1、复合生态养殖系统中生物稳定同位素特征上海海洋大学研究生开题报告大学论文上 海 海 洋 大 学硕士研究生毕业论文工作计划（开题报告）课题名称：复合生态养殖系统中生物稳定同位 素特征姓 名： 敬永杰 学 号： M150302528 专 业： 渔业资源 研究方向： 渔业资源 所在学院： 海洋学院 导师姓名： 管卫兵 起止日期： 填写日期： 2016.12.21 研究生院制表说 明1、 本计划用钢笔填写（或打印），字迹要工整清晰；2、 本计划上交两份，研究生院、学院各一份。3、 本计划须在第三学期内完成。一、 关于制订毕业论文工作计划的简要说明1立论依据 复合生态系统是如今比较流行的词。1984年，马
2、世骏和王如松首次提出了复合生态系统的观点，认为它由社会、经济和自然三个系统组成，并且三个系统间具有互为因果的制约与互补的关系。复合生态系统是结构耦合关系，其自然子系统由（土壤、土地和景观）、金（矿物质和营养物）、火（能和光、大气和气候）、水（水资源和水环境）、木（植物、动物和微生物）等五行相生相克的基本关系所组成，为生物地球化学循环过程和以太阳能为基础的能量转换过程所主导:经济子系统包括生产、消费、还原、流通和调控五个部分；社会子系统包括技术、体制和文化1。 复合生态系统不是单一的系统，而是将不同系统串联起来形成一个更高效，更加可持续发展的模式。可分为城市复合生态系统，农林复合生态系统，石漠化
3、山地复合生态系统，工业企业复合生态系统，海洋复合生态系统，湿地复合生态系统等。综合起系统的经济、生态、社会三大效益，才是复合生态系统研究的根本任务。随着人为的不断破坏和资源的日益匮乏，构建起真正意义上能够可持续发展的复合生态系统是目前最重要的事情。而复合生态养殖则是最能够还原自然，维持可持续发展的一种复合生态模式。 复合生态养殖就是一种包括农牧渔复合的生态养殖系统2，涵盖了陆地，淡水和海水模式。复合生态养殖作为近年来一种新颖的养殖模式，有着资源利用率高，环保，产品多样，可持续发展等多种优点，因此对于其研究显得尤为重要。水产养殖作为养殖行业中重要的一个环节，越来越得到人们重视。目前传统的水产养殖
4、已经逐渐暴露其弊端，呈现出其不能可持续的一面，由于其高氮高碳排放，逐渐被淘汰，取而代之的是综合养殖方法。综合养殖方法，一种为以稻田养殖为代表的典型复合生态系统养殖类型，以稻虾、稻蟹、稻鱼等共作为主要模式，另一种类型是分池循环水养殖方式。采取分池循环水养殖的综合养殖方式，利用鱼、虾养殖排放水养殖滤食性水生动物或者大型藻，养殖水经过滤除作用处理后，排放掉或循环流入鱼虾养殖塘重新利用，这就是经典的陆基多营养层次综合养殖( IMTA，Integrated Multi-Trophic Aquaculture) 模式3。陆基生态渔场是在成功实现有机稻或其他有机水生蔬菜如莲藕生产的基础上，以水稻田或水生蔬菜
5、种养殖池塘作为净化系统，在实现水稻、蔬菜、鱼、虾蟹等共生的前提下，将其他高密度养殖系统中如甲鱼、黑鱼、虾类等高密度养殖产生的池塘污染进行循环利用，是一种多营养综合养殖模式4.对复合生态养殖系统的研究，可以评判其复合系统构建的优劣，通过对模式的改造和优化，最终达到仿自然生态系统的效果，维持可持续发展。本课题所做的研究将基于陆基生态渔场，分析其各系统的食物网，营养级结构，对系统构建的优劣给予评价和改进。 目前比较认可的对复合生态系统的评价方法有以下3种：结构评价指标，功能评价指标，效益评价指标5。国内钟珍梅等使用了能值评价法经济评价评价了不同复合生态农林系统的结构、功能与生态经济效益6。李谷等使用
6、生态足迹分析和综合指标来衡量复合池塘循环水养殖系统的可持续发展状况和构建情况7-8。 对于生态结构指标评价的方法主要包括Ecopath with Ecosim( EwE) 模型，胃含物分析法和稳定同位素分析法。Ecopath with Ecosim( EwE) 模型由于可以对生态系统的很多指标进行量化，被国际上许多生态学家认为将成为新一代研究水域生态系统的核心工具9,在生态系统的评价上应用广泛，如Arregun-Snchez 等运用Ecopath 评估了笛鲷科鱼类在墨西哥湾西部海湾和尤卡坦大陆架这两个生态系统中所处的地位10。Vega-Cendejas等对墨西哥湾红树林生态系统的研究表明：碎屑
