鳙、鲢鱼鳞作为稳定同位素研究非致命采样替代物的有效性

稳定同位素分析技术已成为食物网研究中的关键技术,通用方法是取鱼类背部白色肌肉,在实际应用过程会导致鱼类的死亡,因而有所局限.使用非致命组织作为稳定同位素研究中的替代组织越来越得到关注,但是目前国内尚未开展相关研究.比较鳙(Aristichthy nobilis)、鲢(Hypophthalmichthys molitrix)鱼鳞与肌肉组织中δ13C和δ15N比值,发现鳙、鲢的鱼鳞与肌肉组织中δ13C和δ15N比值均有显著差异.鱼鳞δ13C比值比肌肉更富集,平均高2.54‰,而δ15N比值比肌肉平均低0.7‰.对鳙、鲢的鱼鳞与肌肉组织δ15N比值含量进行相关分析发现,通过构建线性模型,可用校正后的鱼鳞δ15N比值替代肌肉组织δ15N比值.鲢的鱼鳞与肌肉组织δ13C比值存在显著线性相关,而鳙的鱼鳞与肌肉组织δ13C比值无显著相关关系.     

三峡水库与长寿湖水库鱼类碳、氮稳定同位素特征及营养级的比较

为探究人为活动对水库鱼类食物来源和营养级关系的影响,选择人为影响程度较低的三峡水库和影响程度较高的长寿湖水库为研究对象,应用碳、氮稳定同位素技术对两个水库鱼类δ¹³C值、δ¹⁵N值和营养级进行比较分析.结果显示：长寿湖水库鱼类δ¹³C平均值（-22.66‰±1.94‰）与三峡水库（-22.59‰±1.87‰）较为接近,但长寿湖鱼类的δ¹⁵N值（13.95‰ ±3.02‰）显著高于三峡水库鱼类的δ¹⁵N值（11.98‰ ±2.25‰）.根据δ¹⁵N值计算不同食性鱼类间的营养级,三峡水库营养级为肉食性鱼类 > 杂食性鱼类 > 浮游生物食性鱼类 > 草食性鱼类;而长寿湖中则表现为浮游生物食性鱼类 > 肉食性鱼类 > 杂食性鱼类 > 草食性鱼类,营养级出现了异常现象.这一结果表明,对于人为影响（如人工喂食鱼饲料等）较大的水体,采用δ¹⁵N值计算不同食性鱼类间的营养级存在不确定性.     

富营养化对湖泊消费者群落碳源和氮源的影响——以白洋淀为例

富营养化对湖泊生态系统能流和物流的影响具有不确定性,多数研究仅关注富营养化对浅水湖泊食物网结构和功能的影响,而富营养化对消费者群落碳源和氮源的影响及其时空分异特征较少关注.鉴于此,本研究选取华北平原最大的浅水富营养化湖泊——白洋淀为研究区,依据生境理化参数将白洋淀划分为3类生境（生境1（Ⅰ和Ⅱ区）主要遭受上游府河废水排放影响;生境2（Ⅴ、Ⅶ和Ⅷ区）主要遭受水产养殖和生活污水的影响;生境3（Ⅲ、Ⅳ和Ⅵ区）遭受人为干扰较小）.在2018年4月和8月分别收集了浮游生物、底栖生物和鱼类样品,运用碳、氮稳定同位素技术定量估算3类生境中底栖和浮游生物对消费者群落碳源和氮源贡献百分比的时空分异特征;同时收集水体和沉积物样品进行常规理化参数分析,明晰富营养化对白洋淀消费者群落碳源和氮源贡献百分比的影响.结果表明：1）就水体和沉积物理化参数季节变化而言,除pH相对稳定外,化学需氧量（COD）、沉积物氨氮（NH₃-Ns）、总氮（TN）和沉积物总磷（TPs）4月高于8月,而其他理化参数则8月高于4月;就空间分布而言,温度（T）、水深（WD）、溶解氧（DO）和沉积物总碳（TCs）值在生境3中最高,而其他理化参数的值则在生境1中最高;2）就δ¹³C和δ¹⁵N空间分布而言,对于同一群落,δ¹³C和δ¹⁵N在3类生境中富集程度呈现显著差异;就时间分布而言,不同季节消费者群落的δ¹³C值存在显著差异,而δ¹⁵N值未呈现显著差异,且消费者群落的δ¹³C和δ¹⁵N呈显著负相关;3）就消费者营养级的空间分布而言,3类生境存在显著差异,同一消费者营养级在生境1中最高,在生境3中最低;就时间分布而言,消费者营养级未呈现显著差异;4）浮游生物对消费者群落碳源和氮源贡献百分比4月高于8月,生境1高于其他生境;而底栖生物对消费者群落碳源和氮源贡献百分比则8月高于4月,生境3高于其他生境;5）通过相关分析,结果表明白洋淀消费者群落的δ¹³C与总磷（TP）、TCs、沉积物总氮（TNs）、总有机碳（TOCs）、TPs呈现负相关关系;δ¹⁵N值与TP、TCs、TNs、TOCs、TPs呈正相关关系.因此,湖泊富营养化会影响消费者群落的碳源和氮源,进而改变湖泊生态系统的能流和物流.     

