大莲湖生态系统Ecopath模型构建及特征分析

林 鹏

(上海勘测设计研究院有限公司，上海 200126)

1 引言

大莲湖位于上海市青浦区西部，是连接淀山湖和太浦河的重要水道，也是上海重要的淡水鱼类养殖基地。为了保护大莲湖水生态环境，众多学者对大莲湖动植物、水环境等方面开展了研究。朱浩等[1]在2018年1～5月份对大莲湖湿地修复区的浮游植物群落结构进行调查研究，共鉴定出28种浮游植物，隶属5门25属。刘兴国等[2]根据2009年7～10月份采样结果，采用浮游动物、底栖动物污染生物学指数方法分析大莲湖水源地不同区域的污染状况，运用成分分析法综合分析大莲湖水源地的污染特点。岳峰等[3]于2009年4～5月份共3个时间段对大莲湖的鱼类群落特征及其多样性组成进行了调查，共收集鱼类样本24061尾，隶属11科17属22种。吴迪等[4]从2008～2010年跟踪调查了土地利用方式、鸟类群落、两栖爬行类、水质等多类指标来对上海青浦大莲湖湿地修复示范工程进行评估，共发现11种鸟类，两栖爬行类6科12种。此外，还有较多学者在水质分析评价[5～8]、浮游动植物[9～11]、鱼类[12]、鸟类[13]、沉积物[14]等方面进行了相关研究。

近年来大莲湖每年投入大量的翘嘴红鲌、蒙古红鲌等鱼类鱼苗，渔业资源开发强度不断增大，但目前对湖泊生态系统的研究尚不足，难以支撑大莲湖生态系统保护和渔业开发需求。本文基于大莲湖生态系统调查结果构建了大莲湖生态系统的Ecopath模型，研究大莲湖生态系统特征，为大莲湖渔业养殖和生态系统保护提供依据。

2 材料与方法

2.1 研究材料

于2022年8月对大莲湖生态系统进行采样调查，共设置10处采样点，采样点见图1。鱼类采用流刺网(100 m×2 m)和地笼(10 m×31 cm×25 cm)进行采样和统计，底栖动物取湖底1/16 m2面积进行采样和统计。浮游动植物分别统计生物量密度(mg/L)，再根据平均水深换算得到生物量。

图1 大莲湖采样点分布

根据调查结果，大莲湖生态系统包括翘嘴红鲌、蒙古红鲌等鱼类共23种，包括大沼螺、河蚬、绒铗长足摇蚊等底栖动物共16种，萼花臂尾轮虫、裂足臂尾轮虫、广布近邻水蚤等浮游动物共30种，弯曲栅藻、顶锥十字藻、小空星藻等藻类共30种。

2.2 模型构建

2.2.1 功能组设置

2.2.2 基本参数设置

(1)生物量B。 首先计算每个采样点各功能组的生物量，然后取平均值得到全湖生物量。

碎屑的生物量参考经验公式计算[15]：

lgD=-2.41+0.954lgPP+0.8631lgE

其中D是碎屑生物量(gC/m2)，PP是年平均初级生产力((gC/m2a))，E是真光层平均深度(m)。年平均初级生产力和真光层深度取值参考元荡湖的研究成果[16]。

(2)P/B和Q/B。 鱼类的P/B和Q/B的取值结合fishbase.org和相关文献，浮游动物、底栖动物的P/B和Q/B取值及浮游植物P/B的取值主要参考相关文献[17～19]。

(3)DCs。 功能组的饮食结构DCs参考相关文献[17～19]。对于文献中难以查找到P/B和Q/B取值的功能组，通过查询其生活习性，结合生态系统调查结果的生物种类和数量，估计其饮食结构，并在模型调试时进行调整。

(4)Landings。 鱼类上岸量通过走访调查进行估算。

2.2.3 模型调试

Ecopath模型建立在质量平衡的基础上，所以每个功能组的物质和能量流动必须平衡。通过模型调试使得每个功能组0

表1 大莲湖生态系统Ecopath模型基本参数

续表1

表2 大莲湖生态系统饮食结构矩阵(一)

表3 大莲湖生态系统饮食结构矩阵(二)

