东印度洋浮游生物食物网研究-结合运用稳定同位素及粒径方法

The energy and materials flows in the food web are determined by the functional structure of organisms and transfer efficiency, and the ecosystem structure can be altered by human activities and climate change. In this research, the food web structure of pelagic ecosystem is to be investigated using a coupled stable isotope-size based approach in the eastern Indian Ocean with both typical oceanic and terrigenous influence characters. The sampling and field work are supported by the annual NSFC’s cruise. By investigating how zooplankton size structure determines the strength of top-down predation pressure of zooplankton on phytoplankton, and comparing the pelagic food web in typical oceanic oligotrophic picophytoplankton-dominated regions with that in anthropogenic forcing and natural changes influenced eutrophic microphytoplankton-dominated regions, three scientific questions are aimed to be solved in the present study, including 1. Effects of zooplankton size structure on the trophic structure of plankton; 2. The role of phytoplankton size in determining the trophic levels of zooplankton, food chain length, predator prey mass ratio, and transfer efficiency; 3. Community-wide impact on the trophic niche width and food sources of pelagic food web from anthropogenic forcing and natural changes. The results will be discussed in the context of other marine food webs. Results of this research will help reveal how energy and materials flows in marine ecosystem and provide the scientific basis for decisions regarding sustainable development of marine fisheries, protection of marine ecosystem, as well as for prediction of changes in marine food web structure with ongoing climate change.

食物网物质与能量传递取决于生物功能群组成及传递效率，而人类活动和气候变化又能影响生态系统组成。本项目依托国家基金委印度洋科学考察共享航次，在既具有典型热带大洋特征又受陆源影响的东印度洋海域，通过稳定同位素技术和粒径结合方法对浮游食物网进行研究。通过浮游动物粒级结构对浮游植物调控研究，并比较热带大洋特征寡营养盐、超微型浮游植物占优势海域和自然或人为影响高营养盐、小型浮游植物占优势海域浮游食物网属性。拟解决：1. 浮游动物粒级结构对浮游生物营养结构的调控作用2. 浮游植物粒级组成对浮游动物营养级，食物链长度，捕食者/被捕食者比值及能量传递效率的影响 3. 自然和人为因素在群落层面对东印度洋浮游食物网阔度及营养来源的影响这三个科学问题。所得结果与其它海域研究进行比较。为海洋生态系统能量流动和物质循环提供资料，为海洋渔业可持续发展，海洋生态系统保护及气候变化下预测海洋生态系统结构变化提供科学依据。

浮游动物在海洋生态系统生地化循环方面起着十分重要的作用。在东印度洋，关于浮游动物对该区域各种物理、化学、生物因素的响应方面研究甚少。研究浮游生物食物网结构以及它们的功能可以帮助我们理解它们在海洋生态系统中的作用。本项目依托国家基金委印度洋科学考察共享航次，结合印度洋特有的海洋学过程对东印度洋大中型浮游动物的群落结构、稳定同位素的分布特征及食物网特征开展研究。研究区域根据温度、盐度、溶氧，营养盐、叶绿素以及水文特征划分为孟加拉湾海域、苏门答腊岛西侧海域、赤道海域以及斯里兰卡南部海域四个区域。大中型浮游动物的研究按其粒径分为200-500µm，500-1000µm，1000-2000µm，2000-4000µm，>4000µm五个组份。主要研究结果如下，（1）根据显微镜鉴定结果，本次调查共鉴定浮游动物374种，不同区域的群落结构与所在区域的生地化过程相关。（2）分粒级浮游动物δ13C和δ15N稳定同位素值的分布显示出一定的差异性，这和各个区域不同的物理、化学和生物因素有关。这些不同的生地化过程决定了不同区域不同的碳氮来源，这些过程包括生物固氮、陆源输入以及中尺度涡旋等。孟加拉湾和苏门答腊岛西侧海域较低的δ15N值与这些区域较高丰度的固氮束毛藻(Trichodesmium spp.)有关，而赤道区域较高丰度的固氮生物α-变形菌造成了此区域浮游动物较低的δ15N值。（3）浮游动物的δ15N值随着其粒径的增加而有增大趋势。粒级较大的浮游动物（>1000μm）的δ15N值比起小粒级的更为分散，说明较大粒级的浮游动物的食性更为复杂和多样。取富集度指数(Trophic enrichment factor)为3.4，浮游动物的营养级在孟加拉湾跨度平均为2.33，苏门答腊岛西侧海域跨度平均为2.44，赤道海域跨度平均为2.69，斯里兰卡南部海域跨度平均为2.33。对于捕食者/被捕食者质量比值(Predator prey mass ratio, PPMR)的估算，整个东印度洋海域为3.88×105:1，相对应的传递效率(Transfer efficiency, TE)为2.2%。本研究显示，浮游动物物种和粒级结构与浮游植物的营养来源密切相关，而这些又受到当地的生地化过程的影响。所得结果为东印度洋等寡营养海区食物网的研究提供了重要的科学依据。