guī)范》[18]進(jìn)行生物學(xué)測(cè)定，包括體長(zhǎng)(mm)和體重(g)等生物學(xué)參數(shù)。根據(jù)每個(gè)站位不同種類的體長(zhǎng)組成，選取不同個(gè)體大小的樣品以備分析，將采自灣內(nèi)、灣口和灣外的樣品分別合并為一個(gè)樣品進(jìn)行同位素分析。對(duì)于3種優(yōu)勢(shì)魚類——普氏櫛蝦虎魚Acentrogobiuspflaumii、六絲鈍尾蝦虎魚Amblychaeturichthyshexanema和方氏云鳚Pholisfangi，則分別以5mm或10mm體長(zhǎng)為間隔進(jìn)行取樣，每個(gè)體長(zhǎng)組選取1條魚留樣進(jìn)行同位素分析。其中魚類和無(wú)脊椎動(dòng)物取肌肉組織作為分析樣品，浮游植物和浮游動(dòng)物取生物個(gè)體的全體。

對(duì)于浮游植物樣品，先用180 μm 篩絹網(wǎng)過(guò)濾掉浮游動(dòng)物，再用35 μm 生物網(wǎng)采集浮游植物，加蒸餾水于塑料瓶中靜置；取上清液用燃燒過(guò)的玻璃纖維濾膜(GF/C)(450℃下灼燒6 h)過(guò)濾。對(duì)于浮游動(dòng)物樣品，首先在冰箱冷藏柜4℃保存24 h，以去除胃中的殘留食物[19]，用浮游動(dòng)物網(wǎng)過(guò)濾后，在解剖鏡下挑除雜質(zhì)，然后使用不同粒徑的篩絹網(wǎng)對(duì)浮游動(dòng)物進(jìn)行分級(jí)(>900 μm, 500—900 μm, 300—500 μm和100—300 μm)。在進(jìn)行下一步分析前，所有樣品于-20℃的冰柜中保存。

將樣品放于烘箱中(DHG-9070A)60℃下烘干至恒重，使用玻璃研缽充分研磨，然后用1 mol/L鹽酸酸化以去除碳酸鹽的影響[20]，并用脫脂溶液(甲醇∶氯仿∶水= 2∶1∶0.8)進(jìn)行脫脂處理[21]。干燥后再次研磨，放入玻璃瓶中，干燥保存。

1.3 同位素分析

實(shí)驗(yàn)樣品的穩(wěn)定同位素分析在中國(guó)科學(xué)院海洋研究所進(jìn)行，運(yùn)用英國(guó)GV公司的IsoPrime穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀測(cè)定樣品的碳氮穩(wěn)定同位素比值。

碳、氮穩(wěn)定同位素比值用國(guó)際通用的δ值表示，分別以VPDB (Vienna Pee Dee Belemnite)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和大氣氮作為參考標(biāo)準(zhǔn)。δ13C、δ15N分別按以下公式算出：

(1)

(2)

式中，13C/12CVPDB為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物VPDB的碳同位素比值，15N/14Nair為標(biāo)準(zhǔn)大氣氮同位素比值。為保持實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和儀器的穩(wěn)定性，每測(cè)試5個(gè)樣品后加測(cè)1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣，個(gè)別樣品則進(jìn)行2—3次復(fù)測(cè)。δ13C值的分析精度為±0.15‰，δ15N值的分析精度為±0.18‰。

1.4 聚類分析

根據(jù)各種類δ13C值與δ15N值的標(biāo)準(zhǔn)化歐氏距離(Normalized Euclidean distance)，采用多元統(tǒng)計(jì)分析軟件PRIMER v5中的等級(jí)聚類分析(hierarchical cluster analysis)劃分膠州灣食物網(wǎng)主要生物種類的營(yíng)養(yǎng)組群。

1.5 營(yíng)養(yǎng)級(jí)計(jì)算

生物種類營(yíng)養(yǎng)級(jí)(Trophic Level)的計(jì)算公式[2]如下：

TL=(δ15Nsample-δ15Nbaseline) /Δδ15N + 2

(3)

