盐沼湿地具有较高的初级生产力，生境类型和基础食源类型多样，食物网结构和碳流途径比较复杂^[1-2]，为众多水生生物的生长、繁殖提供了必要的生存空间和适宜的生态条件，支撑着流域和近海渔业的可持续发展^[3]。随着全球经济快速发展，地球上几乎所有的生态系统都受到人类活动的干扰。有研究表明，全球约65%的水域生态系统正遭受物种入侵、过度捕捞、水质污染和气候变化等因素的威胁^[4]。这些干扰因素一方面直接影响了鱼类的洄游、索饵、繁育习性，继而影响鱼类资源群体补充；另一方面导致水域生态基础碳源组成发生改变，间接影响了鱼类的食源甚至食性，从而导致了鱼类资源衰退。

长江口盐沼湿地在维持河口生态系统健康、促进渔业可持续发展与保护河口水生动物资源等方面具有十分重要的作用。稳定同位素常用于食物网结构研究，如蔡德陵等^[5-6]利用碳稳定同位素对崂山湾水体和潮间带食物网结构进行了研究；也可用于辨别有机质的最初来源和营养结构研究^[7-8]，而关于一些重要鱼种在不同亚生境和不同生活史阶段的基础食源的研究还未见报道。

中国花鲈(Lateolabrax macultus)为长江口的重要经济鱼类，是长江口主要的传统捕捞对象之一。中国花鲈属凶猛的肉食性鱼类，成体以吞食活体动物为生，其生活习性为终年栖息于近海，尤喜栖息于河口咸淡水水域，早春游向近岸和河口区索饵，秋季产卵后游向较远的深海越冬。冬季栖于水深10~14 m处，春季栖于8~9 m处，夏末秋初于河口附近活动^[9]。长江河口区是中国花鲈的育肥场，亲鱼成熟前要在长江口大量捕食，为成熟后到邻近海域进行产卵繁殖储存能量。所以长江口的生态环境直接影响中国花鲈的捕食效率，而中国花鲈的捕食作用，也影响着长江口整个生态系统食物链^[10]。明确中国花鲈的基础食源特征，有助于了解盐沼湿地生态系统中的能量流动和物质循环过程，更有助于对渔业资源的管理和可持续利用进行有效的评估。碳(δ¹³C)、氮(δ¹⁵N)稳定同位素分析方法已广泛应用于水域生态学研究中，成为食物网构建与食源追踪十分有效的手段^[11-13]。

本研究基于稳定同位素技术结合IsoSource模型分析，探讨长江口九段沙盐沼湿地3种亚生境中基础食源对中国花鲈的贡献，明确长江口中国花鲈碳、氮稳定同位素特征和基础食源变化特征，以期为中国花鲈资源保护和可持续利用提供科学依据，为长江口盐沼湿地生态修复提供基础资料。

研究地点位于上海九段沙湿地国家级自然保护区(31°03ʹN~31°38ʹN, 121°50ʹE~122°05ʹE)(图1)，该区域受到亚热带季风气候的影响，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季暖热多雨，年均降水量1145 mm，年平均气温15.7 ℃。1月最低，平均4.2 ℃; 7月最高，平均27.3 ℃。九段沙附近潮汐属于非正规半日浅海潮，平均潮差2.67 m，最大潮差4.62 m。冬季为枯水季节(11—1月)，被高盐度咸水控制，夏季为丰水季节(7—9月)，被低盐度江水控制^[14]。

图1

图1 　本研究采样位置 Fig. 1 　Sampling locations of this study

于2019年5—10月，利用插网在光滩、植被区[主要为海三棱藨草(Scirpus mariqueter)]和潮沟中各设一站点进行调查，每次调查插网连续收集3 d渔获物，对中国花鲈进行生物学测量，包括全长、体长(精确到1 mm)、体重(精确到0.01 g)等。选取每个月3种亚生境捕获的部分中国花鲈，共141尾，取其第一背鳍与侧线鳞之间肌肉进行稳定同位素分析。每月采集潜在的碳源，包括互花米草(Spartina alterniflora)、海三棱藨草(Scirpus mariqueter)、芦苇(Phragmites australis)、藻类、悬浮颗粒有机物(suspended particulate organic matter, POM)。在各样点附近的潮沟中各采集2 L潮水，用灼烧过(450 ℃, 12 h)的GF/F玻璃纤维滤膜(Whatman)和真空泵过滤系统过滤获得POM样品。所有样品采集后迅速放入保温瓶中冷藏，带回实验基地−20 ℃冷冻保存。

