• 中文核心期刊
  • 中国科技核心期刊
  • CSCD来源期刊
  • DOAJ 收录
  • Scopus 收录

基于耳石核心氧同位素SHRIMP分析研究青海湖裸鲤繁殖特征

周玲, 千琳勃, 赵素梅, 张秀兰, 刘英烈, 唐巧玲, 原杰

周玲,千琳勃,赵素梅,等. 基于耳石核心氧同位素SHRIMP分析研究青海湖裸鲤繁殖特征[J]. 岩矿测试,2023,42(3):464−477. DOI: 10.15898/j.ykcs.202209280183
引用本文: 周玲,千琳勃,赵素梅,等. 基于耳石核心氧同位素SHRIMP分析研究青海湖裸鲤繁殖特征[J]. 岩矿测试,2023,42(3):464−477. DOI: 10.15898/j.ykcs.202209280183
ZHOU Ling,QIAN Linbo,ZHAO Sumei,et al. Analyzing the Reproductive Characteristics of the Naked Carp Gymnocypris Przewalskii (Kessler) Based on the Oxygen Isotopes of Otolith Core Using SHRIMP[J]. Rock and Mineral Analysis,2023,42(3):464−477. DOI: 10.15898/j.ykcs.202209280183
Citation: ZHOU Ling,QIAN Linbo,ZHAO Sumei,et al. Analyzing the Reproductive Characteristics of the Naked Carp Gymnocypris Przewalskii (Kessler) Based on the Oxygen Isotopes of Otolith Core Using SHRIMP[J]. Rock and Mineral Analysis,2023,42(3):464−477. DOI: 10.15898/j.ykcs.202209280183

基于耳石核心氧同位素SHRIMP分析研究青海湖裸鲤繁殖特征

基金项目: 河北省自然科学基金项目“基于耳石微化学的研究区分人工和自然繁殖青海湖裸鲤及基生活史”(C2020108003);邢台市创新能力提升计划项目“基于耳石微结构研究邢台市加州鲈鱼年龄与生长特征”(2022ZZ111);河北省社会科学基金项目“乡村振兴背景下河北省人口空间分布与优化路径研究”(HB19RK002); 邢台市青年人才专项“邢台市设施农业化肥减量增效与N2O排放特征研究”(2021ZZ030)
详细信息
    作者简介:

    周玲,博士,讲师,主要从事鱼耳石环境示踪研究。E-mail:yumi_345@163.com

  • 中图分类号: TQ123.1;S124+2

Analyzing the Reproductive Characteristics of the Naked Carp Gymnocypris Przewalskii (Kessler) Based on the Oxygen Isotopes of Otolith Core Using SHRIMP

  • 摘要:

    青海湖裸鲤是中国重要的内陆珍稀鱼种,在青海湖湖泊生态系统中起着核心作用。繁殖环境是鱼类种群延续的关键因素,能获取青海湖裸鲤的繁殖环境参数和明确最佳产卵场,对于保护和扩大其渔业资源量也非常重要。本文尝试利用耳石的微区原位氧同位素组成分析青海湖裸鲤的繁殖特征,利用SHRIMP Ⅱ离子探针测定5尾青海湖裸鲤耳石微区原位δ18O组成,沿着最长生长轴到边缘打点,束斑直径大约25μm,束斑深度约2~3μm。分析结果表明,裸鲤耳石的δ18O值变动范围分别是−4.88‰~3.46‰、−0.28‰~3.91‰、−1.43‰~2.94‰、−1.81‰~3.35‰,并且耳石间歇带的δ18O值高于成长带。耳石间歇带是裸鲤在湖水中形成,而成长带是在河水中形成,上述结果与青海湖湖水的δ18O值显著高于河水的δ18O值一致,因此记录了裸鲤的洄游行为。核心区域差异性的δ18O值则反映了裸鲤的产卵地和水温状况,表明有的裸鲤在水温较低的河口产卵孵化,有的在水温较高的河流上游产卵孵化。与其他样品不同的是,其中1尾裸鲤耳石的δ18O变动范围是−9.36‰~−5.21‰,表明该裸鲤固定在河流里生长繁殖,不发生洄游行为。这一发现为进一步优化青海湖裸鲤的人工繁殖和利用耳石化石探究青海湖水环境演变提供了研究基础。

  • 青海湖裸鲤,俗称“湟鱼”,是青海湖中唯一的经济鱼类,处于湖区鱼鸟共生生态系统的核区地位,每年5~8月份洄游到布哈河、沙柳河、黑马河、泉吉河、哈尔盖河产卵繁殖[1]。由于捕捞强度大、气候干旱、产卵河道断流等原因导致其资源量急剧下降,产量曾由20世纪60年代的2.8万吨降低至90年代的2263吨,鉴于其重要的生态地位,恢复和保护青海湖裸鲤资源十分迫切[2]。青海省自1982年开始实施封湖育鱼,同时在青海湖周边先后建立了原种保种基地和人工增殖放流站,截至2022年青海湖裸鲤资源量提高到10.85万吨,是保护初期的42倍。而繁殖环境是鱼类种群延续的关键因素,不同鱼类对产卵场的环境参数需求也不同,如河流、水温、光照、底质和水温等。能获取青海湖裸鲤的繁殖环境参数和明确最佳产卵场,对于保护和扩大其渔业资源量也非常重要。目前仅见周杨浩等[3]通过室内人工模拟的方法探讨青海湖裸鲤自然繁殖的环境需求。因此,研究裸鲤的繁殖环境对自然栖息地保护与修复工作具有重要意义。