鄱阳湖网箱养殖区沉积物有机质来源分析

通过对鱼苗时期鄱阳湖网箱养殖区沉积物、饵料及鱼粪等样品总有机碳(TOC)含量、总氮(TN)含量、碳氮比(C/N)、δ^13 C及δ^15 N的测定,分析探讨了鄱阳湖网箱养殖区沉积物有机质来源,量化了网箱养殖废物对养殖区沉积物有机质的贡献.结果表明,网箱养殖区沉积物的δ^13 C和δ^15 N值分别为-27.67‰~-25.65‰和5.19‰~7.27‰,饵料的δ^13 C和δ^15 N值分别为-24.73‰和10.28‰,鱼粪的δ^13 C和δ^15 N值分别为-26.30‰和15.54‰.网箱养殖区沉积物有机质来源主要有残饵、浮游生物及其他来源,其贡献率分别为48.3%±11.4%、25.6%±11.3%及26.0%±5.8%,而鱼粪的贡献几乎可以忽略不计.在水动力平流引起的扩散及沉积物的再悬浮的影响下,网箱养殖源有机质的扩散距离达1500 m.在鱼苗时期,鱼类网箱养殖的残饵是鄱阳湖网箱养殖区沉积物有机质的主要来源.     

太湖3个典型水域红鳍原鲌(Cultrichthys erythropterus)δ~(13)C和δ~(15)N值的变化规律

运用稳定性同位素分析技术研究红鳍原鲌δ13C和δ15N值变化规律,进一步探讨贡湖湾、鲤山湾和东太湖3个典型水域的红鳍原鲌食性差异.结果显示,红鳍原鲌的δ13C值与体长、δ15N值与体长呈显著正相关关系,大个体的红鳍原鲌(体长138 mm)δ13C值和营养级显著高于小个体红鳍原鲌(体长138 mm),表明红鳍原鲌在生长过程中随着口裂的增大和捕食能力的加强发生了食性转变现象:食物来源由小型浮游动物向鱼类转变.红鳍原鲌的δ13C在3个水域中具有明显的空间异质性,东太湖(-25.17‰±2.56‰)作为养殖活动影响区均显著低于贡湖湾(-23.11‰±1.05‰)和鲤山湾(-22.73‰±1.31‰),而且个体普遍偏小,说明红鳍原鲌种群分布可能存在一定的区域性,会根据栖息环境选择食物来源.红鳍原鲌在高浓度蓝藻的环境下,偏向摄食较大个体的动物性饵料,减轻对浮游动物的摄食压力,间接控制水体富营养化的发展.另外,还讨论了红鳍原鲌对生态系统的影响,为其资源保护和合理配置利用提供理论依据.     

