Evaluating the soil evaporation loss rate in a gravel-sand mulching environment based on stable isotopes data

In order to cope with drought and water shortages, the working people in the arid areas of Northwest China have developed a drought-resistant planting method, namely, gravel-sand mulching, after long-term agricultural practices. To understand the effects of gravel-sand mulching on soil water evaporation, we selected Baifeng peach (Amygdalus persica L.) orchards in Northwest China as the experimental field in 2021. Based on continuously collected soil water stable isotopes data, we evaluated the soil evaporation loss rate in a gravel-sand mulching environment using the line-conditioned excess (lc-excess) coupled Rayleigh fractionation model and Craig-Gordon model. The results show that the average soil water content in the plots with gravel-sand mulching is 1.86% higher than that without gravel-sand mulching. The monthly variation of the soil water content is smaller in the plots with gravel-sand mulching than that without gravel-sand mulching. Moreover, the average lc-excess value in the plots without gravel-sand mulching is smaller. In addition, the soil evaporation loss rate in the plots with gravel-sand mulching is lower than that in the plots without gravel-sand mulching. The lc-excess value was negative for both the plots with and without gravel-sand mulching, and it has good correlation with relative humidity, average temperature, input water content, and soil water content. The effect of gravel-sand mulching on soil evaporation is most prominent in August. Compared with the evaporation data of similar environments in the literature, the lc-excess coupled Rayleigh fractionation model is better. Stable isotopes evidence shows that gravel-sand mulching can effectively reduce soil water evaporation, which provides a theoretical basis for agricultural water management and optimization of water-saving methods in arid areas.     

基于碳氮稳定同位素的太湖鱼类营养生态位研究

为探究太湖鱼类的营养生态位特征，于2019~2020年开展了太湖鱼类的碳氮稳定同位素调查，分析了鱼类营养生态位大小、生态位重叠度及营养级。研究结果表明，鱼类δ13C值范围为-27.67‰~-17.92‰，δ15N值范围为6.02‰~20.31‰。营养生态位大小（SEAc值）范围为0.14‰2~20.43‰2，其中黄颡鱼的生态位最大，光泽黄颡鱼的生态位最小。短颌鲚、陈氏短吻银鱼和鲢的SEAc值均较小，表明他们利用的食物源和生境范围较窄，鳙的SEAc值较大，表明其利用的食物源和生境范围较广。鱼类的营养生态位重叠度为0~70.6%。大银鱼与翘嘴鲌的生态位重叠度最大（70.6%），其次为鲈与翘嘴鲌（39.9%），其余物种间的生态位重叠度范围为0~38.9%。短颌鲚与其他肉食性鱼类的生态位重叠度较小，表明他们之间的食物资源竞争较弱。陈氏短吻银鱼与鲢、鳙在生态位上存在明显的分离，这与陈氏短吻银鱼专食浮游动物有关。鱼类营养级范围为0.73~3.62，鮠一种的营养级最高，泥鳅的营养级最低。分析表明，鱼类营养生态位的大小与其摄食的食物种类以及对不同生境的利用程度有关；大部分鱼类间生态位重叠度较低，表明鱼类在资源利用上存在较大分离。本研究结果也为太湖鱼类食物网分析及渔业资源管理提供了基础数据。     

莱州湾芙蓉岛人工鱼礁区大型底栖动物的营养结构特征

人工鱼礁建设是改善底栖生境、提高底栖动物多样性和资源丰度的重要措施之一，其建设效果与投放时间长短密切相关。为了探究投礁时长对大型底栖动物营养关系的影响，实验应用稳定同位素技术对比分析了莱州湾芙蓉岛海域不同礁龄人工鱼礁区和对照区大型底栖动物及其食源的碳、氮稳定同位素组成，计算了不同区域大型底栖动物的食物基础以及消费者的营养级。结果显示：①长礁龄区、短礁龄区和对照区的大型底栖动物δ¹³C值分别为−25.08‰~−13.34‰、−25.86‰~−17.80‰和−25.39‰~−11.06‰；δ¹⁵N值分别为10.73‰~15.78‰、10.02‰~14.89‰和10.17‰~15.80‰。②相较于短礁龄区和对照区，长礁龄区底栖动物群落营养多样性更高，食物来源多样性水平更高，群落内营养生态位更加多样化，群落结构稳定性较好。③以食性为依据，将大型底栖动物分为浮游生物食者 (Pl)、肉食者 (C)、碎屑食者 (D)和杂食者 (O)等4类摄食功能群，在4类潜在食源 [浮游植物、浮游动物、水体悬浮颗粒有机物 (POM)和沉积物有机物 (SOM)]中，浮游植物碳源对除肉食者外的3类消费者的平均贡献率最高 (31.40%)。④长礁龄区、短礁龄区和对照区的消费者营养级分别为2.00~3.83、2.00~3.49和2.00~3.87；此外在长礁龄区出现了相对多的高营养级捕食者，从而证实长礁龄区的底栖动物群落具有更复杂的营养结构。同时发现，人工鱼礁建设能使大型底栖动物更充分地利用浮游植物碳源，并且能够增加底栖动物群落的营养多样性和丰富度，促进群落中较高营养级动物的增加。本研究结果有助于了解人工鱼礁建设的环境生态效应，为进一步研究底栖生境食物网的物质循环和能量流动提供了基础资料。     

白洋淀生态修复工程的渔业资源调控效果

针对白洋淀渔业资源衰退、生物多样性下降、水体富营养化的生态问题，设计并实施了"白洋淀水域生态修复工程"，营造了水生动物栖息生境、恢复了水生植物多样性、开展了底栖生物增殖改底。为研究该工程对渔业资源群落结构的调控效果，该研究选取修复区（鲥鯸淀）为研究对象，相邻的水域（大白洋淀）作为对照水域，进行了渔业资源调查和食物网结构及营养级分析。结果表明，修复区渔获种类数、渔获丰度和渔获生物量相较于对照区分别增加了35.29%、58.60%和200.00%，修复区鱼类体征值（平均全长、体长和体质量）均高于对照区。碳、氮稳定同位素分析结果显示，修复区的主要渔业生物δ13C、δ15N均值显著高于对照区，且修复区的δ13C跨度（6.30‰）明显大于对照区（4.47‰）。修复区内主要渔业生物的营养级范围、总跨度和均值均高于对照区，修复区多数物种营养级集中在>3.0～3.5，而对照区多数集中在>2.5～3.0。因此，该研究表明，综合性、系统性水域生态修复工程的实施能有效提升生物多样性、稳定生态系统结构、优化食物网结构和提高营养级水平，加速白洋淀的生态功能和渔业资源的恢复。