7、在该系统中占有重要的地位，约有60的能量由碎屑经过微型甲壳动物再传递到各种鱼类的幼体。同时，鱼类组较低的生态营养效率说明它们很少遭到捕食。红树林生态系统为许多经济鱼类的幼体提供了良好的栖息和觅食场所11。胃含物分析法作为历史最久，对生物摄食和食物网分析最有效的方法一直在生态系统中所使用。 稳定同位素方法于19世纪70年代开始应用于生物学领域，随后在生态学各领域开始广泛研究12。稳定同位素方法是通过测定消费者的碳氮等比值和测定可能食物来源的碳氮等比值并作比较，来确定其可能的食物来源、各种食物贡献比例、食物季节性变化及其在不同环境中的生态营养作用和时空变化从而对生物种群间的相互关系及整个生态系统的
8、能量流动进行准确定位13。稳定同位素方法虽然较之前两种方法来看成本较高，但由于其能正确指示食物来源，反映生物长期食性特征，研究多种生物，局限性小; 更快捷的进行定量研究并且取样简单等特点14。因此，在生态学领域应用广泛。尤其在自然生态系统环境下，常常用来评估系统中动植物的营养情况，系统能量流动情况等。对于复合生态养殖系统中，最重要的是评判其中碳氮指标。稳定同位素因其能够很好的测定碳氮情况，开始应用于复合生态养殖系统。目前稳定同位素对于复合生态养殖系统的营养级与食物网研究还处在起步摸索阶段。张丹等15对稻-鱼( R-F) 和稻-鱼-鸭( R-F-D) 两种稻作方式下的鱼、河蚌、河虾、稻田植物、鸭
9、等使用稳定同位素进行分析来研究两个稻田中生物的营养级关系和食物网。管卫兵等16对青草沙实证基地生态操纵池塘中生物的种类进行了稳定同位素分析，并对其食物网结构作了研究分析。结果发现其营养位范围在1-3.24，池塘中的生物多样性较低。国外将稳定同位素技术运用于多营养综合养殖系统中系统碳源和氮源的分析17-18。可以看出，运用于评价自然生态系统中所使用的稳定同位素方法，在复合生态养殖模式下依然适用。主要的参考文献:1.黄鹭新，杜澍.城市复合生态系统理论模型与中国城市发展J.国际城市规划.2009,24(1):30-36.2.梁玉斯，蒋菊生，曹建华.农林复合生态系统研究综述J.安徽农业科学,2007，
10、35（2）：567- 569.3.管卫兵，王丽.综合养殖是水产养殖可持续发展的必然选择J.渔业信息与战略，2016,31（4）：264-269.4.管卫兵，王丽陆基生态渔场的概念、理论与实践J.江苏农业科学，2014，42( 9) : 197 2005.向成华.林农复合生态系统评价指标体系探讨.四川林业科技，1994,15(3):30-356.钟珍梅，翁伯琦，黄勤楼等.基于能值理论的循环复合农业生态系统发展评价J.生态学报.2012.32（18）：5755-5762.7.陶玲, 李谷,李晓丽等 复合池塘循环水养殖系统生态足迹分析J.渔业现代化2010,38(4):10-15.8.李谷，钟非，成
11、水平.人工湿地养殖池塘复合生态系统构建及初步研究J.渔业现代化,2006(1):12-14.9.刘恩生， 李云凯，臧日伟.基于Ecopath 模型的巢湖生态系统结构与功能初步分析J.水产学报,2014,38(3):417-425.10.Arregun-Snchez F, Manickchand-Heileman S. The trophic role of lutjanid fish and impacts of their fisheries in twoecosystems in the Gulf of Mexico J. Journal of Fish Biology, 1998, 53
12、 (Supplement A): 143-153.11.Vega-Cendejas M E, Arreguin-Sanchez E. Energy fluxes in a mangrove ecosystem from a coastal lagoon in Yucatan Peninsula, MexicoJ. Ecology Modelling, 2001, 137: 119-133.12.冯建祥, 黄敏参, 林光辉, 等.稳定同位素在滨海湿地生态系统研究中的应用现状与前景J.生态学杂志,2013，32( 4) : 10651074.13.朱国平，朱小艳.南极磷虾种群生物学研究进展III摄
13、食J.水生生物报.2014,38(6) 1152-1160.14.李云凯，贡艺，陈新军.稳定同位素技术在头足类摄食生态学研究中的应用J.应用生态学报,2014,25(5)：1541-1546.15.张丹，闵庆文，成升魁，等.应用碳、氮稳定同位素研究稻田多个物种共存的食物网结构和营养级关系J.生态学报, 2010,30(24):6734-6742.16.管卫兵，苏孙国，何文辉. 青草沙水库立体复合生态操纵池塘水生动植物的同位素特征J. 海洋湖沼通报,2015:41-48.17.Weldrick, C. K.; Jelinski, D. E.Resource subsidies from mult
