【摘要】：浮游植物、浮游動(dòng)物、高等水生植物作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)中主要的初級生產(chǎn)者和初級消費(fèi)者,在湖泊生態(tài)系統(tǒng)碳、氮等元素循環(huán)過程中起到了重要的吸收與傳遞作用,其穩(wěn)定同位素組成及元素變化特征有助于辨別湖泊食物網(wǎng)的基本組成與生物地球化學(xué)循環(huán)的傳遞過程。本研究通過對云南東部地區(qū)10個(gè)湖泊的空間調(diào)查和4個(gè)湖泊的季節(jié)調(diào)查,利用統(tǒng)計(jì)分析方法識(shí)別滇東湖泊四類典型生物沉水植物、漂浮植物、浮游植物及浮游動(dòng)物碳、氮同位素和元素的時(shí)空變化特征,并探討其與生態(tài)環(huán)境因子之間的響應(yīng)模式,研究結(jié)果可為云南湖泊的生態(tài)系統(tǒng)評價(jià)與生態(tài)修復(fù)提供重要的科學(xué)依據(jù)。本研究的主要結(jié)果和結(jié)論如下:(1)滇東湖泊四種類別水生生物碳、氮同位素具有顯著差異。沉水植物碳同位素值最大(-12.04±4.57‰),漂浮植物碳同位素值最小(-28.99±0.86‰);浮游植物碳同位素值與浮游動(dòng)物相似,平均值分別為-21.88±2.97‰、-20.85±2.70‰。結(jié)果表明碳源是導(dǎo)致湖泊生物碳同位素差異的主要驅(qū)動(dòng)因素。氮同位素結(jié)果顯示同為初級生產(chǎn)者的漂浮植物(5.58±7.38‰)、沉水植物(5.43±5.84‰)和浮游植物(7.26±3.83‰)并不存在顯著性差異,而作為初級消費(fèi)者的浮游動(dòng)物氮同位素(11.02±3.18‰)顯著高于浮游植物,反映了湖泊生物隨著營養(yǎng)級的增加出現(xiàn)氮同位素富集效應(yīng),富集系數(shù)約為3.46‰。(2)空間尺度上浮游動(dòng)物和浮游植物碳同位素變化趨勢基本一致,碳同位素組成與水體溫度、pH值呈正相關(guān)關(guān)系。水溫影響了水體中溶解無機(jī)碳的組成和水體pH,湖泊水體中溶解CO_2濃度隨著水溫升高而減少,HCO_3~-離子濃度增加,pH值升高,浮游植物更多地利用水體中相對富集~(13)C的HCO_3~-作為碳源,導(dǎo)致浮游植物碳同位素偏正。同理,浮游動(dòng)物主要以浮游植物為食,浮游植物是浮游動(dòng)物的主要碳源之一,因此,浮游動(dòng)物碳同位素也間接受到水溫、pH值的影響。此外,浮游動(dòng)物碳同位素還受采樣點(diǎn)水深控制,不同的湖泊水深會(huì)存在浮游動(dòng)物棲息地生境的差異,導(dǎo)致浮游、底棲碳源對生物的貢獻(xiàn)比例不同,進(jìn)而影響浮游動(dòng)物碳同位素組成。沉水植物碳同位素與湖泊的透明度有關(guān),富營養(yǎng)湖泊浮游植物生物量高、水體透明度低,浮游植物吸收利用大量水體中溶解的CO_2,沉水植物則被迫吸收更多HCO_3~-,導(dǎo)致在透明度低的水體中,沉水植物δ~(13)C出現(xiàn)偏正的分布特征。氮同位素組成方面,浮游植物、浮游動(dòng)物和沉水植物的氮同位變化具有一致性,隨著湖泊水體營養(yǎng)水平尤其是水體總磷、總氮指標(biāo)的升高而逐漸增大,表明湖泊生物氮同位素信號可作為評價(jià)湖泊、水庫富營養(yǎng)化狀況的代用指標(biāo)。(3)時(shí)間尺度上4個(gè)湖泊中浮游植物和浮游動(dòng)物碳同位素具有明顯的季節(jié)變化趨勢,雨季(6月、9月)浮游生物的碳同位素普遍偏正于旱季(12月、3月)。浮游植物碳同位素的季節(jié)變化可能與水溫、生長速率相關(guān)。低溫環(huán)境下水體溶解CO_2含量的增加,以及浮游植物生長速率變慢,也是導(dǎo)致浮游植物碳同位素信號偏負(fù)的原因。浮游動(dòng)物碳同位素組成季節(jié)變化除受其食物浮游植物的影響外,還與降雨量、陸源無機(jī)碳、浮游動(dòng)物的捕食習(xí)性等有關(guān)。