所有用于进行稳定同位素分析的样品在冷冻干燥机中冻干至恒重，然后用研钵研磨粉碎，用1 mol/L HCl 酸化去除碳酸盐成分(仅在测定碳稳定同位素比值进行此操作)。酸化后样品再次烘干并研磨成细粉末状，经60目筛网过滤后装入离心管中干燥器保存。本实验中所有样品的稳定同位素比值由上海化工研究院有限公司测定，仪器型号为DEL TAplus XP (分析精度：¹³C<0.1‰, ¹⁵N< 0.2‰。稳定C、N同位素的自然丰度表示为：δ(X)= [(R_sample/R_standard)‒1]×1000，式中X表示¹³C或者¹⁵N的丰度，R表示¹³C : ¹²C或¹⁵N : ¹⁴N。其中碳的标准物质是箭石Pee Dee Belemnite (PDB)，氮的标准物质是空气中的氮气。

在SPSS 23.0中对所测各类潜在碳源样品、中国花鲈样品的稳定同位素比值进行成对样本t检验、方差分析，以探讨其变化特征。

利用多源线性混合模型估算各种碳源对中国花鲈的相对贡献率^[15-16]，录入的数据根据消费者的营养级校正基础食物源的碳、氮稳定同位素值，具体方法参照曾艳艺等^[17]和Wang等^[18]。所有需要标准化的数据采用离差标准化。

单因素方差分析显示同一月份中九段沙盐沼湿地3种亚生境中国花鲈的δ¹³C和δ¹⁵N值无显著性差异(P>0.05)。3种亚生境中国花鲈的δ¹³C值变化范围在−26.21‰~−14.42‰，平均值为−19.39‰; δ¹⁵N值变化范围在6.44‰~14.42‰，平均值为10.94‰。植被区与光滩亚生境中国花鲈的δ¹⁵N值存在显著性差异(P<0.05)，植被区与潮沟亚生境中的中国花鲈的δ¹⁵N值也存在显著性差异(P<0.05)。

中国花鲈的碳、氮稳定同位素值在月份间存在差异，其中δ¹³C随月份逐渐增加，δ¹⁵N在5月和6月逐渐增加，在7月骤减后继续增加(图2)。月平均δ¹³C和δ¹⁵N聚类分析表明，7月与其他月份(5、6、8、9、10月)相似性较小(<40%)，九段沙盐沼湿地中国花鲈依据月份δ¹³C和δ¹⁵N可分为7月与其他月份两大类(图3)。

为分析中国花鲈体长与碳、氮稳定同位素的关系，将中国花鲈体长及其碳、氮稳定同位素数值进行分组并由小到大编号(图4)。结果表明δ¹³C随体长增大而增大，δ¹⁵N总体上逐渐增加。

图2

图2 　长江口九段沙盐沼湿地中国花鲈不同月份的δ13C和δ15N双同位素坐标图 Fig. 2 　Dual isotope plot of δ13C and δ15N of Lateolabrax macultus in different months in Jiuduansha salt marsh wetland in the Yangtze River Estuary

图3

图3 　长江口九段沙盐沼湿地中国花鲈不同月份碳、氮稳定同位素水平聚类图 Fig. 3 　Cluster diagram of stable carbon and nitrogen isotope levels of Lateolabrax macultus in different months in Jiuduansha salt marsh wetland in the Yangtze River Estuary

平均δ¹³C值和δ¹⁵N值的聚类分析结果表明，长江口九段沙盐沼湿地中国花鲈根据体长可以划分为两组，即组Ⅰ和组Ⅱ (图5)：组Ⅰ的体长范围为28~128 mm，组Ⅱ的体长范围为129~ 367 mm，组Ⅰ的δ¹³C值和δ¹⁵N值显著小于组Ⅱ (P<0.05)，且组Ⅰ的体长明显小于组Ⅱ，说明中国花鲈碳、氮稳定同位素随生长发生明显变化，小规格个体的δ¹³C值和δ¹⁵N值小于大规格个体。

本研究所采集中国花鲈的潜在碳源为POM、藻类、海三棱藨草、互花米草、芦苇。这5种碳源彼此的碳、氮同位素存在显著性差异(P<0.05)。POM的碳、氮稳定同位素值在7月显著高于5月(P<0.05)，其他月份无显著性差异(P>0.05)。

