CN114137058A - 一种大型水母种间食物竞争关系的调查方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大型水母种间食物竞争关系的调查方法及其应用，所述调查方法包括如下步骤：1）收集目标海域内的大型水母生物学及生物组织样品；2）测定组织样品的碳氮同位素值，结合大型水母生物学，构建该海域大型水母营养生态位框架；3）开展海域大型水母资源和生物学特征调查，通过解析营养生态位框架，最终确定调查期间大型水母的种间食物竞争情况。本发明在目标海域内营养生态位框架情况下，可以通过资源调查精准分析目前阶段大型水母的种间食物竞争情况，不仅节省了人力、物力和财力，还能够预报海域大型水母灾害，进而实现有害大型水母的生态抑制。

Description

一种大型水母种间食物竞争关系的调查方法及其应用
技术领域
本发明涉及海洋生态技术领域，尤其涉及一种大型水母种间食物竞争关系的调查方法及其应用。
背景技术
大型水母多为钵水母类，隶属腔肠动物门钵水母纲，全部海产，生活史主要阶段是单体水母，水母型构造比水螅水母复杂，水螅型不发达或完全消失，且常以幼虫的形式出现，除十字水母外，都营浮游生活，广布于各大洋，约200多种。在中国海域主要有海蜇（Rhopilema esculentum）、黄斑海蜇（Rhopilema hispidum）、沙海蜇（又称口冠水母，Nemopilema nomurai）、叶腕海蜇（Lobonema smithi）、拟叶腕海蜇（Lobonemoides gracils）、白色霞水母（Cyanea nozakii）、海月水母（Aurelia aurita）、硝水母（Mastigias papua）等。近几年来，由于人类的活动、气候变化、海洋环境污染等因素的加剧，大型水母在全球范围内数量暴发现象激增，而在我国范围内面临的形势更为严峻。目前，水母暴发现象在全球范围内广泛存在且已经成为一种新型的海洋生态灾害，有关水母暴发的防治措施是全球迫切需要解决的重大问题，因此，关注大型水母种间食物关系，揭示不同海域大型水母的生态位分化、种间竞争及对环境的适应性情况对有害水母的生态防治具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大型水母种间食物竞争关系的调查方法及其应用，本发明可对大型水母的种间食物关系实现快速精确分析，从而掌握大型水母在自然海域中的食物来源，以快速评估大型水母的种间食物竞争关系，进而制定科学的水母防治规划、有效抑制有害水母的暴发。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：
本发明提供了一种大型水母种间食物竞争关系的调查方法，包括以下步骤：
1）在目标海域内收集不同规格的大型水母，进行生物学测定，得到大型水母生物学数据，并收集用于碳氮同位素测定的生物组织；
2）对所述生物组织进行前处理，得到样品粉末，将样品粉末在元素分析仪中高温燃烧后，测算碳氮同位素值，再结合所述大型水母生物学数据，构建该海域大型水母营养生态位框架；
3）开展目标海域大型水母资源调查，得到大型水母种类及生物学数据，结合所述构建的大型水母营养生态位框架，确定目前大型水母的营养生态位特征，从而得出目前大型水母种间食物竞争情况。
进一步的，所述步骤1）中大型水母生物组织的收集方法是：利用剪刀取海域内不同规格的各种大型水母的伞部或腕部组织装入样品瓶内，冷冻标记，采集不同样品时用超纯水清洗工具，不同种类的大型水母采集部位要相同。
进一步的，所述步骤2）中生物组织前处理的方法为：所述生物组织在−40~−60℃下冷冻干燥36~60h后，用玛瑙研钵将所述生物组织磨成均匀粉末，装入预先在马弗炉中以300~600℃灼烧了2~6h的称量瓶中，然后置于干燥器中保存，得到所述样品粉末；研磨不同生物组织时用超纯水和分析纯酒精清洗研钵，用吹风机吹干。
进一步的，所述步骤2）中元素分析仪的外部设备为EA-HT元素分析仪，主机型号为DELTA V Advantage 同位素比率质谱仪。
进一步的，所述的步骤2）中碳同位素值计算方法为：所述样品粉末在元素分析仪中高温燃烧后生成CO2，质谱仪通过检测CO2的13C与12C比率，并与国际标准物（PDB）比对后计算出样品的δ13C值。