    耳石是硬骨鱼体内的碳酸钙矿物,兼具听觉和平衡作用,被称为时间和水环境的“记录器”[4]。耳石的微化学分析能够揭示鱼类的生活史和水环境变化,尤其耳石核心区形成于孵化初期,其微化学组成可以反映鱼类出生地的水化学特征,能够解决鱼类群体识别问题[5-7]。其中耳石中的氧同位素组成与温度密切相关[8],在正常的盐度条件下,1‰的δ18O变化对应于大约5℃海水温度的变化[9]。例如,太平洋蓝鳍金枪鱼(Thunnus orientalis)从西太平洋(WPO)到东太平洋(EPO)之间跨太平洋迁移,其耳石中较高的δ18O值反映了迁徙过程中遇到的低水温[10]。类似的,在淡水环境和海洋环境之间洄游的大麻哈鱼(Oncorhynchus keta)耳石核心中较低的δ18O值指示了中国的大麻哈鱼也是溯河洄游产卵,孵化后返回海洋育肥[11]。袁威等[12]采集并测试了黄海、渤海小黄鱼耳石中的δ13C和δ18O值,首次将黄海南部种群细分为黄海南部离岸种群和黄海南部沿岸种群,且2种群之间很少有站位的交叉现象,经过聚类分析得到黄海、渤海秋季小黄鱼群体总体判别成功率为82.6%。Tatsuya等[13]对沙丁鱼(Sardinops sagax)耳石δ18O和微观结构研究,探讨其保育栖息地温度和早期生长速度的关系。可见,耳石中的δ18O组成为鱼类种群辨识、洄游迁移、产卵地环境探究提供了方法手段。

    青海湖作为气候环境变化敏感区,利用介形虫、沉积物氧同位素组成研究其历史时期的气候变化和湖泊演变的成果较多[14-15]。而关于青海湖裸鲤的研究主要集中在形态特征、生长特征、遗传性状等方面[16-18]。本文课题组前期测定了青海湖裸鲤耳石中的微量元素如Sr/Ca比值,发现耳石轮纹中Sr/Ca比值的高低变化指示了裸鲤的洄游行为[19],由于耳石成长带中的Sr/Ca比值呈现出频繁的波动,可能与河水与微耳石之间 Sr 的分配系数不同于湖水以及鱼体的生理代谢相关。耳石中的δ18O组成主要受水温影响,尤其耳石核心的微化学组成能够指示其孵化产卵场的环境。基于前期的研究成果,本文利用SHRIMP Ⅱ 离子探针测定青海湖裸鲤耳石中δ18O的组成,结合青海湖的湖水和河水的水化学组成,探讨其最佳洄游产卵地和环境条件,为进一步揭示青海湖裸鲤的生活史提供有效信息,为青海湖的渔业资源管理和渔业科学研究奠定基础。

    青海湖地处青藏高原东北部,长105km,宽63km,湖面海拔3196m,西边是柴达木盆地,东边是日月山,北边是大通山,南边是青海南山,它不仅连接青海省的东部、西部和南部,也是通往甘肃河西走廊、西藏自治区和新疆维吾尔自治区的重要通道。青海湖状似梨形,截至2021年9月底,青海湖水体面积为4625.6平方公里。如图1所示。

    图  1  青海湖及其流域图
    Figure  1.  Map of Qinghai Lake and its river basin.

    青海湖流域气候类型属于高原大陆性气候,地处西风带、高原季风、东亚季风的交错带,光照充足、阳光强烈,干湿季节分明。青海湖的日照时数大多数都超过3000h,全年辐射总量在171.461~106.693千卡/平方厘米·年。湖区东面和南面温度稍高,西面和北面稍低,平均最高气温在6.7~8.7℃,平均最低气温在−6.7~4.9℃,极端最高气温是25℃,极端最低气温是−31~−33.4℃。湖区年降水量少,蒸发量远远超过降水量。青海湖因含有少量无机盐类,湖水冻结的温度比0℃稍低[20]

    采集青海湖生长的现代野生裸鲤5尾,样品编号是1号~5号。采样点位于布哈河口水文站。捕捞当天对裸鲤的体长进行测量、称体重并对其拍照后进行解刨,使用解刨刀和镊子取出鱼内耳中的三对耳石,将其放进离心管并加入浓度为10%的双氧水溶液,用超声波振荡器清洗2min;抽出双氧水溶液,加入蒸馏水,混合后用超声波振荡2min;以上动作重复三次,以彻底清除耳石上的有机组织和双氧水溶液。在烘箱中放入清洗干净的耳石,对其进行烘干留下备用。青海湖裸鲤的三对耳石照片[19]图2所示。微耳石(图2a)形似椭圆,矿物组成是纯文石;星耳石(图2b)形近圆形,矿物成分主要是球霰石,还有少量的方解石;矢耳石(图2c)形似针状易碎,不易摘取完整样品,其主要成分是文石,含有少量球霰石,文石组分对环境更为敏感[19],因此本文选用微耳石进行δ18O测试。

    图  2  青海湖裸鲤的三对耳石
    a—微耳石; b—星耳石; c—矢耳石。
    Figure  2.  Three pairs of naked carp otoliths (a—lapillus, b—asteriscus, c—saggita).