雨季流域帶來更多陸源的富集~(13)C的碳源,浮游動(dòng)物在攝入陸源有機(jī)碎屑物和淋溶作用下流域中的HCO_3~-后導(dǎo)致其碳同位素偏正,而旱季降雨量較少浮游動(dòng)物食物來源更多依賴于湖泊內(nèi)的貧~(13)C的碳源(浮游植物),其碳同位素偏負(fù)。在氮同位素方面,春季浮游生物氮同位素最大,可能隨著氣溫回升,受春旱的影響,降雨量持續(xù)幾個(gè)月較少,空氣干燥,多大風(fēng)天氣,氣溫回升較快,蒸發(fā)量較大,流入湖泊的人類生活污水在反硝化和氨揮發(fā)作用下,輕的δ~(15)N隨著蒸發(fā)而逃逸,留下較重的δ~(15)N,從而導(dǎo)致水體氮同位素上升,生活在此環(huán)境中的浮游生物氮同位素也相應(yīng)偏正。(4)沉水植物、漂浮植物體內(nèi)碳元素百分含量顯著高于浮游植物與浮游動(dòng)物,而氮元素百分含量則相反,碳氮比值均顯著高于浮游植物和浮游動(dòng)物,這是由于高等水生植物與浮游生物體內(nèi)組織不同所導(dǎo)致的。滇東湖泊沉水植物C、N等元素百分含量比長江中下游地區(qū)整體偏高,反映了云南地區(qū)獨(dú)特的環(huán)境背景,受喀斯特基巖的影響,水體富含碳酸鹽導(dǎo)致水生植物吸收水體中更多的碳元素,同時(shí)云南地區(qū)強(qiáng)的太陽輻射導(dǎo)致水生植物吸收更多水體中的營養(yǎng)物質(zhì),造成氮元素含量偏高。在季節(jié)變化上,夏季浮游植物、浮游動(dòng)物總碳百分含量最大,春季最小,可能反映了夏季生物生長快促使對水體中常量元素的吸收,使得碳元素呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化;浮游生物氮百分含量無明顯季節(jié)變化;浮游植物碳氮比值具有明顯的季節(jié)變化特征,夏季碳氮比值最大,秋季、冬季逐漸減少,春季達(dá)到最小值。元素含量時(shí)空分布特征表明,浮游植物更容易受到外部氣候、環(huán)境因子的影響,體內(nèi)化學(xué)穩(wěn)態(tài)性較浮游動(dòng)物低,并且內(nèi)源有機(jī)物高等水生植物和浮游生物的碳氮比值均小于20。
【圖文】：

空間調(diào)查的湖泊是星云湖、大屯海、杞麓湖、草甸海、長橋海、異龍湖、三角海、月湖、差黑海、長湖，季節(jié)調(diào)查的湖泊有撫仙湖、陽宗海、長橋海、大屯海，總共涉及12個(gè)湖泊，具體位置如圖2.1所示。其中撫仙湖、陽宗海、杞麓圖2.1 研究區(qū)域12個(gè)高原湖泊位置分布圖湖、星云湖、異龍湖屬于云南高原九大湖泊之一，湖泊面積大于30 km2，，其余湖泊的面積較小。其中差黑海因云南2008 ~ 2013年極端干旱天氣的影響，湖泊面積縮小，一段時(shí)間出現(xiàn)干旱，但本次調(diào)查時(shí)水位回升。季節(jié)調(diào)查4個(gè)湖泊中，陽宗海降雨量數(shù)據(jù)選用昆明氣象站，撫仙湖降雨量數(shù)

同位素計(jì)算公式為：N或13C，Rsample為樣品15N/14N或13C/12C，Rstandard度＜0.1‰。樣品測試均在云南師范大學(xué)高原地理與分析對數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，選擇合適的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)差異顯著性檢驗(yàn)通過Student`s t-test檢驗(yàn)[61]據(jù)之間差異不顯著；當(dāng)P < 0.05時(shí)，表示兩列數(shù)在R軟件[62]和Grapher 9中進(jìn)行，湖泊采樣點(diǎn)圖11000RRδX‰）standardsample× （=
【學(xué)位授予單位】：云南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q178.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2625200