渤海底栖食物网结构与功能及关键种潜在分布的情景预测
文献类型：学位论文
| 作者 | 姜少玉 |
| 答辩日期 | 2023-11-23 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院烟台海岸带研究所 |
| 导师 | 李宝泉 |
| 关键词 | 大型底栖动物群落 营养结构特征 拓扑网络结构 关键种 物种分布预测 |
| 学位名称 | 理学博士 |
| 学位专业 | 海洋生物学 |
| 英文摘要 | 渤海作为我国唯一内海，受陆源输入影响较大，汇入渤海海域的大小40余条河流为其带来了丰富的营养盐，高的初级生产力形成了鱼、虾蟹类重要的产卵场、索饵场和洄游通道。然而，在自然因素和人为因素等多重因子的胁迫下，渤海生态环境遭到破坏，海水水质恶化，饵料质量下降，导致“三场一通道”功能性退化。为了改善这一局面，近些年国家和地方相继开展了渤海综合治理攻坚战行动计划，出台了多项生态保护举措，实施生态修复工程，渤海水质得到显著改善，生态环境质量得到明显提升。在此背景下，在生态系统层面开展渤海底栖生物多样性、食物网结构与功能以及关键种分布情景预测等研究，从时间和空间不同尺度上分析其演变过程和变化趋势，对于渤海生物多样性保护、生态系统健康以及评估渤海攻坚战的生态效果都具有重要的科学意义。 大型底栖动物是海洋生物多样性的重要组成部分，在海洋生态系统中处于物质及能量流动的中间环节，由于其对生境变化敏感，是常用的环境变化指示种。因此，本研究选择大型底栖动物为研究对象，于2021年10月、2022年2月、4月、8月对渤海不同海域（渤海海峡（BH）、莱州湾（LZB）、黄河口邻近海域（YR）、渤海湾（BHB）、辽东湾（LDB）及渤海中央盆地（M））展开了现状调查。从物种、种群、群落不同层次出发，深入剖析了渤海底栖生态系统现状、成因和发展趋势，弥补了之前在空间和时间尺度上的研究不足。并综合了传统分类、稳定同位素技术、食物网拓扑网络以及物种分布模型，分析渤海群落稳定性、食物网结构、关键种组成，模拟和预测了关键种的潜在适生区及未来气候情景下分布区的变化特征，为该海域生物多样性研究提供了新视角，为生态保护和资源管理提供了实证支持。主要结果如下： （1）掌握了大型底栖动物群落的时空分布特征及驱动因素，明确了渤海底栖生态健康状况，证明了补偿效应和种间竞争对渤海底栖群落稳定性的重要作用。通过箱式采泥器采样及传统分类等手段，在渤海共发现115种大型底栖动物，且群落结构存在显著的时空差异，主要表现为：秋季物种数、丰度及生物量高于其他季节，软体动物为主要贡献种，特别是辽东湾区发现了大量群居的东方缝栖蛤（Hiatella orientalia），M7中该物种丰度达800 ind./m2。海水深度、亚硝酸盐含量及沉积物有机质含量是影响物种分布格局的主要驱动因素。渤海底栖生物多样性指数的时空差异不显著，但秋冬季辽东湾区生物多样性水平相对较低。群落凝聚力指数显示，秋冬季渤海大型底栖动物群落稳定性较弱，特别是黄河口邻近海域。AMBI（AZTI's Marine Biotic Index）及M-AMBI（Multivariate-AMBI）分析结果表明，整体上渤海大型底栖动物群落在不同季节虽受到轻微扰动，但生态质量较为健康。 通过阿式底拖网的采集方式，在渤海共捕获大型底栖动物156种。物种数、丰度、生物量及生物多样性的时空差异均不显著，但不同季节及区域物种组成不同。曼特尔检验（Mantel test）分析结果表明海水深度、温度、DO（溶解氧）含量及硅酸盐含量与大型底栖动物多样性的相关性较强。整体上，底栖群落稳定性季节间的差异为：春季 > 冬季 > 秋季。通过2014-2022年的数据分析，发现近9年期间大型底栖动物群落发生了明显的演替。2014年群落结构与其他年份存在显著性差异，差异性超过70%。且底拖网生物群落优势种随时间推移呈现小型化趋势，大个体的棘皮动物及头足类的优势地位逐渐被小个体的蛇尾、双壳类取代。