    微耳石的微区原位氧同位素分析测试在澳大利亚国立大学地球科学学院用SHRIMP Ⅱ离子探针完成。微耳石经过树脂包埋、打磨、抛光、清洗、烘干等操作后,表面喷涂高纯度铝,转移到SHRIMP Ⅱ离子探针,参照该实验室Long等[21-22]描述的详细步骤测试。该仪器配备15kV、~3nA Cs+离子源,在电压作用下离子从离子枪内射出,被聚焦后照射在样品表面激发200~250pA的二次离子。法拉利杯同时接收16O18O,并用Keithley 642静电计测量出离子数。每次测试包含3min的预烧以保证二次离子的同位素组成更稳定,以及10次或14次(10s/次)的18O/16O比值的计算时间。使用的标准品是NBS18和NBS19[23],保证仪器测试的准确性和精确性,精确度为0.1‰~0.2‰,标准偏差约为0.3‰。测试中每完成5个样品,都会测一次标准物质。离子探针的打点起始位置是耳石的核心处,沿着最长生长轴一直到边缘打点,束斑直径大约25μm,束斑深度约2~3μm,打点测试如图3所示。

    图  3  青海湖裸鲤微耳石离子探针测试样点
    Figure  3.  Sample points of otolith in naked carp by ion probe.

    将5尾裸鲤的微耳石在研磨机上反复研磨,直至获得最佳轮纹照片,如图4所示。微耳石核心区域致密,其外是年轮排列区,窄的间歇带与宽的成长带相间排列,由于湖水相较于河水温度低且食物缺乏,因此间歇带是裸鲤在湖水中形成,而成长带是裸鲤在河水中形成[19]。熊飞等[24]通过各种年龄鉴定材料比较研究了青海湖裸鲤的年轮特征,结果得到微耳石磨片是高龄裸鲤较为可靠的年龄鉴定材料。因此,由两位计数人员将各自读取的微耳石的轮纹数进行对比,确定每尾裸鲤的最终年龄,统计信息如表1所示。本次研究获取的裸鲤体长范围是30~42cm,平均体长为34.4cm,体重范围是302~590g,平均体重为426.4g,年龄范围是7~12龄。

    图  4  样品5号微耳石的年轮照片
    Figure  4.  Photo of the annual rings of No.5 otolith.
    表  1  5尾裸鲤的体长、体重和耳石年轮统计结果
    Table  1.  Statistical results of body length, weight and otolith rings of 5 naked carp.
    样品编号
    Sample No.
    裸鲤体长
    Length (cm)
    裸鲤体重
    Weight (g)
    年轮计数
    Annual ring count
    130.03027
    235.045010
    342.059012
    433.044010
    532.03509
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    选取的5尾裸鲤微耳石生长轴的δ18O值如图5所示。1号~5号样品耳石的δ18O测定平均值分别是1.29‰、1.79‰、0.99‰、0.93‰、−7.41‰,变化范围分别是−4.88‰~3.46‰、−0.28‰~3.91‰、−1.43‰~2.94‰、−1.81‰~3.35‰、−9.36‰~−5.21‰。在温度分别为11℃和17℃的条件下饲养欧洲鲽的δ18O值变化范围是0.2‰~1.9‰,耳石的δ18O受到水温的显著影响,但是不受饲喂水平影响,且饲喂水平与温度之间无显著性的协同效应[8]。欧洲鲽的δ18O值与本文1号~样品4号中较高的δ18O值比较接近,这是裸鲤有部分时间生活在盐度较高且水温偏低的湖水中的结果。四川裂腹鱼与青海湖裸鲤同属裂腹鱼亚科,用淡水养殖的四川裂腹鱼微耳石δ18O平均值为−9.4‰[25],这与5号裸鲤的δ18O值很接近,说明样品5号裸鲤一直生活在淡水中。图5中灰色条带是耳石的成长带,成长带之间是间歇带,1号~5号样品裸鲤的δ18O值都呈现出成长带较低和间歇带较高的差异,这是因为裸鲤的耳石在春夏季节形成成长带,秋冬季节形成间歇带,春夏季的水温显著高于秋冬季,且耳石的δ18O值与水温成反相关。对5尾裸鲤微耳石的δ18O值进行单因素方差分析,1号、3号和4号裸鲤的δ18O值之间差异性不明显,P>0.05,2号和5号裸鲤与其他三尾裸鲤的δ18O值差异明显,P<0.05。

    图  5  青海湖裸鲤微耳石从核心到边缘δ18O的组成
    (a)~(e)分别对应1号~5号耳石样品。灰色条带是耳石轮纹中的成长带。
    Figure  5.  Composition of δ18O from core to edge of otolith in naked carp. (a)~(e) in the figure correspond to otolith samples 1−5, respectively. The gray band is the incremental band in the otolith.