式中，δ15Nsample表示漁獲生物氮穩(wěn)定同位素比值；δ15Nbaseline表示基準(zhǔn)生物氮穩(wěn)定同位素平均比值，本研究取中型浮游動(dòng)物(即樣品中粒徑為300 μm—900 μm的浮游動(dòng)物)[22]的平均值7.2‰；Δδ15N表示一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的氮富集度，平均值為3.4‰[1]；2為基準(zhǔn)生物(初級(jí)消費(fèi)者)的營(yíng)養(yǎng)級(jí)。

本研究選擇海洋食物網(wǎng)營(yíng)養(yǎng)層次1—5級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)[23]，并對(duì)引文中使用營(yíng)養(yǎng)層次0—4級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修正，即每種生物的營(yíng)養(yǎng)級(jí)加1。

2 結(jié)果

2.1 膠州灣主要生物種類的同位素特征

在本次調(diào)查中，除浮游植物和4種粒徑范圍的浮游動(dòng)物外，共分析了63個(gè)生物種類的穩(wěn)定同位素值，其中魚類最多(34種)，其次是蝦類13種，蟹類和頭足類各有5種，其它生物種類6種。

膠州灣食物網(wǎng)δ13C值范圍為-25.63‰—-17.16‰，總跨度為8.47‰，平均值為(-19.42±1.80)‰；δ15N值的范圍為4.15‰—14.11‰，總跨度為9.96‰，略大于δ13C，平均值為(11.98±1.77)‰。

由圖2可以看出，膠州灣各種生物種類的碳、氮穩(wěn)定同位素比值差異較大。其中，魚類碳氮穩(wěn)定同位素比值的范圍較大：δ13C值最小值為(-22.49±0.61)‰，最大值為(-17.26±2.54)‰，平均值為-19.29‰，跨度為5.23‰；而δ15N值的范圍是9.68‰—14.11‰，平均值為12.60‰，跨度為4.43‰。

圖2 膠州灣食物網(wǎng)主要生物種類的碳、氮穩(wěn)定同位素比值(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)Fig.2 δ13C and δ15N values (average ± SD) of major species in the food web of Jiaozhou Bay

頭足類δ13C值的范圍是-19.16‰—-17.81‰，平均值為-18.60‰；而δ15N值的范圍是12.05‰—13.55‰，平均值為12.87‰。蝦類的δ13C值最小為-20.17‰，最大為(-17.75±1.12)‰，差值為2.42‰；而δ15N值最小值為(10.68±0.57)‰，最大為13.76‰，相差3.08‰。蝦類的δ13C平均值為-18.96‰，δ15N平均值為12.03‰。蟹類δ13C值的范圍是-19.50‰—-17.16‰，平均值為-18.47‰；而δ15N值的范圍是11.14‰—13.30‰，平均值為11.98‰。

浮游生物的碳、氮穩(wěn)定同位素比值是所有生物種類中最小的。其中大于 900 μm浮游動(dòng)物的δ13C和δ15N值都是浮游生物的最高值，浮游植物的δ15N值最低(4.15‰)，而300—500 μm浮游動(dòng)物的δ13C值最小(-25.63‰)。浮游動(dòng)物δ13C平均值為(-24.74±0.89)‰，跨度為1.67‰；δ15N平均值為(7.49±1.00)‰，跨度略大，為2.15‰。

2.2 聚類分析

基于δ13C和δ15N值的歐幾里得距離對(duì)膠州灣食物網(wǎng)的主要生物種類進(jìn)行分類，即將具有相近最終營(yíng)養(yǎng)來(lái)源和營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物種類劃為一類。根據(jù)聚類分析結(jié)果，在1.5的歐氏距離上可將膠州灣食物網(wǎng)的主要生物種類劃分為4個(gè)營(yíng)養(yǎng)組群：第一組群為浮游植物，屬于初級(jí)生產(chǎn)者；第二組群為浮游動(dòng)物，屬于食物網(wǎng)中的初級(jí)消費(fèi)者；第三組群包括經(jīng)氏殼蛞蝓(Philinekinglippini)、玉筋魚(Ammodytespersonatus)和尖海龍(Syngnathusacus)，屬于食物網(wǎng)中的次級(jí)消費(fèi)者；第四組群則為其它無(wú)脊椎動(dòng)物和魚類(圖3)。