基于时间序列的群落稳定性分析表明，除渤海海峡区外，渤海其他区域群落稳定性较高。渤海海峡底栖群落种间同步性较高，说明种间竞争或捕食不激烈、群落稳定性较差，且其同步性水平增加趋势明显，指示该区域大群落稳定性呈下降趋势，值得关注。而莱州湾区群落相对稳定，但亦存在种间同步性增加趋势，即该区域的底栖群落需要开展针对性保护。 （2）明确了底栖群落不同类群的生态位和营养结构特征，掌握了不同区域底栖动物的摄食习性，构建了渤海不同区域的食物网结构，并筛选了群落关键种。渤海底拖网大型底栖动物的生态位宽度存在一定的时空差异，秋季各类群生物的生态位较其他季节窄，说明秋季潜在食源较为丰富，而冬季种间重叠度较低，种间竞争相对较小。不同区域间，秋季及春季渤海海峡及渤海湾区的生态位重叠度较高，竞争相对激烈，特别是虾类及腹足类与其他类群存在相似的摄食习性。此外，基于Layman结构指标量化了渤海底栖生态系统的营养结构特征，发现春季渤海海域各营养指标均高于其他两个季节，表明春季渤海底拖网生物的营养多样性增加，群落内不同物种具有更加多样的营养生态位，且营养冗余度低，资源利用率相对较高，食物网结构相对稳定。 渤海底栖动物群落主要有两个能量传播途径，即由浮游生物为主的浮游食物链，以及以沉积物碎屑为主的底层食物链。能量传播途径存在一定时空差异，冬季底层食物链为主要传播路径，其他季节浮游食物链在很多区域占优势。渤海底栖食物网的复杂性及稳定性亦存在时空差异，秋季渤海湾及莱州湾区的底栖食物网复杂性及稳定性较差，冬季有所恢复，春季再次降低。此外，关键种分布存在季节性及区域性差异，但营养位置存在一定的相似性，即关键种并非区域内的顶级捕食者，其营养位置多处于中间位置，即作为捕食者也是食物网中重要的饵料资源，或是关键饵料资源，在底栖食物网的物质循环和能量流动具有关键作用。通过KPP（Key Player Problem）运算，发现彩虹明樱蛤（Iridona iridescens）、六丝钝尾虾虎鱼（Amblychaeturichthys hexanema）、矛尾虾虎鱼（Chaeturichthys stigmatias）、鲜明鼓虾（Alpheus digitalis）及疣背宽额虾（Latreutes planirostris）对底栖群落稳定性发挥关键作用。 （3）模拟和预测了关键种在当前渤海的潜在适生区以及未来气候变化情景下的分布区变化。不同关键种对环境的响应不同，影响其分布的主要因素包括：温度、磷酸盐含量、硅酸盐含量和初级生产力。当前渤海各关键种的适生区分布存在差异，彩虹明樱蛤、六丝钝尾虾虎鱼和鲜明鼓虾的高适生区分布具有一定的相似性，主要分布于渤海南部，矛尾虾虎鱼在渤海高适生区面积较少，仅为6605 km2，疣背宽额虾高适生区分布较为广泛，面积为28304 km2，但在莱州湾及渤海湾的分布较少。辽东湾北部及老铁山水道邻近海域为各关键种的低适生区。未来SSP1-2.6（低温室气体排放情景）和SSP5-8.5（很高温室气体排放情景）两种情景下，5种关键种高适生区面积变化趋势不同，但两种情景下高适生区分布重心存在一定相似性，存在至2050年分布重心向北偏移，至2100年，多数种向渤海中央盆地偏移的趋势。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 155 |
| 源URL | [http://ir.yic.ac.cn/handle/133337/38088]  |
| 专题 | 烟台海岸带研究所_海岸带生物学与生物资源利用所重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 姜少玉. 渤海底栖食物网结构与功能及关键种潜在分布的情景预测[D]. 中国科学院烟台海岸带研究所. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：烟台海岸带研究所
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