    通过Cui等[26]和Liu等[27]研究已知青海湖湖水的δ18O值范围是1.93‰~3.71‰,平均值是2.43‰,周围河流的δ18O值范围是−8.04‰~−6.20‰,其中,布哈河的δ18O平均值是−6.15‰,沙柳河的δ18O平均值是−7.21‰,泉吉河的δ18O平均值是−5.98‰,黑马河的δ18O平均值是−7.31‰。这是因为不同类型水体δ18O值差别很大,湖水由于强蒸发其δ18O值明显大于地表河水[28]。将湖水和河水的δ18O值与5尾裸鲤的δ18O值对比分析,可以看出1号~4号裸鲤的微耳石中记录了湖水和河水的δ18O信号,说明它们都在湖水和河水之间洄游,而5号裸鲤的微耳石中仅记录了河水的δ18O信号,说明该裸鲤一直在河水中生长发育,即“坐水鱼”。

    1号~5号耳石核心区的δ18O平均值分别是1.51‰、0.20‰、−0.22‰、−2.38‰、−9.14‰,变动范围分别是 1.43‰~1.59‰、−0.28‰~0.7‰、−1.02‰~0.64‰、−4.88‰~−0.74‰、−9.36‰~−8.96‰。将耳石核心的δ18O平均值与湖水、河水的δ18O组成进行对比,如图6所示。由于耳石核心区域是裸鲤孵化初期形成,因此记录了出生时的水环境状况。从分布来看,1号~3号裸鲤核心区域的δ18O值更接近湖水,说明它们的产卵地在河口附近,该水体混合了湖水和河水,水温较低,可能5月下旬就开始了洄游产卵,4号裸鲤核心区域的δ18O值更接近河水,说明其产卵地远离湖水且水温较高,5号裸鲤则一直生活在河水中,产卵时水温较高。可以看出,青海湖裸鲤的生活习性并不固定,有的在河口产卵孵化,有的在河流上游产卵孵化,有的会在河湖之间洄游产卵,还有一小部分裸鲤固定在河流繁育,这可能与当地河流在秋冬季断流有关系,部分洄游到河流上游产卵的鱼体因河流断流就一直停留在河流中繁育。

    图  6  青海湖裸鲤微耳石核心、青海湖湖水及主要河流的δ18O组成的分布图
    图中耳石核心的δ18O值是核心区域的平均值,蓝色条带表示湖水的δ18O范围,粉色条带表示河水的δ18O范围。
    Figure  6.  Distribution graph of δ18O composition of the naked carp otolith core, lake water and major rivers. The δ18O values of the otolith core in the figure are the average values of the core area, with blue bands indicating the δ18O range of the lake and the pink bands indicating the δ18O range of the river.

    青海湖裸鲤耳石不仅能够记录年龄,还能够记录鱼类生活的水环境和鱼类的生活史等。水体δ18O值和耳石形成时鱼类在水中生活的温度决定着鱼类耳石的δ18O值。前者的δ18O值与降水量和蒸发量的比值、径流量和降水的δ18O值相关,后者与耳石的δ18O值呈反相关。鱼类的栖息生活环境可以用耳石的δ18O值进行推断,周围水环境和文石矿物之间达到或者几乎达到同位素之间的平衡,所以16O/18O同位素之间的分馏与水体的温度有着紧密的关系,一般呈现负相关[29-30]。对于海水鱼来说,在正常的盐度条件下,1‰的δ18O变化对应于大约5℃海水温度的变化[9]。关于淡水鱼耳石1‰的δ18O变化对应水温的变化关系尚未确立。

    在鱼类繁殖过程中,水温、水流、水深、河床质和光照等环境参数是普遍考虑的要素。一般来说, 鱼类的繁殖活动不会因某一单因素环境因子而被决定, 其繁殖特定需求往往是多种环境因素。当青海湖周围淡水支流水温达到6~16℃这个阈值后,青海湖裸鲤亲体开始大规模生殖洄游,本文获得的5尾裸鲤耳石核心区δ18O平均值差异显著,一方面是由于产卵地不同具有差异性的δ18O组成,另一方面则是产卵时间不同,导致的水温差异记录在了耳石δ18O中。到底水中的δ18O组成和水温变化对裸鲤耳石中的δ18O值贡献是多少,我们暂时无法量化,这需要通过人工控制实验进一步验证。例如,Nakamura等[31]采用6种不同温度16.3℃、17.6℃、18.3℃、20.0℃、24.0℃和26.5℃培养鲐鱼幼鱼,并测定δ18O值,确定了饲养水温与鲐鱼耳石δ18O之间的线性关系。Willmes等[32]采用不同盐度(8.75‰、5.28‰和4.06‰)和不同水温(16.4℃、16.7℃、18.7℃和20.5℃)条件下饲养越洋公鱼360天,进而重建该鱼的热生活史。Wang等[33]评估了烹饪行为是否会导致耳石中碳酸盐的进一步同位素分馏,结果表明耳石样品的δ18O值在煮熟和未煮熟之间高度一致,表明烹饪过程对耳石同位素值没有或影响很小。

    耳石能够完整地保存在沉积物中,因此化石耳石常用来开展古气候、古生态和古地理等方面的研究。例如,Wurster等[34]分析了采集自伊斯特曼考古地的淡水石首鱼矢耳石高分辨率的δ18O值,推断出美国东部内陆全新世的气候变化情况;Andrus等[35]用保存完整的秘鲁雅首海鲶化石耳石的δ18O值推算出中全新世秘鲁海的海水表面温度;Surge等[36]分析了墨西哥拟海鲶的现代和大约公元2~3世纪化石耳石的δ18O值,恢复的冬季温度与现代非常相似。Long等[21]分析了澳大利亚蒙哥湖沉积物中耳石的δ18O值,其δ18O值的时间序列变化指示了该湖泊早期发生洪水,随着δ18O值增加了4‰,指示了后期湖泊的蒸发量增加。同时,由于没有“储库效应”,保存在沉积物中的耳石也是测定放射性碳的良好材料。因此,保存在沉积物中的化石耳石既是确定沉积年代的理想材料之一,又是研究古气候环境的良好载体[37]