鄱阳湖候鸟栖息地湖泊悬浮有机质的碳氮分布及来源分析——以大湖池和沙湖为例

以江西鄱阳湖国家级自然保护区的2个湖泊——大湖池和沙湖为研究对象,分析不同季节和水位悬浮有机质的碳氮稳定同位素（δ¹³C和δ¹⁵N）及碳氮比值（C/N）的变化特征,甄别悬浮有机质的来源.结果表明：在不同水位条件下,悬浮有机质的δ¹³C和δ¹⁵N均存在差异显著性.沙湖5月水位上涨时,悬浮有机质δ¹³C最正,均值为-26.4‰±0.9‰,10月退水后,δ¹³C最负,均值为-31.2‰±1.1‰.悬浮有机质δ¹⁵N值在5月和8月较低（范围为3.5‰~5.5‰）,10月也相对较低,均值为6.1‰±0.6‰,而12月相对较高（7.3‰~10.8‰）.悬浮有机质C/N值在10月最低,均值为6.5±0.6,小于7,与其他各月的C/N有显著差异,而其他各月C/N在7.8~8.7之间,不存在显著差异.大湖池悬浮有机质δ¹³C、δ¹⁵N各月的变化趋势与沙湖类似,并且两个湖泊在相同月份的δ¹³C、δ¹⁵N或C/N均不存在显著差异,但大湖池的δ¹³C和δ¹⁵N比沙湖的δ¹³C和δ¹⁵N均值略偏正0.1‰~0.5‰,C/N比沙湖的C/N略偏低0~0.4.有机δ¹³C、δ¹⁵N结合C/N示踪表明,大湖池和沙湖的悬浮有机质在5月水位上涨和8月丰水期主要来源于河流运输的土壤有机质,表层沉积物对5月悬浮有机质也有一定贡献（16%）,水生浮叶植物对8月悬浮有机质有一定贡献（25%）;10月秋季退水后悬浮有机质主要来源于藻类（77%）,表层沉积物有一定贡献（23%）;12、3和4月冬、春季枯水期悬浮有机质主要来源于表层沉积物,候鸟粪便对12月悬浮有机质有较大贡献（40%）,湿地植物碎屑对3和4月有较大贡献（47%和51%）.     

洱海悬浮颗粒物和表层沉积物有机碳氮同位素来源特征及水质指示意义

为探究湖泊水体悬浮颗粒物和沉积物有机碳、氮来源及水质指示意义,分析了2013-2014年洱海悬浮颗粒物和表层沉积物有机碳同位素(δ13C)、氮同位素(δ15N)和C/N比值时空变化特征及与水质的关系.结果 表明:①洱海悬浮颗粒物δ13C、C/N、δ15N在旱、雨季差异显著(P＜0.05),旱季变化范围分别为-31.75...     

太湖高等水生植物稳定碳、氮同位素特征

高等水生植物的稳定碳、氮同位素能够反映其生理生态学信息.从太湖贡湖湾和梅梁湾采集高等水生植物,分析两湖湾高等水生植物的稳定碳、氮同位素值时空变化和种类差异.结果显示:水生植物的稳定碳、氮同位素值因时间、空间和种类而发生变化,总体上时间变化规律不明显,空间变化有一定规律性:梅梁湾中穗花狐尾藻、马来眼子菜、苦草、凤眼莲的δ~(15)N明显高于贡湖湾,挺水植物芦苇的δ~(15)N差异不显著,反映了梅梁湾较贡湖湾有较高的营养水平;贡湖湾中穗花狐尾藻、苦草的δ~(13)C显著高于梅梁湾,其它种类没有显著差异.从种类特征来看,贡湖湾和梅梁湾浮叶植物与挺水植物芦苇、凤眼莲、菱的δ~(13)C偏低,而微齿眼子菜、金鱼藻、马来眼子菜、苦草、伊乐藻、穗花狐尾藻等沉水植物的δ~(13)C值较高,这与它们所处的环境和碳源有关.     

