海洋生态学2海洋与海洋生物相互关系.ppt

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1、LOGO,海洋生态学,目 录,1.绪论2.海洋与海洋生物间的相互关系3.海洋生物机器生活方式4.海洋生态学5.海洋水与生物生产6.海洋生物资源7.人类活动对海洋的影响8.海洋生态与可持续发展,海洋导论,01,海洋生物之间相互关系,02,2.海洋与海洋生物间的相互关系,01,01,1.海洋导论,地球就象一个广阔无垠的蔚蓝色“水球”。,地球表面大部分为海水所覆盖，海洋面积为 362106km2，约占地球面积71，平均深度为3800 m，最深处超过10000m。海洋的空间总体积达1370106km3，比陆地和淡水中生命存在空间大300倍。,洋，是海洋的中心部分，是海洋的主体。世界大洋的总面积，约占海

2、洋面积的89%。水深一般在3000米以上，平均盐度35%。海，在洋的边缘，是大洋的附属部分。海的面积约占海洋的11%，海的水深比较浅。海可以分为边缘海、内陆海和地中海。,溶解性：溶解大量营养物质，包括氧、碳、氮、磷钾等等透光性：光合作用流动性：扩大分布范围浮力余粘性：个体小、结构简单而脆弱的生物得以生存 缓冲性能：维持环境稳定性,1.1 海水某些物理特性的生态学意义,1.2海洋环境的主要分区,基本划分方法是从水层和两个方面进行的。水层指海洋的整个水体。从表层到整个大洋最大深度水底指整个海底。它们各自又可分成不同的环境区域。海洋生物的主要生活方式也有两大类，即在水层中过漂浮或游泳生活的种类和栖息

3、于海洋底部（底上或底内）的种类。下图是参考 Tait（1981）提出来的海洋主要分区。,1.2海洋环境的主要分区,图2-1,海层划分,（一）水层部分（pelagic division）在水平方向上分为浅海区（neritic province）和大洋区（oceanic province）。1.浅海区本区由于受大陆影响，水文、物理、化学等要素相对地说还是比较复杂多变的。平均深度一般不超过200 m，宽度变化很大，平均约为 80 km。2.大洋区。大陆缘以外的水体，这是海洋的主体，其理化环境条件比浅海区较为稳定。大洋区的不同深度，其环境条件也有很大不同，从垂直方向看，把大洋水体分为：上层（epipe

4、lagic zone）：从海面至 150200 m 深，这里不仅光照强度随深度增加而呈指数式下降，有的海区温度也有明显的昼夜和季节差异。很多海域温度出现所谓不连续面或温跃层。中层（mesopelagic zone）：从上层的下限至约 8001000 m 深的水层，这里光线极为微弱或几乎没有光线透入，温度梯度不明显，且没有明显的季节变化，由于不能进行有效的光合作用，加之上方下沉的有机物不断分解，所有常出现氧最小值和硝酸盐、磷酸盐最大值的层次。深海（bathypelagic zone）：从 1000 m 至 4000 m 深水层，这里除了生物发光以外，几乎是黑暗的环境，水温低而恒定，水压大。深渊（

5、abyssopelagic zone）：超过 4000 m 的深海区，这里是又黑暗又寒冷、压力最大、食物最少的世界。,海底划分,海底可划分为大陆边缘和大洋底两大部分。具体包括：1.海岸带包括潮间带和高潮时浪花可溅到的岸线，是海洋与陆地之间一个狭窄过渡带，潮间带交替地受到干露和海水淹没的影响。在低潮线以下的1020 m深的海底称为潮下带。2.大陆架和大陆边缘大陆架是从潮下带至大陆边缘的海底，地形较为平缓、坡度小，水深平均约200m。大陆缘（陆架坡折）是其外界。大陆坡是大陆缘外坡度较大的海底，深度变化较大。大陆隆（也称大陆裾）是大陆坡下方缓缓趋向洋底的扇形地，水深约20005000 m，主要是由沉

6、积物堆积的海底。3.大洋底深海平原这是大洋海底的主体，平均水深 3800 m。洋中脊，深海平原中贯穿世界大洋的绵长海底山脉，它们可向上延伸至水面以下2000 m 左右（有时以洋中岛的形式露出水面）。洋中脊的轴部有断裂的中央裂谷，是海底扩张中心，常有火山活动。深海沟，最深处超过10000 m。,2.海洋生物之间相互关系,2.1 生态因子作用的一般规律,一、环境与生态因子 环境(environment)泛指生物周围存在的一切事物；或某一特定生物体或生物群体以外的空间及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。大环境、小环境 生态因子(ecological factors)环境中对生物生

7、长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。如温度、湿度、食物和其他相关生物等。,生态因子分类 传统分类：非生物因子或称理化因子、生物因子 按性质分：气候因子、土壤因子、地形因子、生物因子、人为因子 按稳定程度分：稳定因子、变动因子生态因子作用特征 综合性；非等价性；阶段性；不可替代性和可补偿性；直接性和间接性。,生态因子,非生物因子（abiotic factors）或称理化因子：海洋环境的主要非生物因子包括光照、温度、盐度、海流和各种溶解气体等。它们对海洋生物的分布、生长、繁殖和生产力等方面有重要的影响。生物因子（biotic factors）：生物周围的同种和异种的其他生物，各种