圖3 膠州灣食物網(wǎng)主要生物種類碳氮穩(wěn)定同位素比值的聚類分析Fig.3 Cluster analyses based on Normalized Euclidean distances of δ13C and δ15N for species in the food web of Jizozhou Bay

2.3 營(yíng)養(yǎng)級(jí)

經(jīng)計(jì)算，膠州灣食物網(wǎng)主要生物種類的營(yíng)養(yǎng)級(jí)范圍為1.10(浮游植物)—4.03(紅狼牙蝦虎魚Odontamblyopusrubicundus)，營(yíng)養(yǎng)層次長(zhǎng)度為4級(jí)(表1)。其中，魚類營(yíng)養(yǎng)級(jí)的范圍為2.73至4.03。有兩種魚類(尖海龍和玉筋魚)的營(yíng)養(yǎng)級(jí)低于3；營(yíng)養(yǎng)級(jí)高于4的只有紅狼牙蝦虎魚；大部分魚類(82%)集中在3.40—3.90的營(yíng)養(yǎng)級(jí)范圍內(nèi)(表1)。

頭足類和蝦蟹類均屬于第Ⅲ營(yíng)養(yǎng)級(jí)(3—4)。在頭足類中，營(yíng)養(yǎng)級(jí)最高的為槍烏賊Loliolussp.(3.87±0.10)，其次為長(zhǎng)蛸Octopusvariabilis(3.78)，雙喙耳烏賊Sepiolabirostrata的營(yíng)養(yǎng)級(jí)最低，為3.43±0.16。在種類較多的蝦類中，營(yíng)養(yǎng)級(jí)最高值為凡納濱對(duì)蝦Litopenaeusvannamei的3.93，最低值為海蜇蝦Latreutesanoplonyx的3.02。在蟹類中，營(yíng)養(yǎng)級(jí)最高的是三疣梭子蟹(Portunustrituberculatus)(3.79)，雙斑蟳Charybdisbimaculata的營(yíng)養(yǎng)級(jí)最低，為3.16。另外，經(jīng)氏殼蛞蝓的營(yíng)養(yǎng)級(jí)為2.96，是除浮游動(dòng)物外無(wú)脊椎動(dòng)物中最小的營(yíng)養(yǎng)級(jí)(表1)。

在浮游生物中，浮游植物的營(yíng)養(yǎng)級(jí)為1.10，作為初級(jí)生產(chǎn)者，是膠州灣食物網(wǎng)中營(yíng)養(yǎng)級(jí)最低的種類。浮游動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)級(jí)范圍是1.83—2.46，屬于初級(jí)消費(fèi)者(表1)。

2.4 營(yíng)養(yǎng)譜

根據(jù)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的計(jì)算結(jié)果，構(gòu)建了膠州灣食物網(wǎng)的連續(xù)營(yíng)養(yǎng)譜(圖4)。位于1.0—1.5營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的生物種類只有浮游植物；位于1.5—2.0營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的生物種類有兩類，分別為粒徑100—300μm和500—900μm的浮游動(dòng)物；位于2.0—2.5營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的生物種類也有兩類，分別為粒徑300—500μm和>900μm的浮游動(dòng)物；位于2.5—3.0營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的生物種類有3種，即尖海龍、玉筋魚和經(jīng)氏殼蛞蝓；位于3.0—3.5營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的生物種類有21種，包括7種魚類、8種蝦類、2種蟹類、1種頭足類、2種貝類和沙蠶；位于3.5—4.0營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的生物種類有38種，包括24種魚類、5種蝦類、3種蟹類、4種頭足類以及口蝦蛄Oratosquillaoratoria和藍(lán)無(wú)殼側(cè)鰓海牛Pleurobranchaeanovaezealandiae；營(yíng)養(yǎng)級(jí)高于4.0的種類只有紅狼牙蝦虎魚一種。

