湖鳕（Coregonus artedi）对鱼类群落同位素生态位贡献沿湖泊磷梯度的变化规律及其生态意义

本研究针对湖泊富营养化背景下鱼类群落能量路径稳定性问题，通过稳定同位素技术（δ13C和δ15N）分析17个明尼苏达湖泊中湖鳕（cisco）对群落同位素生态位的贡献。研究发现湖鳕对 pelagic carbon（PC）路径的依赖度显著高于其他20种鱼类，其生态位贡献量达其他物种的6倍，且在贫营养湖泊中独特性最强。该成果为湖泊生态系统保护提供了关键科学依据。

　　

在淡水生态系统中，物种通过分化能量利用途径来维持食物网的稳定性，这一过程被称为"营养互补效应"。然而随着湖泊富营养化程度加剧，以陆源碳（terrestrial carbon）为主导的能量路径逐渐扩张，可能压缩以浮游碳（pelagic carbon, PC）为核心的传统能量通道，进而威胁到依赖PC的专性物种生存。湖鳕（cisco, Coregonus artedi）作为北温带湖泊典型的浮游食性鱼类，其生态位特征如何响应湖泊营养状态变化，以及其对整个鱼类群落生态位空间的贡献机制，成为亟待解答的科学问题。

为此，由Payton E. Johnson领衔的研究团队在《Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences》发表了最新研究成果。该研究选取美国明尼苏达州17个梯度分布的总磷（TP）浓度湖泊作为自然实验体系，通过采集水体和鱼类样本，采用稳定同位素分析技术（测定δ¹³C和δ¹⁵N值）量化鱼类对PC的利用比例和营养位置，并运用标准椭圆面积（SEAc）算法计算物种级别和群落级别的同位素生态位空间。

主要技术方法

研究团队在17个湖泊中系统采集了湖鳕及其它20种鱼类肌肉组织，通过元素分析-同位素质谱联用技术测定δ¹³C和δ¹⁵N值。利用双源混合模型（以δ¹³C为指示指标）计算各物种对PC的依赖程度，同时通过δ¹⁵N值推算营养级。采用基于贝叶斯算法的SIBER程序包计算群落和物种级别的同位素生态位指标，并通过线性回归分析探究湖泊总磷浓度与生态位参数的关系。

湖鳕的PC利用优势与生态位贡献

研究发现湖鳕对PC的平均依赖度达到78.5%，显著高于其他鱼类（平均47.2%）。这种高度特化的食性使其同位素生态位范围（SEAc=3.51‰2）达到群落总生态位空间的21.6%，单位生物量的贡献效率是其他物种的6.2倍。通过多元回归分析证实，湖鳕的生态位贡献量与群落整体PC利用率呈显著负相关（R2=0.72, p<0.001）。

湖泊营养状态对生态位结构的影响

总磷浓度梯度驱动了生态系统级联效应：富营养化湖泊（TP>30μg/L）中鱼类群落的PC利用比例普遍升高（最高达82%），导致湖鳕的生态位独特性降低。相反，在贫营养湖泊（TP<10μg/L）中，湖鳕维持着高度特化的PC摄取策略，其生态位与其它物种重叠度最低。值得注意的是，黄鲈（yellow perch）作为生态位可塑性最强的物种，在富营养化湖泊中与湖鳕的生态位重叠度增加至41%，而在贫营养湖泊中仅重叠12%。

群落生态位空间的调控机制

研究首次揭示了"营养级压缩效应"在调节生态位空间中的作用：随着湖泊TP浓度上升，鱼类群落的平均营养级从3.7降低至2.8，同时δ¹³C值变幅收窄（从8.1‰降至4.3‰），导致整体生态位空间缩小25%。湖鳕通过维持稳定的高营养级（始终保持在4.0以上）和特化的PC利用策略，在营养化湖泊中成为维持生态位多样性的关键物种。

本研究通过多湖泊比较证明，湖鳕作为浮游碳路径的专性利用者，其生态位贡献率随湖泊营养状态变化呈现动态调节特征。在贫营养湖泊中，湖鳕通过维持高度特化的摄食策略显著扩展群落生态位空间，增强食物网稳定性；而在富营养化进程中，其生态位功能逐渐被通用型物种侵蚀。这一发现强调了保护贫营养湖泊中栖息地完整性的重要性：不仅关乎湖鳕种群存续，更关系到整个鱼类群落功能多样性的维持。研究提出的"生态位贡献指数"为量化关键物种在食物网中的功能提供了新范式，对湖泊生态系统管理具有重要指导意义。