作为海洋生态系统重要的组成部分,世界范围内的岛礁及其周边海域,尽管分布、规模以及所处海域存在差异,但普遍显示出强大的生态养护功能,其重要表现就是岛礁海域的生物资源量和物种多样性普遍高于外围海域,并呈现自岛礁近岸向外辐射状递减的分布特征。为探索其物质基础及维持机制,本研究基于“岛礁海域生物资源量和种类多样性普遍高于周边海域并呈离岛方向递减分布的特征,源于岛礁潮间带和潮下带岩礁生境独有的营养来源——大型海藻及其碎屑迁移输运与次级生产者对营养供给的响应”这一科学假设,在基于上行效应的功能生态学的理论框架下,以枸杞岛基岩岛礁生境二元生产力中特有的初级生产力—大型海藻及其凋落物的关键过程为切入点,以水下原位埋袋法、稳定同位素分析、室内摄食选择实验,胃含物统计分析以及贝叶斯线性混合模型为工具,以构建涵盖碎屑食物链与牧食食物链的岛礁海域食物网为目标,结合实际现状进行下列研究:1.枸杞岛海藻碎屑化关键过程研究;2.基于碎屑食物链的初次级生产者关系研究3.岛礁海域食物网结构及其功能研究:同时,总结适用构建岛礁海域的食物网的研究框架并提供基于上行效应体系及岛礁海域食物网结构特点的海洋牧场建设模式,为进一步认知基于上行效应的岛礁海域生物资源养护与多样性维持等生态服务功能、岛礁型海洋保护区功能区划的界定和高效管理提供科学依据。研究结果如下:1)枸杞岛海藻碎屑化关键过程研究大型海藻原位埋袋法与碳氮稳定同位素结果显示:大型海藻有机C含量、有机N含量、C/N、δ¹³C、δ¹⁵N等理化因子在分解过程中数值降低,大型海藻δ¹³C、δ¹⁵N值在时间尺度上表现出不规律变化;分解过程中,藻种间理化因子变化趋势存在显著差异不同,但δ¹³C、δ¹⁵N值较新鲜藻叶都存在显著差异,这种差异对整体食物网能流估算会产生一定影响。沉积物分析结果表明,枸杞岛海藻场中大型海藻对沉积有机物的贡献存在季节性差异,夏季海藻凋落期大型海藻贡献率较高,秋季海藻幼苗期与春季海藻生长期,浮游植物对沉积有机物的贡献较高。夏季枸杞岛内侧和海藻场外侧（距岸线100m处）中大型海藻对沉积有机物的贡献存在空间差异,贡献率都延水深梯度降低,内侧大型海藻对沉积有机物的贡献率远大于外侧。夏季海藻凋落期岛礁内侧和海藻场外侧大型海藻对沉积有机物的贡献率范围分别为46.09⁶6.67%和0.79²8.65%,均值分别为53.71%和10.23%。推测这种变化主要与大型海藻优势种的分布生活史密切相关:其中,从海藻覆盖率上看,内侧大型海藻覆盖度高于外侧;其次,夏季为大型海藻优势种凋落期,其碎屑贡献率较其他季节会有显著增加。2)基于碎屑食物链的初次级生产者关系研究过往利用稳定同位素研究生物关系大都基于多元贝塔分布（multivariate beta distribution）,这种分布意味着生物对饵料的利用不存在完全不利用（p_i=0）或完全利用（p_i=1）的情况。但在实际情况中生物存在摄食偏好,天然栖息地中的一些潜在饵料可能完全不能被特定生物利用,为此通过基于室内喂养观察实验及相关研究文献综述厘清了次级生产者的“真正营养来源”及“特定消费者-饵料稳定同位素分馏值”。在此基础上,将室内摄食偏好数据与稳定同位素混合模型（SIMM）进行结合,开发了用于进行营养贡献率预测的基于摄食过程的稳定同位素混合模型（D-SIMM）,并对岛礁海域内三种代表性生物:海胆、螺类、贝类的营养来源分别用SIMM与D-SIMM进行了预测;为比较摄食选择对稳定同位素预估产生的偏差,利用SIBER模型对D-SIMM与SIMM的特定潜在来源稳定数据池的稳定同位素面积（TA）、潜在来源面积标准（SEA）进行了比较,结果表明摄食选择会对TA、SEA及稳定同位素预估结果产生系统性的影响,基于DIC的评判指标显示,若不考虑生物摄食选择,会增加上海海洋大学博士学位论文营养贡献度预估不确定性,同时,特定消费者-饵料稳定同位素分馏值也会对模型预估产生影响。基于上述研究,研究明确了包含了食营养过程（选择,消化等）的同位素线性混合模型D-SIMM相较于传统同位素线性混合模型更适用于食物网初次级营养关系及能量流动研究。D-SIMM模型对岛礁初次级生产者营养关系预测显示:大型海藻及其碎屑实岛礁次级生产力的主要来源,其中以大型海藻及其碎屑的贡献率对岛礁饵料生物的贡献率超过90%,是岛礁生物多样性与高生物量的主要驱动力,发挥着重要的营养源供给作用。3)岛礁海域食物网结构及其功能研究基于胃含物中不同饵料鱼类及次级生产力的多样性及组成分析发现,海藻场食物网中次级生产力的冗余度较高,同时在胃含物中发现,其饵料生物随季节形成互补。从其稳定同位素结构上看,不同饵料间稳定同位素值较为接近,意味着海藻场食物网具有更高的系统稳定性,上述研究表明岛礁海域具有良好支撑生物多样性与稳定生态结构。藻场食物链较短的原因主要由大粒径、高生产力的初级生产力驱动,其生态效率远高于大洋性海域,具有良好的生态养护作用。围绕岛礁海域的研究方法,建议将食物网进行解构,综合胃含物混合模型分析法进行高营养层级营养关系进行研究,利用稳定同位素混合模型进行初次级生物及贡献度分析,能够更精确的对食物网内部结构进行描述。在岛礁管理运用上,建议基于上行效应体系及岛礁海域食物网结构特点进行海洋牧场建设模式与管理,以底层的人工鱼礁、人工藻礁,以及浮式鱼礁、贝藻类养殖浮筏、网箱等中上层人工生境构件为基础,重点结合海藻场生境营造、饵料生物自然发生、海洋空间规划以及增殖生物科学放流等核心技术,强调饵料生物的增殖性、持续性、生态系统的稳定性,生境人工构件间的互补性以及水层利用的最大化及合理性,以克服当前牧场运营期缺乏系统管理,天然饵料增殖与幼体庇护技术匮乏的核心技术问题。本研究创新点有三:从研究方法上,首次围绕藻体碎屑化,生物摄食选择等影响模型评估的关键生态过程,建立了基于关键生态过程的稳定同位素/胃含物线性混合模型。从研究结论上,在国内首次阐明了大型海藻及其碎屑对岛礁海域生物资源量和种类多样性的支撑作用及机制。从研究结果的运用上,首次构建涵盖碎屑食物链与牧食食物链的岛礁海域食物网,并提出了相应的研究框架体系及基于上行效应体系及岛礁海域食物网结构特点的海洋牧场建设模式。