    青海湖裸鲤作为中国国家二级保护动物,青海省自1982年开始实施封湖育鱼,覆盖青海湖及所有入湖河流。当下正处于为期10年的第六次封湖期,截至2030年12月31日。同时,青海湖周边先后建立了原种保种基地和人工增殖放流站,自2002年以来坚持开展人工繁殖放流工作,累计向沙柳河和泉吉河放流裸鲤大规格鱼种1.05 亿尾。因此,青海湖中应该存在自然繁殖和人工繁殖两个群体,仅仅通过耳石的δ18O值难以区分该两大群体。

    为了更加准确地识别鱼类种群、全面了解鱼类生活史,很多学者将耳石的δ18O值和δ13C值结合分析,因为耳石中δ13C值的变化能够记录鱼类的成熟度和食物链的变化。例如,Gao等[38]分析了华盛顿州皮基湾太平洋鲱鱼的耳石的核心和第2年夏季季轮的δ18O和δ13C值,认为皮基湾鲱鱼可能属两个鱼群;Ashford等[39]对位于巴塔哥尼亚大陆架和南佐治亚州的巴塔哥尼亚的美露鳕耳石进行了δ13C和δ18O值测试,发现了δ18O值反映了鱼生活的周围环境中δ18O值和海水的温度,能够对种群的来源进行辨别,代谢碳来源与海水溶解无机碳(DIC)的δ13C值影响着耳石δ13C值。姜涛等[40]利用稳定同位素质谱分析的技术,第一次对长江口刀鲚的幼鱼耳石的碳、氧稳定同位素进行了初步的研究,其中δ18O指示了两组刀鲚起源的水体温度差异显著;而δ13C指示了饵料成分的差异。何勇凤等[25]用养殖不同年龄组的四川裂腹鱼作为研究对象,探讨稳定同位素与环境之间的关系。结果表明:大于1龄的四川裂腹鱼耳石的质量与δ13C和δ18O值都没有显著的关系,但在星耳石和微耳石之间却存在着明显的区别;不同年龄的四川裂腹鱼微耳石δ13C和δ18O存在显著差异。耳石的δ18O和δ13C关联分析能够有效地对不同养殖年龄的四川裂腹鱼的群体进行区分,因此,可以作为一种对淡水鱼类养殖群体识别的方法。

    本文用SHRIMP Ⅱ离子探针对青海湖裸鲤微耳石中的δ18O测定分析,研究表明所有裸鲤耳石的δ18O值都呈现出成长带较低和间歇带较高的差异,且能够记录裸鲤的洄游行为。核心区域差异性的δ18O值则反映了裸鲤的产卵地和水温状况,不同产卵场拥有差异性的水温、水流、底质等环境参数,因此呈现出3种繁殖群体类型,即有的裸鲤在水温较低的河口产卵孵化,有的在水温较高的河流上游产卵孵化,有的固定在河流生长繁殖。这种多样化的生活习性也是裸鲤应对不利生存环境进化而来的结果。

    耳石的δ18O稳定同位素成分研究在渔业和海洋环境科学方面有着广泛的应用前景。本文初步探讨了青海湖裸鲤微耳石中δ18O值与洄游和产卵行为的关系,这一结果为进一步揭示青海湖裸鲤的繁殖特性、洄游习性、生活史提供了有效信息。伴随着中国矿物微区原位分析与同位素地球化学研究的持续发展,青海湖裸鲤耳石的微区同位素分析和探索将更加深入。由于耳石化石能够保存在湖泊或海洋的沉积物中,也是推测古气候变化的良好载体,所以在青海湖沉积物中寻找裸鲤耳石化石工作也在持续进行。为了获取精准的青海湖水温与裸鲤耳石δ18O值之间的响应关系,下一步将开展青海湖裸鲤的实验室温度、饲养水平控制实验,确定温度与耳石δ18O值、饲养水平与耳石δ13C之间的响应关系。

    致谢:中国科学院地球环境研究所张飞研究员和汪进研究员帮助采样,澳大利亚国立大学 Ian S Williams帮助测试分析耳石中的δ18O值,审稿老师对本文提出了宝贵意见,在此一并表示感谢。

      E1.  Sample points, temporal changes in δ18O, and distribution graph of δ18O composition of the naked carp otolith core, lake water and major rivers. A—Sample points of otolith in naked carp by ion probe. B—Composition of δ18O from core to edge of otolith in naked carp. (a)-(e) in the figure correspond to otolith samples 1-5, respectively. The gray band is the incremental band in the otolith. C—Distribution graph of δ18O composition of the naked carp otolith core, lake water and major rivers. The δ18O values of the otolith core in the figure are the average values of the core area, with blue bands indicating the δ18O range of the lake and pink bands indicating the δ18O range of the river.
  • 图  1   青海湖及其流域图

    Figure  1.   Map of Qinghai Lake and its river basin.