图4

图4 　长江口九段沙盐沼湿地中国花鲈各体长组稳定同位素组成 Fig. 4 　Stable isotopic composition of different body length groups of Lateolabrax macultus in Jiuduansha salt marsh wetland in the Yangtze River Estuary

图5

图5 　长江口九段沙盐沼湿地中国花鲈不同体长组碳、氮稳定同位素水平聚类图 Fig. 5 　Cluster diagram of carbon and nitrogen stable isotope levels in different body length groups of Lateolabrax macultus in Jiuduansha salt marsh wetland in the Yangtze River Estuary

利用多源线性混合模型估算主要碳源对中国花鲈的碳源贡献，结果显示，3种亚生境中各食源组成和贡献率相似，POM和互花米草是3种亚生境主要碳源，其次是藻类，海三棱藨草和芦苇对中国花鲈碳源贡献较小(表1, 图6)。

5种碳源对中国花鲈的贡献率在不同的月份存在差异(表2), POM在调查期间对中国花鲈的碳源贡献率最大且随月份变化较大；互花米草对中国花鲈的碳源贡献率排第二位，贡献率随月份逐渐增大；海三棱藨草和芦苇对中国花鲈的碳源贡献率较小且月份间的变化较小；藻类对中国花鲈的碳源贡献率不稳定，月份间的变化较大。

5种碳源对不同体长组中国花鲈的贡献率存在差异(表3)，总体表现为随着体长增大，POM的贡献减小，互花米草的贡献增大，中国花鲈基础食源由POM为主(>70%)转变为以POM (50%~ 66%)和互花米草(32%~47%)为主。

表1

表1 　长江口九段沙盐沼湿地中国花鲈潜在碳源的碳、氮同位素水平 Tab. 1 　Carbon and nitrogen isotopes level of potential carbon source of Lateolabrax macultus in Jiuduansha salt marsh wetland in the Yangtze River Estuary 潜在碳源potential carbon source 范围/‰ range 平均值/‰ mean δ13C δ15N δ13C δ15N 悬浮颗粒有机物POM –25.09–23.22 3.56–4.34 –24.27 3.97 海三棱藨草 Scirpus mariqueter –29.13–27.33 6.57–7.97 –28.13 7.57 芦苇Phragmites australis –29.91–26.21 5.19–7.23 –27.90 6.28 互花米草 Spartina alterniflora –14.76–11.7 6.91–8.13 –12.76 7.51 藻类 algae –26.57–22.05 5.26–7.18 –24.12 5.12

表1 　长江口九段沙盐沼湿地中国花鲈潜在碳源的碳、氮同位素水平 Tab. 1 　Carbon and nitrogen isotopes level of potential carbon source of Lateolabrax macultus in Jiuduansha salt marsh wetland in the Yangtze River Estuary

图6

图6 　5种碳源对长江口九段沙盐沼湿地不同亚生境中国花鲈的贡献率 Fig. 6 　Contribution rates of five carbon sources to Lateolabrax macultus in different sub habitats in Jiuduansha salt marsh wetland in the Yangtze River Estuary

表2

表2 　长江口九段沙盐沼湿地5种碳源在不同月份对中国花鲈的贡献率 Tab. 2 　Contribution rates of five carbon sources to Lateolabrax macultus in different months in Jiuduansha salt marsh wetland in the Yangtze River Estuary % 月份 month 50%置信水平(1%–99%置信水平范围)的碳源贡献率contribution rate of carbon source at 50% confidence level (1%–99% confidence level) 悬浮颗粒有机物POM 海三棱藨草Scirpus mariqueter 芦苇Phragmites australis 互花米草Spartina alterniflora 藻类algae 5月May. 31 (7–48) 5 (0–17) 8 (0–25) 29 (28–35) 24 (0–59) 6月Jun. 34 (1–49) 4 (0–15) 6 (0–22) 32 (28–35) 21 (0–59) 7月Jul. 56 (5–58) 3 (1–5) 2 (0–5) 35 (34–35) 3 (1–13) 8月Aug. 41 (34–53) 3 (0–8) 3 (0–8) 34 (33–36) 19 (0–3) 9月Sep. 47 (28–50) 4 (0–7) 3 (0–11) 38 (35–39) 7 (0–37) 10月Oct. 47 (28–50) 4 (0–7) 3 (0–11) 38 (35–39) 7 (0–37)