表1 膠州灣食物網(wǎng)主要生物種類的營(yíng)養(yǎng)級(jí)Table 1 The trophic levels of major species in the food web of Jiaozhou bay

圖4 膠州灣食物網(wǎng)的連續(xù)營(yíng)養(yǎng)譜Fig.4 The continuous trophic spectrum for the food web of Jiaozhou Bay

3 討論

3.1 膠州灣食物網(wǎng)的同位素特征

本次膠州灣春、秋季節(jié)調(diào)查，用于同位素分析生物種類的生物量之和占總生物量的95%，基本涵蓋了膠州灣周年出現(xiàn)的主要生物種類[31- 34]，因此本研究結(jié)果可以反映膠州灣食物網(wǎng)的基本情況。

研究發(fā)現(xiàn)，膠州灣食物網(wǎng)中各生物類別δ13C和δ15N的數(shù)值范圍存在較大差異，其中魚類種類數(shù)最多(34種)，其δ13C和δ15N跨度都是最大的，分別為5.23‰和4.43‰。魚類較大的δ13C和δ15N跨度不僅與種類數(shù)較多有關(guān)，也與個(gè)別種有關(guān)，即尖海龍和玉筋魚，其δ13C和δ15N值均偏低。除此之外的32種魚類，其δ13C值主要集中在-20.57‰—-17.26‰，跨度為3.31‰；δ15N值主要集中在11.39‰—14.11‰，跨度為2.72‰。

本研究中，共有17個(gè)生物種類與2005年蔡德陵在東黃海進(jìn)行的同位素研究[9]相同。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，這17個(gè)相同種類在本研究中的δ15N值均較大，差值為0.33‰—3.35‰，其中小黃魚Larimichthyspolyactis差值最大，其余16個(gè)種類的差值均小于3.00‰。而與2010年李忠義對(duì)南黃海漁獲物進(jìn)行的同位素研究[35]相比，膠州灣11種相同種類的δ15N值依然較大，只有雙斑蟳的略小(差值為0.38‰)，其中差值較大的有細(xì)螯蝦Leptochelagracilis(7.00‰)、大瀧六線魚Hexagrammosotakii(5.73‰)和雙喙耳烏賊(4.07‰)，其余種類的差值均小于3.00‰。造成這種差別原因可能是多方面的。首先，由于研究海域和調(diào)查時(shí)間不同，捕食者的基礎(chǔ)餌料生物不同，從而造成了同種生物δ15N值的差異。另一方面可能與體長(zhǎng)差異有關(guān)，例如：本研究中大瀧六線魚體長(zhǎng)范圍55—225mm，δ15N值為(13.54±0.47)‰，而南黃海大瀧六線魚的體長(zhǎng)范圍為46—55mm，相應(yīng)的δ15N值也較小，為7.81‰[35]。

膠州灣春季浮游動(dòng)物δ15N和δ13C的數(shù)值范圍分別是6.61‰—8.76‰和-25.63‰—-23.96‰，跨度分別為2.15‰和1.67‰。由于在分析時(shí)將浮游動(dòng)物按照粒徑進(jìn)行區(qū)分，造成不同食性浮游動(dòng)物的分離，因此浮游動(dòng)物樣品氮同位素的數(shù)值范圍較大，營(yíng)養(yǎng)級(jí)跨度也較大。浮游動(dòng)物的粒徑越大，其營(yíng)養(yǎng)級(jí)就越高，δ15N值隨營(yíng)養(yǎng)層次升高會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定富集現(xiàn)象[1]，而δ13C值富集度極小[36]。因此浮游動(dòng)物的δ15N值整體上隨著粒徑的增大而逐漸增大。本研究結(jié)果顯示，膠州灣春季大型浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種主要為中華哲水蚤Calanussinicus、夜光蟲Noctilucascientillans和強(qiáng)壯箭蟲Sagittacrassa等，均為大于500μm的浮游動(dòng)物，δ15N和δ13C平均值分別為(7.69±1.33)‰和(-23.97±0.95)‰，均與蔡德陵的研究結(jié)果相近[8]。