古骨可溶性胶原蛋白的提取及其重建古食谱的可行性分析

当前在古食谱研究中,胶原蛋白(不可溶性)的提取,主要采用明胶化法.然而,胶原蛋白的直接降解产物——可溶性胶原蛋白,常常予以忽视并摒弃.本文通过凝胶层析,分管提取了古骨的酸提取液,从中分辨出三个峰,对各峰提取物的C和N含量,C/N摩尔比值及稳定同位素比值进行分析,并与对应的不可溶胶原蛋白(ISC)进行了比较,以探讨可溶性胶原蛋白(SC)在古食谱研究中的可行性.三个峰中,第二峰(保留时间在17.5~27.5 min)峰形最为平缓,表明其所含蛋白质的分子量不一致;其各管提取物,在C和N含量,C/N摩尔比值上与ISC最为接近.基于以上发现,可以看出,第二峰提取物即为SC.更为重要的是,两种蛋白的δ13C值和δ15N值均相近.具体而言,C/N摩尔比值落于正常范围的SC,与对应的ISC相比,δ13C差异的平均值仅为(0.3±0.2)‰(N=2),δ15N值大约相差(0.6±0.1)‰(N=2);而C/N摩尔比值稍高于正常范围的SC,与对应的ISC相比,δ13C差的平均值也仅为(0.4±0.1)‰(N=2),δ15N值也约相差(0.3±0)‰(N=2).这些差异,远低于δ13C和δ15N值在食物链营养级之间的差异(δ13C约为1‰~1.5‰,δ15N值约为3‰~5‰),表明SC与ISC具有相似的性质,其C和N稳定同位素分析,在古食谱研究中极具应用价值.     

利用C，N稳定同位素分析法鉴别家猪与野猪的初步尝试

采用动物考古学和分子生物学的研究方法探索家猪的起源已取得丰硕的成果,但如何科学鉴别驯化初期的家猪,至目前为止一直缺乏有效的研究思路和方法．与野猪的食物主要源自自然环境相比,家猪的食物则更容易受人类饲喂活动的影响,故此,理论上,探索猪群间的食物结构差异,了解人类的饲喂活动对猪食物的影响,可望科学地辨别家猪与野猪．对山东后李文化时期（约8500～7500年前）小荆山遗址的人骨以及月庄遗址的动物骨进行了C,N稳定同位素分析,探索猪群食谱差异,并通过与先民以及其他动物的同位素数值比较,尝试科学地鉴别家猪与野猪．先民的δ^13 C（平均值-17．8‰±0．3‰和δ^15 N（平均值9．0‰±0．6‰）表明,先民虽已开始从事粟作农业,但粟作农业在人类的生活方式中尚不占主导地位（因为粟类植物是一种典型的C4植物）,先民还主要以采集、狩猎或驯养家畜为生．牛的δ^13 C值（-16．1‰）和δ^15 N值（6．9‰）,表明其食物主要以C3类植物为主,兼具少许C4类植物．与牛相比,鱼的δ^13 C值（-24．9‰）更低而和δ^15 N值（8．8‰）更高,显示出欧亚大陆淡水鱼的同位素特征．依据δ^13 C值和δ^15 N值的不同,猪可分为3组：A组,由两头猪组成,具有低的δ^13 C值（-18．1‰,-20．0‰）和δ^15 N值（4．7‰,6．0‰）;B组,仅有一头猪,具有最高的δ^13 C值（-10．6‰）和居中的δ^15 N值（6．4‰）;C组,仅有一头猪,其δ^13 C值（-19．0‰）较小而δ^15 N值（9．1‰）最高．现代或古代野猪骨的C,N稳定同位素分析研究已经表明,野猪主要以C3类植物为主,其δ^15 N值更接近于食草类动物而远离食肉类动物．通过与小荆山遗址先民、野猪及河南西坡遗址（仰韶文化,6000—5500年前）和康家遗址（龙山文化,4500～4000年前）家猪同?     