表2 　长江口九段沙盐沼湿地5种碳源在不同月份对中国花鲈的贡献率 Tab. 2 　Contribution rates of five carbon sources to Lateolabrax macultus in different months in Jiuduansha salt marsh wetland in the Yangtze River Estuary %

表3

表3 　长江口九段沙盐沼湿地5种碳源对不同体长组中国花鲈的贡献率 Tab. 3 　Contribution rates of 5 carbon sources to different body length groups of Lateolabrax macultus % 体长组body length group 悬浮颗粒有机物POM 海三棱藨草Scirpus mariqueter 芦苇Phragmites australis 互花米草Spartina alterniflora 藻类algae 1 73.5 0 1.5 20.5 4.5 2 75.0 0 0.0 25.0 0.0 3 72.0 0 0.0 28.0 0.0 4 66.0 0 0.0 33.0 1.0 5 60.0 0 0.0 40.0 0.0 6 60.0 0 0.0 38.0 2.0 7 51.8 1 0.3 44.7 1.4 8 53.0 0 0.0 45.0 1.0 9 64.6 1 0.3 32.0 1.5 10 49.9 2 0.3 47.4 2.0

表3 　长江口九段沙盐沼湿地5种碳源对不同体长组中国花鲈的贡献率 Tab. 3 　Contribution rates of 5 carbon sources to different body length groups of Lateolabrax macultus %

本研究结果显示中国花鲈的碳、氮稳定同位素值跨度较大，且略大于孙培英^[19]所报道的范围，经仔细比较发现这些差异可能与所采集样本的体长有关，孙培英所采集的中国花鲈的体长范围为68~265 mm，而本研究所采集样本体长范围为28~ 367 mm，体长跨度几乎涵盖整个幼鱼阶段的体长范围，而此阶段是中国花鲈食性转变时期，所以其对应的同位素值变化幅度也较大。鱼类较大跨度的碳、氮稳定同位素值与其复杂多样的饵料来源有关^[20]，且孙帼英等^[21]在分析长江口中国花鲈胃含物时发现中国花鲈摄食饵料既有浮游动物又有鱼虾蟹类等，因此推测本研究中国花鲈较大跨度的碳、氮稳定同位素值与中国花鲈在长江口盐沼湿地的摄食多样性有关。

本研究结果还显示长江口中国花鲈的碳、氮稳定同位素值随个体生长呈增大趋势，小规格个体的碳、氮稳定同位素值显著小于大规格个体。说明中国花鲈在生长发育过程中，随着个体增大，取食范围扩大，食性发生转变。这与孙帼英等^[21]对长江口中国花鲈胃含物分析结果相似：中国花鲈幼鱼摄食饵料以枝角类、桡足类、涟虫等浮游动物为主，稍大个体摄食饵料以鱼虾蟹等为主。此外李斌^[22]和陈展彦^[23]在研究蒙古鲌(Culter mongolicus)时发现相似的规律：小规格个体蒙古鲌的碳、氮稳定同位素值显著小于大规格个体，并用稳定同位素证实蒙古鲌的食性在生长过程中发生了由杂食性偏肉食性到向肉食性的转变。有研究者认为鱼类碳、氮同位素随体长的变化是由鱼类体内蛋白质和脂肪酸的含量变化引起的^[24-25]。也有研究者认为这种变化与鱼类食性变化有关，如Pilati等^[24]发现美洲真鰶(Dorosoma cepedianum)的碳、氮同位素值随生长而增大，并认为这与其由食浮游动物转变为食沉积物有关。综上所述中国花鲈的碳、氮稳定同位素值随个体生长而增大，且与中国花鲈的食性变化有关。

碳同位素可以用来反映鱼类不同空间分布的差异。Gning等^[26]研究发现黑鳍缩口银鲈(Eucinostomus molanopterus)在低盐区和高盐区δ¹³C存在显著差异。Hiroshige等^[27]发现近岸日本鳀(Engraulis japonicus)的δ¹³C显著高于离岸区。本研究中中国花鲈的δ¹³C在长江口盐沼湿地3种亚生境中无显著性差异。分析原因可能是中国花鲈游泳能力较强，有较大的捕食范围，同一条鱼可能在3种亚生境均有摄食，而非限定在某一生境，3种亚生境对于中国花鲈来说可能是较小的空间尺度，因此中国花鲈的碳稳定同位素在3种亚生境未表现出明显的差异。为进一步探讨中国花鲈的碳稳定同位素特征，可在更大空间尺度上开展相关研究，丰富研究结果。