膠州灣2011年春季浮游植物δ15N值為4.15‰，δ13C平均值為-25.03 ‰± 0.51‰，都比南黃海北部春季浮游植物的δ15N、δ13C值[9]要小，兩地浮游植物優(yōu)勢(shì)種類的不同可能是造成δ15N、δ13C差異的主要原因[37-38]。

3.2 營(yíng)養(yǎng)級(jí)的比較分析

本研究按照海洋食物網(wǎng)營(yíng)養(yǎng)層次1—5級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算得出膠州灣食物網(wǎng)主要生物種類的營(yíng)養(yǎng)層次為4級(jí)：浮游植物為1.10級(jí)，高級(jí)肉食性魚類紅狼牙蝦虎魚為4.03級(jí)。同樣基于氮穩(wěn)定同位素計(jì)算生物營(yíng)養(yǎng)級(jí)，本次調(diào)查的膠州灣食物網(wǎng)的營(yíng)養(yǎng)層次范圍明顯大于黃東海(1.43—3.62)[9]，這主要是因?yàn)楸狙芯康纳锓N類包括了位于食物網(wǎng)底層的初級(jí)生產(chǎn)者(浮游植物)和初級(jí)消費(fèi)者(浮游動(dòng)物)，因此營(yíng)養(yǎng)級(jí)的跨度較大。

Vander Zanden等[39]應(yīng)用穩(wěn)定同位素技術(shù)和胃含物分析的方法計(jì)算了Ontario和Quebec 36個(gè)湖泊8種魚類的營(yíng)養(yǎng)級(jí)，發(fā)現(xiàn)兩種方法所計(jì)算的結(jié)果相似。本研究檢索了我國(guó)近年來(lái)的相關(guān)研究，在涉及膠州灣食物網(wǎng)各個(gè)種類的胃含物分析營(yíng)養(yǎng)級(jí)報(bào)道中，有文獻(xiàn)可查的種類有37種，包括25種魚類、7種蝦類、3種蟹類和2種頭足類(表1)。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，兩者分析的營(yíng)養(yǎng)級(jí)結(jié)果具有很好的一致性，約78%的種類(29種)在0.5個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的誤差范圍之內(nèi)是一致的，這與國(guó)內(nèi)學(xué)者蔡德陵[9]、李忠義[35]和萬(wàn)煒[40]的研究結(jié)果相似。因此可以認(rèn)為，氮穩(wěn)定同位素法是一種研究水生生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)營(yíng)養(yǎng)位置的有效方法。

在本研究中，有8種魚類δ15N分析的營(yíng)養(yǎng)級(jí)明顯低于1992年韋晟運(yùn)用胃含物分析的黃海同種魚類的營(yíng)養(yǎng)級(jí)[24]。差異最大的是許氏平鲉Sebastesschlegelii(差值為1.17)；其次是方氏云鳚，差值為1.05；其余6種魚類(星康吉鰻Congermyriaster、細(xì)紋獅子魚Liparistanakae、石鰈Kareiusbicoloratus、長(zhǎng)蛇鯔Sauridaelongata、黃鮟鱇Lophiuslitulon和鲬Platycephalusindicus)差值在0.60至0.99之間。