14、i-trophic aquaculture affect isotopic niche width in wild blue mussels (Mytilus edulis).2016,157:118-123.18.Park, Hyun Je., Han, Eunah.,Lee, Won Chan,et al.,Trophic structure in a pilot system for the integrated multi-trophic aquaculture off the east coast of Korean peninsula as determined by stable
15、 isotopesJ.Marine pollution bulletin,2015,95(1):207-214.2课题来源国家水专项（十二五）：2014ZX07101-012-04保护区（滨湖）控藻与生态修复技术集成规模化示范研究内容 对苏水生态农场不同系统中生物进行稳定同位素测定，并且与全国其他地区几个复合生态养殖系统作比较。以此来了解各生物在各系统中的营养情况，能量来源等，对各系统的构建和优化起到理论依据和技术支持。拟解决的关键问题了解各系统中生物营养关系，食物链情况，导致各系统之间存在差异的因素，能够通过碳氮稳定同位素情况来分析复合生态系统的优劣。3研究基础 （1）我已经阅读了大量相关领
16、域的文献资料，确定了该领域具有较高的研究价值并具有可行性；（2）我院长期从事远洋捕捞，近海调查等项目，对远洋和近海中各生物以及部分自然系统的稳定同位素特征都做过相应的研究工作，对头足类，金枪鱼等生物以及近海海域生态系统食物网营养级研究尤为突出。（3）实验室设备齐全，能够支撑实验的进行和完成。（4）本人通过前期文献阅读和实验积累，已经初步掌握了稳定同位素测试方法和拥有一定的实验基础。4实施方案本研究对拟定地点中进行采样（苏水生态农场），复合系统主要为稻-虾系统，稻-鱼系统，池塘系统。采样时间分别为2016年3月，9月；2017年3月，9月；2018年1月。采样种类主要为鱼类虾类，底栖无脊椎动物，
17、水生植物和藻类以及水体颗粒有机物等。鱼类样品取其背部肌肉冷冻保存，龙虾取其肌肉进行冷冻保存，底栖动物取其闭合肌肉部分进行冷冻保存，水生植物和藻类等样品用手抄网或徒手采集后用清水净洗后带回实验室冷冻保存，水体颗粒有机物（POM）样品分别在0.5m，5m，10m,15m取水混合后用500预烧的玻璃纤维滤膜过滤获得，滤膜用锡箱纸包裹后用封口袋冷冻保存带回实验室。在实验室内用1mol/l盐酸对溶液酸化处理，去除碳酸巧等碳酸盐影响，再用蒸馈水冲洗。所有样品保存后均使用冷冻干燥器进行冷冻干燥后，运用双球研磨机进行磨碎处理，最后进行稳定同位素的测定。研究得出每年各地系统中鱼类的食物网结构，对每年各系统中的鱼
18、类营养级进行分析，同时按年份和地区进行横向比较分析其差异性。通过对底栖动物，水生植物，藻类和水体颗粒有机物的稳定同位素分析，了解各系统中营养流动的情况。5可行性分析和预期目标可行性分析（1）导师课题组长期以来从事复合生态养殖和生态系统恢复工作，对复合生态养殖模式和构建有着十分丰富的经验，同时在全国多个地方建立不同复合生态养殖系统，对于实验方案，采样种类和理论基础等方面能够给予我很大程度上的帮助。（2）学院对生态系统食物网，营养级等方面有着大量的研究实践经验。（3）学院在稳定同位素测定和技术方面也有着先进的技术。（4）研究具有充足的科研经费保障。预期目标 通过每年对各复合生态养殖系统中生物稳定同
19、位素的分析，基本了解每年各系统中鱼类食物网结构，鱼类在各系统中营养情况，主要鱼类的能量流动情况。基本了解各系统中存在的差异和原因。了解复合生态养殖系统的形成机制和通过碳氮稳定同位素分析对其进行评价。 （续前表）二、 进度安排序号阶段名称及内容起止日期 1 2 3 4 实验准备和文献积累 综述撰写 实验方案设计 样品收集和实验 数据处理与分析 毕业论文撰写 2015.9-2016.9 2016.1-2016.6 2016.3-2018.1 2018.1-2018.3论文预计完成时间： 2018 年 3 月 14 日三、 经费来源与开支预算（不论经费来源，均需具体填报）经费来源：开支预算开支项目金 额（元）1. 实验材料费实验耗材、样品测定费。2科研业务费 学术会议费、文章发表及鉴定费等。 7万 2万合 计9万四、 审核意见指导教师意 见签名：年 月 日培养单位意 见签名（盖章）：年 月 日研究生院意 见签名（盖章）：年 月 日