进一步的，所述步骤2）中氮同位素值计算方法为：所述样品粉末在元素分析仪中高温燃烧后生成N2，质谱仪通过检测N2的15N与14N比率，并与国际标准物（Atm-N2）比对后计算出样品的δ15N值。
进一步的，所述步骤2）中大型水母营养生态位框架的构建方法为：将获得的大型水母的所有δ15N值、δ13C值和大型水母的生物学数据载入R软件中，利用SIBER、vegan程序包的相关命令，构建得到该海域大型水母营养生态位框架。
进一步的，所述步骤3）中大型水母资源调查的采样站位的设置方式是利用流刺网的调查方式，各站位的记录内容为大型水母的种类及生物学特征。
进一步的，所述步骤3）中确定大型水母营养生态位特征的方法是：根据调查期间大型水母的个体大小，分析大型水母所处在营养生态位框架的位置，判断种间食物关系。
进一步的，所述步骤3）中大型水母种间食物竞争情况的评价标准为种间食物竞争激烈程度，通过测定营养生态位面积的重叠程度来判断种间食物竞争激烈程度，重叠程度介于0与1之间，其值越大代表重叠越高，竞争越激烈，当重叠率大于60%时，视为竞争激烈。
本发明还提供了利用所述大型水母种间食物竞争关系的调查方法在用于维持海洋生态领域生物种类平衡和环境保护中的应用。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
1.本发明的调查方法是通过监测大型水母在同一水体环境中的食性分析来完成的，其主要方法是通过计算大型水母种间的生态位重叠程度，揭示调查海域大型水母各种类的营养生态位特征，从饵料方面准确地反应海域内大型水母的种间食物竞争关系，进而实现海域内大型水母种类的有效抑制。
2.本发明的调查过程快速，大型水母营养框架构建后，能够快速的调查目标海域当前大型水母种间食物竞争关系。
3.本发明的调查方法省时省力，比传统摄食竞争分析方法需要更少的物力、财力、人力以及时间。
4.本发明的调查方法对调查人员的要求低，只需要调查人员对大型水母进行鉴定，不需要很强的形态学分类鉴定能力。
5.本发明能够实现对整个海域大型水母种间食物竞争关系的精确检测，为有害水母的防治奠定了基础。
附图说明
图1：本发明实施例2提出的莱州湾大型水母组成图；
图2：本发明实施例2提出的大型水母体重大小与δ13C值、δ15N值的变化图；
图3：本发明实施例2提出的莱州湾大型水母营养生态位框架图；
图4：本发明实施例2提出的2020年7月莱州湾大型水母调查体重分布图；
图5：本发明实施例3提出的莱州湾2020年7月大型水母的营养生态位竞争关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细阐述，但是引用实施例仅用于说明本发明，本发明所保护范围不限于此。
实施例1：大型水母种间食物竞争关系的调查方法的建立
本发明提出了一种大型水母种间食物竞争关系的调查方法，在调查过程中使用到的仪器有：同位素比值测定仪器（主机型号：DELTA V Advantage 同位素比率质谱仪（Isotope Ratio Mass Spectrometer）；外部设备：EA-HT 元素分析仪（ElementalAnalyzer ）；测定精度：δ13C：± <0.1 ‰，δ15N：± <0.2‰）。具体调查方法如下：
1）在目标海域内收集不同规格的大型水母，进行生物学测定，得到大型水母的种类、伞径、体重等生物学数据；利用剪刀取海域内不同规格的各种大型水母的伞部或腕部组织装入样品瓶内，冷冻标记，采集不同样品时用超纯水清洗工具，不同种类的大型水母采集部位要相同，得到用于碳氮同位素测定的生物组织。
2）对所述生物组织进行前处理，将得到的生物组织在−50℃下冷冻干燥48h后，用玛瑙研钵将所述生物组织磨成均匀粉末，需注意研磨不同生物组织时用超纯水和分析纯酒精清洗研钵，然后用吹风机吹干，研磨后装入称量瓶中（该称量瓶预先在马弗炉中以450℃灼烧4h以去除有机物），然后置于干燥器中保存，得到样品粉末，将样品粉末在元素分析仪中高温燃烧后，测算碳氮同位素值，再提取所述大型水母生物学数据。
因为稳定同位素值是该个体所有营养过程的累计，测定稳定同位素是描述营养生态位的重要手段，所以本发明将上述获取的不同大型水母的所有δ15N值、δ13C值和上述获得的不同大型水母的生物学数据载入R软件（version4.0.4）中，利用SIBER、vegan等程序包的相关命令，构建得到该海域大型水母营养生态位框架。