    图  2   青海湖裸鲤的三对耳石

    a—微耳石; b—星耳石; c—矢耳石。

    Figure  2.   Three pairs of naked carp otoliths (a—lapillus, b—asteriscus, c—saggita).

    图  3   青海湖裸鲤微耳石离子探针测试样点

    Figure  3.   Sample points of otolith in naked carp by ion probe.

    图  4   样品5号微耳石的年轮照片

    Figure  4.   Photo of the annual rings of No.5 otolith.

    图  5   青海湖裸鲤微耳石从核心到边缘δ18O的组成

    (a)~(e)分别对应1号~5号耳石样品。灰色条带是耳石轮纹中的成长带。

    Figure  5.   Composition of δ18O from core to edge of otolith in naked carp. (a)~(e) in the figure correspond to otolith samples 1−5, respectively. The gray band is the incremental band in the otolith.

    图  6   青海湖裸鲤微耳石核心、青海湖湖水及主要河流的δ18O组成的分布图

    图中耳石核心的δ18O值是核心区域的平均值,蓝色条带表示湖水的δ18O范围,粉色条带表示河水的δ18O范围。

    Figure  6.   Distribution graph of δ18O composition of the naked carp otolith core, lake water and major rivers. The δ18O values of the otolith core in the figure are the average values of the core area, with blue bands indicating the δ18O range of the lake and the pink bands indicating the δ18O range of the river.

    E1.   Sample points, temporal changes in δ18O, and distribution graph of δ18O composition of the naked carp otolith core, lake water and major rivers. A—Sample points of otolith in naked carp by ion probe. B—Composition of δ18O from core to edge of otolith in naked carp. (a)-(e) in the figure correspond to otolith samples 1-5, respectively. The gray band is the incremental band in the otolith. C—Distribution graph of δ18O composition of the naked carp otolith core, lake water and major rivers. The δ18O values of the otolith core in the figure are the average values of the core area, with blue bands indicating the δ18O range of the lake and pink bands indicating the δ18O range of the river.

    表  1   5尾裸鲤的体长、体重和耳石年轮统计结果

    Table  1   Statistical results of body length, weight and otolith rings of 5 naked carp.

    样品编号
    Sample No.
    裸鲤体长
    Length (cm)
    裸鲤体重
    Weight (g)
    年轮计数
    Annual ring count
    130.03027
    235.045010
    342.059012
    433.044010
    532.03509
    下载: 导出CSV
  • [1] 张信,陈大庆,严莉,等. 青海湖裸鲤资源保护面临的问题与对策[J]. 淡水渔业,2005,35(4):57−60. doi: 10.3969/j.issn.1000-6907.2005.04.021

    Zhang X,Chen D Q,Yan L,et al. Problems and countermeasures in the conservation of naked carp resources in Qinghai Lake[J]. Freshwater Fisheries, 2005, 35(4):57−60. doi: 10.3969/j.issn.1000-6907.2005.04.021

    [2] 史建全,祁洪芳. 青海湖裸鲤增殖放流技术集成及示范[J]. 青海科技,2018,25(1):24−28.

    Shi J Q,Qi H F. Integration and demonstration of breeding and releasing technology of Naked carp in Qinghai Lake[J]. Qinghai Science and Technology, 2018, 25(1):24−28.

    [3] 周杨浩,荣义峰,周卫国,等. 人工模拟条件下青海湖裸鲤自然繁殖环境条件需求研究[J]. 水生生物学报,2022,46(6):779−787.

    Zhou Y H,Rong Y F,Zhou W G,et al. Environmental requirements of natural reproduction of Gymnocypris przewalskii under artificial simulated conditions[J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 2022, 46(6):779−787.

    [4]

    Davoren G K,Woloschiniwsky C S,Halden N M. Does otolith chemistry indicate the natal habitat of Newfoundland capelin Mallotus villosus?[J]. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 2015, 464:88−95. doi: 10.1016/j.jembe.2014.10.025

    [5]

    Tripp A,Morrison S,Loeppky A R,et al. Water strontium concentrations influence strontium concentrations in the pre-hatch otolith region of capelin (Mallotus villosus)[J]. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 2022, 547:151667. doi: 10.1016/j.jembe.2021.151667

    [6]

    Gonzalvo S,Kawakami T,Tanoue H,et al. Estuarine dependency of Lates japonicus in Shimanto Estuary,Japan,inferred from otolith Sr:Ca[J]. Estuarine Coastal and Shelf Science, 2021, 252:107269. doi: 10.1016/j.ecss.2021.107269

    [7] 丛旭日,李秀启,董贯仓,等. 基于耳石微化学的黄河垦利段刀鲚生活史初步研究[J]. 渔业科学进展,2022,43(1):31−37.

    Cong X R,Li X Q,Dong G C,et al. Preliminary investigations on Coilia nasus from the Kenli section of the Huanghe River based on otolith microchemistry[J]. Progress in Fishery Sciences, 2022, 43(1):31−37.