SCIENCE CHINA Earth Sciences SUBJECT INDEX TO VOLUME 57(2014)

正~~     

A Monte Carlo study of rainfall forecasting with a stochastic model

A procedure for short-term rainfall forecasting in real-time is developed and a study of the role of sampling on forecast ability is conducted. Ground level rainfall fields are forecasted using a stochastic space-time rainfall model in state-space form. Updating of the rainfall field in real-time is accomplished using a distributed parameter Kalman filter to optimally combine measurement information and forecast model estimates. The influence of sampling density on forecast accuracy is evaluated using a series of a simulated rainfall events generated with the same stochastic rainfall model. Sampling was conducted at five different network spatial densities. The results quantify the influence of sampling network density on real-time rainfall field forecasting. Statistical analyses of the rainfall field residuals illustrate improvement in one hour lead time forecasts at higher measurement densities.     

Distribution of throughfall and stemflow in multi‐strata agroforestry,perennial monoculture,fallow and primary forest in central Amazonia,Brazil

The partitioning of rain water into throughfall, stemflow and interception loss when passing through plant canopies depends on properties of the respective plant species, such as leaf area and branch angles. In heterogeneous vegetation, such as tropical forest or polycultural systems, the presence of different plant species may consequently result in a mosaic of situations with respect to quantity and quality of water inputs into the soil. As these processes influence not only the water availability for the plants, but also water infiltration and nutrient leaching, the understanding of plant effects on the repartitioning of rain water may help in the optimization of land use systems and management practices. We measured throughfall and stemflow in a perennial polyculture (multi‐strata agroforestry), monocultures of peach palm (Bactris gasipaes) for fruit and for palmito, a monoculture of cupuaçu (Theobroma grandiflorum), spontaneous fallow and primary forest during one year in central Amazonia, Brazil. The effect on rain water partitioning was measured separately for four useful tree species in the polyculture and for two tree species in the primary forest. Throughfall at two stem distances, and stemflow, differed significantly between tree species, resulting in pronounced spatial patterns of water input into the soil in the polyculture system. For two tree species, peach palm for fruit (Bactris gasipaes) and Brazil nut trees (Bertholletia excelsa), the water input into the soil near the stem was significantly higher than the open‐area rainfall. This could lead to increased nutrient leaching when fertilizer is applied close to the stem of these trees. In the primary forest, such spatial patterns could also be detected, with significantly higher water input near a palm (Oenocarpus bacaba) than near a dicotyledonous tree species (Eschweilera sp.). Interception losses were 6·4% in the polyculture, 13·9 and 12·3% in the peach palm monocultures for fruit and for palmito, respectively, 0·5% in the cupuaçu monoculture and 3·1% in the fallow. With more than 20% of the open‐area rainfall, the highest stemflow contributions to the water input into the soil were measured in the palm monocultures and in the fallow. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

Anthropogenic Eutrophication and Red Tide Outbreak in Lacustrine Systems of the Kashmir Himalaya

Red tide, a recurrent phenomenon has become conspicuous in several Kashmir lake ecosystems since 1991. The responsible organism (Euglena pedunculata), a rare flagellate rediscovered in the Kashmir Himalaya (Khan 1993) caused first and unprecedented red tide outbreak, constituting a maximum of 96% of resident numerical phytoplankton density in Dal Lake. At present, conflicting hypotheses exist on the generation of causal assemblage(s) imparting redness to waters: Jeeji Bai (1991) linked its origin to acid precipitation – a fallout of burning oil‐fields during the Gulf War – whilst Khan (1993) holds local factor(s) responsible. Field/experimental studies support the latter contention that the influx of untreated sewage, in unison with warm temperatures, high levels of PhAR, iron and interruption to hydrological flow‐pattern together with absence/or reduction in grazing activity created conducive environmental milieu for red tide outbreak. Dal Lake “red tide” drifted the bloom‐inoculum to other waters, including Lake Wular, where additional ecological niches were carved out, threatening the aesthetic value and biological diversity of Kashmir lakes. Ecological monitoring indicates frequent seasonal red tide occurrence in Dal Lake (including summer‐autumn event of 1998) which testifies its unabated eutrophication status. Further studies are needed on ecological adaptability and biogeographic distribution of this rare and unique red tide‐causing flagellate.