碳同位素值计算方法为：所述样品粉末在元素分析仪中高温燃烧后生成CO2，质谱仪通过检测CO2的13C与12C比率，并与国际标准物（Pee Dee Belnite或PDB）比对后计算出样品的δ13C值。
氮同位素值计算方法为：所述样品粉末在元素分析仪中高温燃烧后生成N2，质谱仪通过检测N2的15N与14N比率，并与国际标准物（Atm-N2）比对后计算出样品的δ15N值。
3）在大型水母营养框架构建海域开展大型水母现状调查，分析大型水母种类及生物学特征现状，确定目前大型水母的营养生态位特征，从而得出大型水母目前种间食物竞争情况。调查采样的设置方式是利用网具、间接购买等方式，获取并记录大型水母的种类、伞径、体重等生物学数据，分析调查期间大型水母的生物学特征。确定大型水母营养生态位特征的方法是：根据调查期间大型水母的个体大小，分析大型水母所处在营养生态位框架位置，提取大型水母营养生态位框架，判断种间食物关系，得出目前食物竞争情况。
该竞争情况的评价标准为种间食物竞争激烈程度，通过测定营养生态位面积的重叠程度来判断种间食物竞争激烈程度，重叠程度介于0与1之间，其值越大代表重叠越高，竞争越激烈，当重叠率大于60%时，视为竞争激烈。
实施例2：莱州湾大型水母营养生态位框架的构建及优化
1、莱州湾大型水母种类组成的调查
大型水母多为钵水母类，全部海产，生活史主要阶段是单体水母，广布于各大洋，尤以热带海区为多，约200多种。营养生态位对理解生态系统中的食物网结构、资源利用及营养相互作用具有极其重要的意义，而不同海域的环境条件和饵料生物会对生物的摄食行为产生一定的影响，从而通过影响生物的食物组成和摄食等级，导致营养生态位的差异。为了能够准确地建立大型水母营养生态位框架，探究海域中大型水母种类组成尤为重要。
本实施例以莱州湾为研究对象，调查了大型水母种类组成，结果表明，近10年间莱州湾大型水母出现的种类主要包括海月水母、沙海蜇、白色霞水母和海蜇4种（如图1所示）。通过调查莱州湾大型水母的种类，可为后期合理规划大型水母的营养生态位测定与种间食物竞争关系分析提供理论依据。
2、营养生态位框架操作流程的建立及优化
在大型水母营养生态位框架构建的过程中，由于水母个体大小的差异，其摄食的食物种类与摄食等级各不相同。因此，本发明选择采用同种生物不同大小的个体进行碳氮同位素的测定与分析，以达到最佳的研究效果。以海蜇为例，本发明选取了体重自＜0.5 kg至体重≥4.0 kg的个体共9个梯度，结合莱州湾大型水母调查，测定海蜇的体重、伞弧长和伞径，收集伞部组织样品，经−50℃冷冻干燥48h后，用玛瑙研钵磨成均匀粉末，装入称量瓶，置于干燥器中保存。样品前处理完成后，将样品粉末在EA-HT 元素分析仪中高温燃烧后生成CO2、N2，通过DELTA V Advantage 同位素比率质谱仪分别检测CO2的13C与12C比率、N2的15N与14N比率，并分别与国际标准物（Pee Dee Belnite或PDB）和（Atm-N2）比对后计算出每个样品的δ13C值、δ15N值。
最终结果显示，海蜇个体大小与δ13C值的无相关性，而与δ15N值的相关性显著，随着海蜇个体的增大，δ15N值逐渐减小（如图2、图3所示），结合莱州湾其他三种大型水母的δ13C值、δ15N值，初步构建了莱州湾大型水母营养生态位框架（如图4所示）。依据此结果，本发明建立了一套营养生态位框架构建的操作流程，提高营养生态位测定的全面性，为后续大型水母种间食物竞争关系的分析提供依据。
实施例3：营养生态位框架在莱州湾大型水母种间食物竞争关系分析中的应用
2020年7月，在进行莱州湾大型水母调查时，利用本发明方法对莱州湾大型水母进行了种间食物竞争关系的分析。具体实施方案为：在莱州湾附近海域租用100kw以上船只，利用三重流刺网开展了大型水母生物学调查，调查中记录了捕获的大型水母种类，并进行所述生物学分析；将收集大型水母生物学数据，并分别与莱州湾大型水母营养生态位框架比对后计算出的δ13C值、δ15N值，最后绘制δ13C-δ15N双位图，计算营养生态位重叠情况（如图5和表1所示）。最终结果显示，莱州湾7月共出现海蜇（Rhopilema esculentum）、沙海蜇（Nemopilema nomurai）、白色霞水母（Cyanea nozakii）和海月水母（Aurelia aurita）4种大型水母，根据竞争情况的评价标准可知，其中海蜇与沙海蜇食物竞争激烈，与海月水母、白色霞水母食物竞争较弱；沙海蜇与海月水母食物竞争关系较弱，与白色霞水母虽然存在食物竞争，但不激烈；白色霞水母与海月水母食物竞争关系较弱。