氮同位素与摄食相关，会随营养级升高有明显富集^[28-29]，鱼类摄食不同的饵料生物就会导致氮同位素的差异。有研究表明3种亚生境饵料生物存在差异，周晓等^[30]发现长江口九段沙湿地海三棱藨草植被区的大型底栖动物物种数高于光滩；袁兴中等^[31]发现崇明东滩海三棱藨草植被区的大型底栖动物物种数高于光滩中大型底栖动物物种数。不同亚生境的消费者所摄食的饵料种类不同，叶锦玉^[32]研究发现斑尾刺虾虎鱼(Acanthogobius ommaturus)在海三棱藨草植被区偏向于摄食多毛类等底栖动物，在潮沟和光滩亚生境偏向于摄食虾和鱼类。因此本研究认为中国花鲈的氮稳定同位素在3种亚生境的差异是由于其所摄食饵料生物的不同。

由于长江口盐沼湿地生态系统基础能量来源复杂，根据长江口盐沼湿地水利条件和植被特征，将中国花鲈的潜在食物源分为POM、藻类、互花米草、海三棱藨草和芦苇。本研究表明在生长过程中3种亚生境中国花鲈的基础食源均由POM为主转变为以POM和互花米草为主。出现这种变化的原因可能是中国花鲈生长过程中摄食饵料生物发生了变化：中国花鲈幼鱼时期摄食饵料以枝角类、桡足类、涟虫等浮游动物为主，而浮游动物主要的食物来源为水中的POM^[33-35]，因此小规格中国花鲈的基础碳源主要来源于POM。稍大个体的中国花鲈摄食饵料以鱼、虾、蟹等为主，这些饵料生物多食碎屑腐殖质。互花米草是长江口入侵植物，在九段沙湿地更是大面积分布成为绝对优势种^[36]，每年会生产大量的碎屑。有研究表明入侵植物互花米草可以通过鱼类、昆虫、蟹类、螺类等进入食物网^[37-40]，进而传递到中国花鲈等高级消费者。根据最佳摄食理论，随着个体增大，鱼类捕食的饵料生物也越大^[41]，洪巧巧等^[10]在研究中国花鲈的食性时发现中国花鲈的体长与其饵料生物的体长成正相关，饵料生物越大，营养级越高，富集来自互花米草的碳就越多^[6]，因此随体长增大互花米草对中国花鲈的食源贡献增大，POM的食源贡献减小。

本研究中POM对中国花鲈的食源贡献随季节逐渐增大，在7月显著增大，这种变化可能与POM组成和径流量有关。有研究表明POM在生态系统中的贡献率与季节有着明显的联系^[20,42]，此外宁加佳等^[43]在研究水库颗粒有机物的碳、氮同位素特征时发现POM的碳、氮同位素在5月和7月较高可能与较高的外源有机物比例有关，且径流量与POM的δ¹³C值呈及其显著的相关关系。7月正值长江口丰水期，因此7月POM对中国花鲈的食源贡献显著增大可能与此月份的径流量有关。这也揭示了外部环境的变化会影响中国花鲈的基础能量来源。

本研究以长江口盐沼湿地优势种中国花鲈为研究对象，利用碳、氮稳定同位素技术探究其碳、氮稳定同位素特征及食源差异，得到如下结论：

(1) 中国花鲈在3种亚生境的δ¹³C值无显著性差异，藨草亚生境与光滩亚生境和潮沟亚生境中的中国花鲈的δ¹⁵N值存在显著性差异(P< 0.05)。中国花鲈在3种亚生境中的基础食源无差异，但所摄食饵料生物存在差异。

(2) POM和互花米草是中国花鲈主要碳源，其贡献率在3种亚生境间相似。7月各碳源对中国花鲈的贡献率较其他月份差异较大，变化主要是由于POM的贡献率骤增和藻类的贡献率减少引起的，其原因可能是受长江径流量影响。

(3) 随着中国花鲈生长发育，其基础食源由POM为主(>70%)转变为以POM (50%~66%)和互花米草(32%~47%)为主，说明中国花鲈在幼鱼阶段食性发生转变。