與穩(wěn)定同位素分析相比，胃含物分析只能反映魚類短時(shí)間內(nèi)的攝食情況，且分析時(shí)容易忽略一些小型、易消化的餌料種類，因此可能造成營(yíng)養(yǎng)級(jí)的計(jì)算結(jié)果較實(shí)際值偏高[4]。此外，這些魚類營(yíng)養(yǎng)級(jí)降低還與其食物組成中餌料生物種類的變化有關(guān)。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，這些魚類的主要餌料生物普遍由小型魚類等高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的餌料生物轉(zhuǎn)換為營(yíng)養(yǎng)級(jí)較低的餌料生物，餌料生物營(yíng)養(yǎng)級(jí)的下降可能是導(dǎo)致捕食魚類營(yíng)養(yǎng)級(jí)降低的主要原因[41]，這種現(xiàn)象在其它海域也有過(guò)報(bào)道[41- 44]。另一方面，魚類個(gè)體的體長(zhǎng)組成也會(huì)對(duì)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的計(jì)算結(jié)果造成影響，例如：本研究中采集的許氏平鲉體長(zhǎng)范圍是76—117mm，細(xì)紋獅子魚體長(zhǎng)范圍是45—130mm，個(gè)體均較小，因此導(dǎo)致其營(yíng)養(yǎng)級(jí)偏低。

3.3 膠州灣食物網(wǎng)連續(xù)營(yíng)養(yǎng)譜的特征

根據(jù)營(yíng)養(yǎng)級(jí)計(jì)算的結(jié)果，本研究構(gòu)建了膠州灣食物網(wǎng)的連續(xù)營(yíng)養(yǎng)譜。膠州灣34種魚類的營(yíng)養(yǎng)級(jí)范圍為2.73—4.03，主要集中于3.0—4.0之間。只有尖海龍和玉筋魚的營(yíng)養(yǎng)級(jí)低于3.0，同時(shí)也只有紅狼牙蝦虎魚的營(yíng)養(yǎng)級(jí)高于4.0，為4.03。在營(yíng)養(yǎng)譜中，魚類主要屬于中級(jí)和頂級(jí)消費(fèi)者。20世紀(jì)80年代楊偉祥對(duì)膠州灣53種魚類的胃含物分析表明，66%(35種)的種類以浮游動(dòng)物和底棲生物為食，屬于3.0— 4.0的第Ⅲ營(yíng)養(yǎng)級(jí)[14]，本文的研究結(jié)果與之相似。在膠州灣食物網(wǎng)中，浮游植物和浮游動(dòng)物位于營(yíng)養(yǎng)譜的底層，而其它無(wú)脊椎動(dòng)物主要位于第Ⅲ營(yíng)養(yǎng)級(jí)，營(yíng)養(yǎng)級(jí)范圍為2.96—3.93，29個(gè)種類中只有經(jīng)氏殼蛞蝓的營(yíng)養(yǎng)級(jí)低于3.0。

本研究中34種魚類，營(yíng)養(yǎng)級(jí)范圍為2.73—4.03，跨度為1.30。這是由于近年來(lái)膠州灣魚類趨向小型化、低齡化[31,34]，本次調(diào)查所采集的魚類主要為雜食性魚類，而高級(jí)肉食性魚類，如星康吉鰻又由于個(gè)體較小的原因，其營(yíng)養(yǎng)級(jí)僅為3.8±0.4，一些歷史資料中記錄的膠州灣植食性和碎屑食性的魚類(營(yíng)養(yǎng)級(jí)2.0—2.9)[14]在本次調(diào)查中均未采集到，如鮻魚Lizahaematocheilus和鯔魚Mugilcephalus等。這也從另一方面說(shuō)明了膠州灣魚類群落結(jié)構(gòu)的衰退。

致謝：中國(guó)科學(xué)院海洋研究所于心科研究員和南青云老師對(duì)樣品測(cè)定給予幫助，中國(guó)海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院劉群教授給予支持，特此致謝。

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Construction of a continuous trophic spectrum for the food web in jiaozhou bay using stable isotope analyses