续表3

3 结果与分析

3.1 生态系统食物网结构

大莲湖生态系统食物网结构见图2。从图中可以看出，大莲湖生态系统生物种类较多，营养流动复杂。营养流动可以总结为2条主要途径：一是藻类、碎屑-浮游动物、底栖动物-杂食性鱼类-肉食性鱼类，二是藻类、碎屑-杂食性鱼类-肉食性鱼类。

图2 大莲湖生态系统食物网结构

模型给出了7个营养级，但第Ⅵ、第Ⅶ营养级的生物量、生产量都很低，可以忽略不计。第Ⅰ级营养级主要是藻类和碎屑。第Ⅱ级营养级为浮游动物、底栖动物、草食性和杂食性鱼类。第Ⅲ营养级主要是翘嘴红鲌、红鳍鲌等肉食性鱼类。生态系统中营养级最高的功能组为翘嘴红鲌，有效营养级3.36, 其摄取的食物处于第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ营养级的比例分别为 66%、32%、2%(表4)。

表4 大莲湖生态系统食物网结构

续表4

3.2 能量转换效率分析

营养级的流量是指单位时间内流经某个营养级的物质的量[20]，一般使用Lindeman椎型图表示(图3)。初级生产者进入碎屑的的流量为215.2 t/(km2·a)，被摄食的量为145.2 t/(km2·a)。从第Ⅱ至第Ⅴ营养级的传输效率分别为：4.26%、11.7%、13.4%和15.0%，其中来自初级生产者流到第Ⅱ至第Ⅴ营养级的转换效率分别为4.3%、11.92%、13.45和15.12%，来自碎屑流到第Ⅱ至第Ⅴ营养级的转换效率分别为4.21%、11.5%、13.23%和14.9%，系统的总能量转换效率为8.74%(表5)。

表5 大莲湖各营养级能量转换效率

图3 大莲湖生态系统Lindeman椎型

3.3 混合营养作用

EWE模型中，MTI(MixedImpactTrophic)模块被用于研究各个功能组之间的营养关系。大莲湖混合营养作用见图4。乌鳢对所有功能组都没有表现出正面或负面影响。藻类对大多数浮游动物、底栖动物、鱼类表现出正向影响。浮游动物对藻类表现出明显的负面影响，对大多数鱼类表现出正面影响。软体动物螺、蚬、蚌对大多数功能组表现出明显的负面影响。肉食性鱼类翘嘴红鲌、红鳍鲌对大多数鱼类表现出负面影响。

图4 大莲湖生态系统MTI分析

3.4 生态系统的总体特征

大莲湖生态系统总体特征如表6所示。表征模型可靠性的参数Pedigee指数值为0.43，能够满足精度要求。

表6 大莲湖生态系统总体特征指标

系统总流量(T)为1146.86 t/(km2·a)，其中系统总消耗量(TQ)为419.51 t/(km2·a)，占系统总流量的36.58%;总呼吸(TR)消耗为166.92 t/(km2·a)，占系统总流量的10.19%;流向碎屑总量(TDE)为366.95 t/(km2·a)，占系统总流量的32.00%；总输出为193.48 t/(km2·a)占系统总流量的16.87%。可见，系统总消耗量为系统总流量的最大组成部分。

大莲湖生态系统总初级生产量/总呼吸量(TPP/TR)为2.16，说明大莲湖生态系统尚未成熟。连接指数(CI)和系统杂食性指数(SOI)分别为0.33和0.13，系统杂食性指数较小，说明该生态系统各功能组之间的联系不强，系统不够稳定。大莲湖生态系统的Finn's 循环指数(FCI)和Finn's循环平均能流路径长度(FCL)分别为14.17% 和3.18，表明大莲湖能量再循环利用率不高，平均路径长度较短。

4 结论

总体看来，大莲湖湖泊面积小，高强度养殖翘嘴红鲌、蒙古红鲌使得一些杂食性小鱼数量极少，大多数鱼类EE已接近1，湖泊生态系统较脆弱。藻类的EE为0.40，且营养级传递效率低，同时总初级生产力/总生物量(TPP/TB)较高，说明生态系统初级生产力尚未被充分利用。因此，建议适当控制大莲湖翘嘴红鲌、蒙古红鲌等肉食性鱼类养殖强度，并持续关注其他鱼类生物量的情况，以维护大莲湖湖泊生态系统的稳定。