    [8]

    Geffen A J. Otolith oxygen and carbon stable isotopes in wild and laboratory reared plaice (Pleuronectesplatessa)[J]. Environmental Biology of Fishes, 2012, 95:419−430. doi: 10.1007/s10641-012-0033-2

    [9]

    Degens E T,Deuser W G,Haedrich R L. Molecular structure and composition of fish otoliths[J]. Marine Biology, 1969, 2(2):105−113. doi: 10.1007/BF00347005

    [10]

    Kawazu M,Tawa A,Ishihara T,et al. Discrimination of eastward trans-Pacific migration of the Pacific bluefin tuna Thunnus orientalis through otolith δ13C and δ18O analyses[J]. Marine Biology, 2020, 167:110. doi: 10.1007/s00227-020-03723-9

    [11]

    Wang J,Gao Y,Liu W,et al. The life history and populations of chum salmon (Oncorhynchus keta) in China:An otolith isotopic investigation[J]. Applied Geochemistry, 2021, 127:104903. doi: 10.1016/j.apgeochem.2021.104903

    [12] 袁威,王玉堃,张廷廷,等. 基于耳石δ13C和δ18O的黄、渤海秋季小黄鱼补充群体的种群划分[J]. 渔业科学进展,2019,40(5):11−18.

    Yuan W,Wang Y K,Zhang T T,et al. Investigating the population structure of Larimichthys polyactis from the Yellow Sea and Bohai Sea using stable isotope mass spectrometry[J]. Progress in Fishery Sciences, 2019, 40(5):11−18.

    [13]

    Tatsuya S, Van D, Kotaro S, et al. Otolith δ18O and microstructure analyses provide further evidence of population structure in sardine Sardinops sagax around South Africa[J]. ICES Journal of Marine Science, 2020, doi: 10.1093/icesjms/fsaa130.

    [14]

    Liu W G,Yang H,Ning Y F,et al. Contribution of inherent organic carbon to the bulk δ13C signal in loess deposits from the arid western Chinese Loess Plateau[J]. Organic Geochemistry, 2007, 38(9):1571−1579. doi: 10.1016/j.orggeochem.2007.05.004

    [15]

    An Z S,Colman S M,Zhou W J,et al. Interplay between the Westerlies and Asian monsoon recorded in Lake Qinghai sediments since 32ka[J]. Scientific Reports, 2012, 2:619. doi: 10.1038/srep00619

    [16] 陈大庆,张信,熊飞,等. 青海湖裸鲤生长特征的研究[J]. 水生生物学报,2006,30(2):173−179.

    Chen D Q,Zhang X,Xiong F,et al. Studies on growth characteristics of Gymnocypris przewalskii[J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 2006, 30(2):173−179.

    [17] 史建全,祁洪芳,杨建新,等. 青海湖裸鲤人工繁殖及鱼苗培育技术的研究[J]. 淡水渔业,2000,30(2):3−6.

    Shi J Q,Qi H F,Yang J X,et al. Study on artificial breeding and fry breeding techniques of naked carp in Qinghai Lake[J]. Freshwater Fisheries, 2000, 30(2):3−6.

    [18] 史建全,杨建新,祁洪芳,等. 青海湖裸鲤形态特征与遗传性状[J]. 青海科技,2000,7(2):16−18.

    Shi J Q,Yang J X,Qi H F,et al. Morphologic characristics and genetic properties of Gymnocypris przewalskii[J]. Qinghai Science and Technology, 2000, 7(2):16−18.

    [19]

    Zhou L,Jin Z D,Li F C. Mineralogy of the otoliths of naked carp Gymnocypris przewalskii (Kessler) from Lake Qinghai and its Sr/Ca potential implications for migratory pattern[J]. Science China:Earth Sciences, 2012, 55(6):983−990.

    [20] 吴恒飞,陈克龙,张乐乐,等. 气候变化下青海湖流域生态健康评价研究[J]. 生态科学,2022,41(4):41−48.

    Wu H F,Chen K L,Zhang L L,et al. Study on ecological health evaluation of Qinghai Lake Basin under climate change[J]. Ecological Science, 2022, 41(4):41−48.

    [21]

    Long K,Wood R,Williams I S,et al. Fish otolith microchemistry:Snapshots of lake conditions during early human occupation of Lake Mungo,Australia[J]. Quaternary International, 2017, 463:29−43.

    [22]

    Long K,Stern N,Williams I S,et al. Fish otolith geochemistry,environmental conditions and human occupation at Lake Mungo,Australia[J]. Quaternary Science Reviews, 2014, 88:82−95. doi: 10.1016/j.quascirev.2014.01.012

    [23] 胡志中,晏雄,王坤阳,等. 碳酸盐碳氧同位素标准物质性状对分析和保存的影响[J]. 岩矿测试,2021,40(4):476−490.

    Hu Z Z,Yan X,Wang K Y,et al. Characteristics of carbon and oxygen isotope standard materials of carbonates and their effect on isotope analysis and standard preservation[J]. Rock and Mineral Analysis, 2021, 40(4):476−490.

    [24] 熊飞,陈大庆,刘绍平,等. 青海湖裸鲤不同年龄鉴定材料的年轮特征[J]. 水生生物学报,2006,30(2):185−191. doi: 10.3321/j.issn:1000-3207.2006.02.010

    Xiong F,Chen D Q,Liu S P,et al. Annuli characteristics of the different ageing materials of Gymnocypris Przewalskii (Kessler)[J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 2006, 30(2):185−191. doi: 10.3321/j.issn:1000-3207.2006.02.010

    [25] 何勇凤,吴兴兵,王旭歌,等. 四川裂腹鱼耳石碳、氧稳定同位素特征[J]. 应用生态学报,2017,28(7):2339−2343.

