大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)Ecopath模型構(gòu)建及特征分析

林 鵬

(上?？睖y設(shè)計研究院有限公司，上海 200126)

1 引言

大蓮湖位于上海市青浦區(qū)西部，是連接淀山湖和太浦河的重要水道，也是上海重要的淡水魚類養(yǎng)殖基地。為了保護大蓮湖水生態(tài)環(huán)境，眾多學(xué)者對大蓮湖動植物、水環(huán)境等方面開展了研究。朱浩等[1]在2018年1～5月份對大蓮湖濕地修復(fù)區(qū)的浮游植物群落結(jié)構(gòu)進行調(diào)查研究，共鑒定出28種浮游植物，隸屬5門25屬。劉興國等[2]根據(jù)2009年7～10月份采樣結(jié)果，采用浮游動物、底棲動物污染生物學(xué)指數(shù)方法分析大蓮湖水源地不同區(qū)域的污染狀況，運用成分分析法綜合分析大蓮湖水源地的污染特點。岳峰等[3]于2009年4～5月份共3個時間段對大蓮湖的魚類群落特征及其多樣性組成進行了調(diào)查，共收集魚類樣本24061尾，隸屬11科17屬22種。吳迪等[4]從2008～2010年跟蹤調(diào)查了土地利用方式、鳥類群落、兩棲爬行類、水質(zhì)等多類指標來對上海青浦大蓮湖濕地修復(fù)示范工程進行評估，共發(fā)現(xiàn)11種鳥類，兩棲爬行類6科12種。此外，還有較多學(xué)者在水質(zhì)分析評價[5～8]、浮游動植物[9～11]、魚類[12]、鳥類[13]、沉積物[14]等方面進行了相關(guān)研究。

近年來大蓮湖每年投入大量的翹嘴紅鲌、蒙古紅鲌等魚類魚苗，漁業(yè)資源開發(fā)強度不斷增大，但目前對湖泊生態(tài)系統(tǒng)的研究尚不足，難以支撐大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)保護和漁業(yè)開發(fā)需求。本文基于大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查結(jié)果構(gòu)建了大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)的Ecopath模型，研究大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)特征，為大蓮湖漁業(yè)養(yǎng)殖和生態(tài)系統(tǒng)保護提供依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 研究材料

于2022年8月對大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)進行采樣調(diào)查，共設(shè)置10處采樣點，采樣點見圖1。魚類采用流刺網(wǎng)(100 m×2 m)和地籠(10 m×31 cm×25 cm)進行采樣和統(tǒng)計，底棲動物取湖底1/16 m2面積進行采樣和統(tǒng)計。浮游動植物分別統(tǒng)計生物量密度(mg/L)，再根據(jù)平均水深換算得到生物量。

圖1 大蓮湖采樣點分布

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)包括翹嘴紅鲌、蒙古紅鲌等魚類共23種，包括大沼螺、河蜆、絨鋏長足搖蚊等底棲動物共16種，萼花臂尾輪蟲、裂足臂尾輪蟲、廣布近鄰水蚤等浮游動物共30種，彎曲柵藻、頂錐十字藻、小空星藻等藻類共30種。

2.2 模型構(gòu)建

2.2.1 功能組設(shè)置

2.2.2 基本參數(shù)設(shè)置

(1)生物量B。 首先計算每個采樣點各功能組的生物量，然后取平均值得到全湖生物量。

碎屑的生物量參考經(jīng)驗公式計算[15]：

lgD=-2.41+0.954lgPP+0.8631lgE

其中D是碎屑生物量(gC/m2)，PP是年平均初級生產(chǎn)力((gC/m2a))，E是真光層平均深度(m)。年平均初級生產(chǎn)力和真光層深度取值參考元蕩湖的研究成果[16]。

(2)P/B和Q/B。 魚類的P/B和Q/B的取值結(jié)合fishbase.org和相關(guān)文獻，浮游動物、底棲動物的P/B和Q/B取值及浮游植物P/B的取值主要參考相關(guān)文獻[17～19]。

(3)DCs。 功能組的飲食結(jié)構(gòu)DCs參考相關(guān)文獻[17～19]。對于文獻中難以查找到P/B和Q/B取值的功能組，通過查詢其生活習(xí)性，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查結(jié)果的生物種類和數(shù)量，估計其飲食結(jié)構(gòu)，并在模型調(diào)試時進行調(diào)整。

(4)Landings。 魚類上岸量通過走訪調(diào)查進行估算。

2.2.3 模型調(diào)試

Ecopath模型建立在質(zhì)量平衡的基礎(chǔ)上，所以每個功能組的物質(zhì)和能量流動必須平衡。通過模型調(diào)試使得每個功能組0

表1 大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)Ecopath模型基本參數(shù)

續(xù)表1

表2 大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)飲食結(jié)構(gòu)矩陣(一)

表3 大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)飲食結(jié)構(gòu)矩陣(二)

續(xù)表3

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)