表1. 莱州湾2020年7月大型水母营养生态（SEAc）重叠情况
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本发明的技术方案能够实现对目标海域整个海域的大型水母种间食物竞争关系的精确检测，为有害水母的防治乃至于维持海洋生态领域生物种类平衡和环境保护中奠定了理论和实践的基础。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对上述实施例的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种大型水母种间食物竞争关系的调查方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）在目标海域内收集不同规格的大型水母，进行生物学测定，得到大型水母生物学数据，并收集用于碳氮同位素测定的生物组织；
2）对所述生物组织进行前处理，得到样品粉末，将样品粉末在元素分析仪中高温燃烧后，测算碳氮同位素值，再结合所述大型水母生物学数据，构建该海域大型水母营养生态位框架；
3）开展目标海域大型水母资源调查，得到大型水母种类及生物学数据，结合所述构建的大型水母营养生态位框架，确定目前大型水母的营养生态位特征，从而得出大型水母种间食物竞争情况。
2.根据权利要求1所述的大型水母种间食物竞争关系的调查方法，其特征在于：所述步骤1）中大型水母生物组织的收集方法是：利用剪刀取海域内不同规格的各种大型水母的伞部或腕部组织装入样品瓶内，冷冻标记，采集不同样品时用超纯水清洗工具，不同种类的大型水母采集部位要相同。
3.根据权利要求1所述的大型水母种间食物竞争关系的调查方法，其特征在于：所述步骤2）中生物组织前处理的方法为：所述生物组织在−40~−60℃下冷冻干燥36~60h后，用玛瑙研钵将所述生物组织磨成均匀粉末，装入预先在马弗炉中以300~600℃灼烧了2~6h的称量瓶中，然后置于干燥器中保存，得到所述样品粉末；研磨不同生物组织时用超纯水和分析纯酒精清洗研钵，用吹风机吹干。
4.根据权利要求1所述的大型水母种间食物竞争关系的调查方法，其特征在于：所述的步骤2）中碳同位素值计算方法为：所述样品粉末在元素分析仪中高温燃烧后生成CO2，质谱仪通过检测CO2的13C与12C比率，并与国际标准物PDB比对后计算出样品的δ13C值。
5.根据权利要求1所述的大型水母种间食物竞争关系的调查方法，其特征在于：所述步骤2）中氮同位素值计算方法为：所述样品粉末在元素分析仪中高温燃烧后生成N2，质谱仪通过检测N2的15N与14N比率，并与国际标准物Atm-N2比对后计算出样品的δ15N值。
6.根据权利要求1所述的大型水母种间食物竞争关系的调查方法，其特征在于：所述步骤2）中大型水母营养生态位框架的构建方法为：将获得的大型水母的所有δ15N值、δ13C值和大型水母的生物学数据载入R软件中，利用SIBER、vegan程序包的相关命令，构建得到该海域大型水母营养生态位框架。
7.根据权利要求1所述的大型水母种间食物竞争关系的调查方法，其特征在于：所述步骤3）中大型水母资源调查的采样站位的设置方式是利用流刺网的调查方式，各站位的记录内容为大型水母的种类及生物学特征。
8.根据权利要求1所述的大型水母种间食物竞争关系的调查方法，其特征在于：所述步骤3）中确定大型水母营养生态位特征的方法是：根据调查期间大型水母的个体大小，分析大型水母所处在营养生态位框架的位置，判断种间食物关系。
9.根据权利要求1所述的大型水母种间食物竞争关系的调查方法，其特征在于：所述步骤3）中大型水母种间食物竞争情况的评价标准为种间食物竞争激烈程度，通过测定营养生态位面积的重叠程度来判断种间食物竞争激烈程度，重叠程度介于0与1之间，其值越大代表重叠越高，竞争越激烈，当重叠率大于60%时，视为竞争激烈。
10.权利要求1-9任一项所述的调查方法在用于维持海洋生态领域生物种类平衡和环境保护中的应用。
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