MA Qiuyun, HAN Dongyan, LIU He, XUE Ying*, JI Yupeng, REN Yiping

CollegeofFisheries,OceanUniversityofChina,Qingdao266003,China

Jiaozhou Bay is an important spawning and feeding ground for many commercially important marine species in China. However, its trophic function remains poorly understood. In recent years, stable isotope (e.g., carbon and nitrogen) analysis has become a powerful tool for studying food webs in rivers, flood plains, salt marshes, lakes, and marine ecosystems. In this study, stable isotope analyses were employed to explore the trophic spectrum of the food web in Jiaozhou Bay based on the data collected from two surveys in the spring and fall of 2011. The species included plankton (i.e., phytoplankton and four sizes of zooplankton), 29 invertebrates (i.e., decapods, brachyurans, cephalopods, bivalves, gastropods and polychaetes) and 34 fishes. All of these species accounted for 95% of the total biomass of the catches, and covered all the dominant invertebrates and fish species documented in the Jiaozhou Bay ecosystem. The carbon and nitrogen stable isotope ratios (δ13C andδ15N) of these species were measured by isotope ratio mass spectrometer (IRMS, Isoprime; GV, Manchester, UK). The results showed that theδ13C values of these species ranged from -25.63‰ to -17.16‰, with the highest13C-enriched values being exhibited byPortunustrituberculatusand the lowest values being exhibited by 300—500 μm sized zooplankton. Theδ15N values ranged from 4.15‰ to 14.11‰, with the highest15N-enriched values being exhibited byOdontamblyopusrubicundusand the lowest values being exhibited by phytoplankton. The averageδ13C andδ15N values were (-19.42 ± 1.80)‰ and (11.98±1.77)‰, respectively. A hierarchical cluster analysis was performed on the Normalized Euclidean distances of theδ13C andδ15N values. Cluster analysis showed that the major species in the food web of Jiaozhou Bay were classified into four trophic groups: primary producers (phytoplankton), primary consumers (zooplankton), secondary consumers (1 invertebratePhilineKinglippiniand two fishes,AmmodytespersonatusandSyngnathusacus), and top predators (other invertebrates and fishes). The trophic levels for these species were estimated from the15N enrichment per trophic level (Δδ15N). Almost all of the species in this study belonged to trophic levels between 1.0 and 4.0, with phytoplankton occurring in the lowest trophic level (1.10) andO.rubicundusoccurring in the highest trophic level (4.03). Trophic levels estimated from nitrogen stable isotope ratios (TLN) were compared with those estimated by stomach content analysis (TLD) from the published literatures. In all 37 species for which the TLDwas available, the difference between TLNand TLDwas less than 0.5 trophic levels in 29 of the species. Thus, nitrogen stable isotope analysis represents an effective method for studying the trophic position of organisms in the aquatic ecosystem. However, the TLNwas lower than the TLDfor 8 fish species, includingSebastesschlegelii,Pholisfangi, andCongermyriaster. In addition to the difference between stable isotope and stomach content analysis, the decline in the number of prey items in each trophic level might explain the reduction in the trophic level of these fish species. The continuous trophic spectrum of the food web in Jiaozhou Bay was established from the trophic levels of the species present in this system. The trophic levels of most species (59 of 63) were between 3.0 and 4.0, which indicated that the food web of Jiaozhou Bay mostly contains lower and mid-level carnivorous species. We recommend the use of both stable isotope and stomach content analyses to improve our understanding about the food web characteristics of aquatic ecosystems.

Jiaozhou Bay; food web; stable isotope; trophic spectrum; trophic level

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41006083)；山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(ZR2010DQ026)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(201022001，201262004)；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(20120132130001)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201303050)

2013- 10- 31;

日期:2015- 04- 14

10.5846/stxb201310312632

*通訊作者Corresponding author.E-mail: xueying@ouc.edu.cn

麻秋云，韓東燕，劉賀，薛瑩，紀(jì)毓鵬，任一平.應(yīng)用穩(wěn)定同位素技術(shù)構(gòu)建膠州灣食物網(wǎng)的連續(xù)營(yíng)養(yǎng)譜.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(21):7207- 7218.

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