大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)見圖2。從圖中可以看出，大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)生物種類較多，營養(yǎng)流動復(fù)雜。營養(yǎng)流動可以總結(jié)為2條主要途徑：一是藻類、碎屑-浮游動物、底棲動物-雜食性魚類-肉食性魚類，二是藻類、碎屑-雜食性魚類-肉食性魚類。

圖2 大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)

模型給出了7個營養(yǎng)級，但第Ⅵ、第Ⅶ營養(yǎng)級的生物量、生產(chǎn)量都很低，可以忽略不計。第Ⅰ級營養(yǎng)級主要是藻類和碎屑。第Ⅱ級營養(yǎng)級為浮游動物、底棲動物、草食性和雜食性魚類。第Ⅲ營養(yǎng)級主要是翹嘴紅鲌、紅鰭鲌等肉食性魚類。生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)級最高的功能組為翹嘴紅鲌，有效營養(yǎng)級3.36, 其攝取的食物處于第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ營養(yǎng)級的比例分別為 66%、32%、2%(表4)。

表4 大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)

續(xù)表4

3.2 能量轉(zhuǎn)換效率分析

營養(yǎng)級的流量是指單位時間內(nèi)流經(jīng)某個營養(yǎng)級的物質(zhì)的量[20]，一般使用Lindeman椎型圖表示(圖3)。初級生產(chǎn)者進入碎屑的的流量為215.2 t/(km2·a)，被攝食的量為145.2 t/(km2·a)。從第Ⅱ至第Ⅴ營養(yǎng)級的傳輸效率分別為：4.26%、11.7%、13.4%和15.0%，其中來自初級生產(chǎn)者流到第Ⅱ至第Ⅴ營養(yǎng)級的轉(zhuǎn)換效率分別為4.3%、11.92%、13.45和15.12%，來自碎屑流到第Ⅱ至第Ⅴ營養(yǎng)級的轉(zhuǎn)換效率分別為4.21%、11.5%、13.23%和14.9%，系統(tǒng)的總能量轉(zhuǎn)換效率為8.74%(表5)。

表5 大蓮湖各營養(yǎng)級能量轉(zhuǎn)換效率

圖3 大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)Lindeman椎型

3.3 混合營養(yǎng)作用

EWE模型中，MTI(MixedImpactTrophic)模塊被用于研究各個功能組之間的營養(yǎng)關(guān)系。大蓮湖混合營養(yǎng)作用見圖4。烏鱧對所有功能組都沒有表現(xiàn)出正面或負面影響。藻類對大多數(shù)浮游動物、底棲動物、魚類表現(xiàn)出正向影響。浮游動物對藻類表現(xiàn)出明顯的負面影響，對大多數(shù)魚類表現(xiàn)出正面影響。軟體動物螺、蜆、蚌對大多數(shù)功能組表現(xiàn)出明顯的負面影響。肉食性魚類翹嘴紅鲌、紅鰭鲌對大多數(shù)魚類表現(xiàn)出負面影響。

圖4 大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)MTI分析

3.4 生態(tài)系統(tǒng)的總體特征

大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)總體特征如表6所示。表征模型可靠性的參數(shù)Pedigee指數(shù)值為0.43，能夠滿足精度要求。

表6 大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)總體特征指標

系統(tǒng)總流量(T)為1146.86 t/(km2·a)，其中系統(tǒng)總消耗量(TQ)為419.51 t/(km2·a)，占系統(tǒng)總流量的36.58%;總呼吸(TR)消耗為166.92 t/(km2·a)，占系統(tǒng)總流量的10.19%;流向碎屑總量(TDE)為366.95 t/(km2·a)，占系統(tǒng)總流量的32.00%；總輸出為193.48 t/(km2·a)占系統(tǒng)總流量的16.87%。可見，系統(tǒng)總消耗量為系統(tǒng)總流量的最大組成部分。

大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)量/總呼吸量(TPP/TR)為2.16，說明大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)尚未成熟。連接指數(shù)(CI)和系統(tǒng)雜食性指數(shù)(SOI)分別為0.33和0.13，系統(tǒng)雜食性指數(shù)較小，說明該生態(tài)系統(tǒng)各功能組之間的聯(lián)系不強，系統(tǒng)不夠穩(wěn)定。大蓮湖生態(tài)系統(tǒng)的Finn's 循環(huán)指數(shù)(FCI)和Finn's循環(huán)平均能流路徑長度(FCL)分別為14.17% 和3.18，表明大蓮湖能量再循環(huán)利用率不高，平均路徑長度較短。

4 結(jié)論

總體看來，大蓮湖湖泊面積小，高強度養(yǎng)殖翹嘴紅鲌、蒙古紅鲌使得一些雜食性小魚數(shù)量極少，大多數(shù)魚類EE已接近1，湖泊生態(tài)系統(tǒng)較脆弱。藻類的EE為0.40，且營養(yǎng)級傳遞效率低，同時總初級生產(chǎn)力/總生物量(TPP/TB)較高，說明生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力尚未被充分利用。因此，建議適當(dāng)控制大蓮湖翹嘴紅鲌、蒙古紅鲌等肉食性魚類養(yǎng)殖強度，并持續(xù)關(guān)注其他魚類生物量的情況，以維護大蓮湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。