    He Y F,Wu X B,Wang X G,et al. Otolith carbon and oxygen stable isotopes in laboratory-reared Schizothorax kozlovi[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2017, 28(7):2339−2343.

    [26]

    Cui B L,Li X Y. Characteristics of stable isotope and hydrochemistry of the groundwater around Qinghai Lake,NE Qinghai—Tibet Plateau,China[J]. Environmental Earth Science, 2014, 71:1159−1167. doi: 10.1007/s12665-013-2520-y

    [27]

    Liu W G,Li X Z,Zhang L,et al. Evaluation of oxygen isotopes in carbonate as an indicator of lake evolution in arid areas:The modern Qinghai Lake,Qinghai—Tibet Plateau[J]. Chemical Geology, 2009, 268:126−136. doi: 10.1016/j.chemgeo.2009.08.004

    [28] 高娟琴,于扬,王登红,等. 新疆阿勒泰地区地表水体氢氧同位素组成及空间分布特征[J]. 岩矿测试,2021,40(3):397−407.

    Gao J Q,Yu Y,Wang D H,et al. Composition and spatial distribution characteristics of hydrogen and oxygen isotopes of surface water in Altay,Xinjiang Province[J]. Rock and Mineral Analysis, 2021, 40(3):397−407.

    [29]

    Martino J C, Doubleday Z A, Chung M T, et al. Experimental support towards a metabolic proxy in fish using otolith carbon isotopes[J]. The Company of Biologists, 2020, 223(6):jeb217091.

    [30]

    Shirai K,Otake T,Amano Y,et al. Temperature and depth distribution of Japanese eel eggs estimated using otolith oxygen stable isotopes[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2018, 236:373−383. doi: 10.1016/j.gca.2018.03.006

    [31]

    Nakamura M,Yoneda M,Ishimura T,et al. Temperature dependency equation for chub mackerel (Scomber japonicus) identified by a laboratory rearing experiment and microscale analysis[J]. Marine and Freshwater Research, 2020, 71:1384−1389. doi: 10.1071/MF19313

    [32]

    Willmes M,Lewis L S,Davis B E,et al. Calibrating temperature reconstructions from fish otolith oxygen isotope analysis for California’s critically endangered Delta Smelt[J]. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2019, 33(14):1207−1220. doi: 10.1002/rcm.8464

    [33]

    Wang P, Shiao J, Wang Y, et al. Evaluation of cooking effects on otolith stable carbon and oxygen isotope values of teleostean fish Pomadasys kaakan (Cuvier, 1830)[J]. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2022, 36(4): e9233.

    [34]

    Wurster C M,Patterson W P. Late Holocene climate change for the eastern interior United States:evidence from high-resolution δ18O values of sagittal otoliths[J]. Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology, 2001, 170(1):81−100.

    [35]

    Andrus C F T,Crowe D E,Sandweiss D H. Otolith δ18O record of mid-Holocene sea surface temperatures in Peru[J]. Science, 2002, 295(5559):1508−1511. doi: 10.1126/science.1062004

    [36]

    Surge A D,Walker K J. Oxygen isotope composition of modern and archaeological otoliths from the estuarine hardhead catfish ( Ariopsis felis ) and their potential to record low-latitude climate change[J]. Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology, 2005, 228:179−191.

    [37] 王玉娇,金章东,周玲,等. 青海湖裸鲤(湟鱼)鱼骨产出层位及其耳石微化学对明朝青海湖水位的指示[J]. 中国科学:地球科学,2014,44(8):1833−1843.
    [38]

    Gao Y W,Joner S H,Bargmann G G. Stable isotopic composition of otoliths in identification of spawning stocks of Pacific herring (Clupea pallasi) in Puget Sound[J]. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 2001, 58:2113−2120. doi: 10.1139/f01-146

    [39]

    Ashford J,Jones C. Oxygen and carbon stable isotopes in otoliths record spatial isolation of Patagonian toothfish (Dissostichus eleginoides)[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2007, 71:87−94. doi: 10.1016/j.gca.2006.08.030

    [40] 姜涛,刘洪波,杨健. 长江口刀鲚幼鱼耳石碳,氧同位素特征初报[J]. 海洋科学,2015,39(6):48−53.

    Jiang T,Liu H B,Yang J. Characteristics of C and O stable isotope in otolith of juvenile Coilia nasus from the Changjiang River Estuary[J]. Marine Sciences, 2015, 39(6):48−53.

  • 期刊类型引用(2)

    1. 尉鹏飞,耿科,刘建辉,张岩,李大鹏,蔡娜,张超,刘强,谢伟. 第五代SHRIMP锆石微区原位氧同位素分析测试方法. 岩矿测试. 2024(05): 723-733 . 本站查看
    2. 郑雁莉. 青海湖裸鲤资源及水文要素变化规律研究. 青海大学学报. 2024(05): 42-48 . 百度学术

    其他类型引用(0)

图(7)  /  表(1)
计量
  • 文章访问数:  169
  • HTML全文浏览量:  47
  • PDF下载量:  32
  • 被引次数: 2
出版历程
  • 收稿日期:  2022-09-27
  • 修回日期:  2022-12-22
  • 录用日期:  2023-04-05
  • 网络出版日期:  2023-06-15
  • 刊出日期:  2023-06-29

目录

/

返回文章
返回