8、生物互为环境中的生物因子，它们之间的关系主要是营养关系，也就是能量的转移和物质的转化问题。此外还有各种形式的竞争、共生等关系,任何接近或超过某种生物的耐受极限而阻碍其生存、生长、繁殖或扩散的因素，就叫做限制因子（limiting factors）。1、利比希最小因子定律（Liebigs Law of Minimum）“植物的生长取决于处在最小量状况的必需物质”。两个辅助原理：利比希定律只在严格的稳定条件下，即能量和物质的流入和流出处于平衡的情况下才适用。应用利比希定律时还应注意到因子的互相影响问题。,二、限制因子的原理,耐受限度(limits of tolerance)生态幅(ecologic

9、al amplitude)广适性生物(eurytropic organism)狭适性生物(stenotropic organism)一般说来，一种生物的耐受范围越广，对某一特定点的适应能力也就越低。与此相反的是，属于狭生态幅的生物，通常对范围狭窄的环境条件具有极强的适应能力，但却丧失了在其他条件下的生存能力。,2谢尔福德耐受性定律（Shelfords Law of Tolerance）,耐受性定律的一些补充原理：生物可能对某一生态因子的耐受范围很广，而对另一个因子又很窄。当某种生物对某一特定生态因子不是处在最适度状态时，对其他生态因子的耐受限度可能随之下降。图示在自然界中常可看到生物实际上并不

10、在某一特定生态因子最适范围内生活.生物对环境因子的耐受性限度在其生活史中往往不是恒定的，而是随年龄（或发育阶段）以及其他条件而改变。,图3-3,驯化（acclimation）：长期生活于生存范围的一侧，其生态 幅就可能偏移。休眠（dormancy）：生物体在不良环境下的不活动状态，对不利环境的强制适应。休眠期耐受范围变宽并最大限度地降低能量消耗，昆虫滞育(diapause)、冬眠、夏眠。,三、生物对生态因子耐受限度的调整,图3-4,图3-5,生态因子的综合作用生物与环境的关系是相互的、辩证的非生物因子通过其质、量和持续时间三个方面作用于生物。生态适应：生物通过其形态、生理、行为的调整以适应环境

11、因子的变化。从长期的角度看，地球上出现生命后，本身在有机体的 影响下发生了根本的变化。从较短生态时间尺度看，生物与环境关系以作用和适应为主，反作用为辅；从较长的进化尺度看，则以反作用为主，是一个相互影响、协同进化的过程。,四、生物与环境的辩证统一,三大因素,理化环境因素(非生物因素),海洋沉积物因素,生物性环境因素(生物因素),2.2.1,2.2.2,2.2.3,2.2.1 理化环境因素,（一）阳光（二）温度（三）盐度（四）压力（五）波浪、海流和潮汐（六）海水中磷、氮的溶解盐度（七）海水中的溶解气体、PH值与氧化还原电势差（八）海水中的有机物,一、光在海洋中的垂直分布和水平分布（一）海水中光的

12、衰减,1.光 照,I0：海表面光强；ID：深度D处光强；K：平均消光(衰减)系数K值大小与水体干净程度有关，一般近岸K 1；多数浅海K 0.1；大西洋马尾藻海K 0.025。透明度（transparency）：间接估算消光系数（K），以此来估计透光层的深度，方便实用。中国近海K 1.51/S，透光层深度L 3.05 S,ID I0 ekD k=(lnI0-lnID)/D,透光层，也称真光层（euphotic zone 或photic zone）：有足够的光可供植物光合作用，光合作用的量超过植物的呼吸消耗。弱光层（disphotic zone）：在透光层下方，植物在一年中的光合作用量少于其呼吸消

13、耗，但光线足够动物对其产生反应。无光层（aphotic zone）,（二）光在海洋中的水平分布,太阳辐射具有明显的纬度梯度：热带海区一天中白天与黑夜各约12h,温带海区夏季光照时间超过12h,冬季少于12h在极区，持续6个月的低能光照与6个月的黑暗交替。,二、海洋藻类光合色素对光谱中不同波长的吸收,植物光合作用利用可见光区（生理有效辐射），其中红、橙光吸收最多，其次蓝、紫光，绿光最少（生理无效光）。,辅助色素：叶绿素b、胡萝卜素、岩藻黄素、藻青素等等细菌叶绿素（bacteria-chlorophylls）,三、光与海洋动物的分布和昼夜垂直移动现象,图3-10,植物：长日照植物、短日照植物、中日

14、照植物、日中性植物动物：鸟类的迁移、哺乳动物的生殖和换毛、昆虫的冬 眠和滞育等均有明显的季节规律月周期与潮汐周期：招潮蟹体色（低潮时最深）随潮汐推迟；银海鱼在满月和新月时繁殖。,四、生物的光周期现象,五、海洋生物的发光现象,作为同种集群的识别信号（识别同类、控制集群、引诱异性）。作为对捕获物的一种引诱，如深海鱼类。作为一种照明和对肉食性敌害的一种警告或利用光幕来掩护自己。许多种类（如某些细菌、原生动物等）的发光意义目前尚不清楚。,2.温 度,（一）表层水温变化,一、海洋水温分布,图311,（二）海洋水温的垂直分布,图312,（一）广温性与狭温性海洋生物 温度的三基点：上限、下限及适宜范围 常温

15、动物和变温动物；外温动物与内温动物。（二）温度与海洋生物的地理分布与迁移1、温度与海洋生物的地理分布温度和降水是影响生物在地球表面分布的两个最重要的生态因子，两者的共同作用决定着生物群落在地球分布的总格局。,二、海洋生物对温度的耐受限度及海洋生物的地理分布,2、两极同源和热带沉降 南北两半球中高纬度的生物在系统分类上表现有密切的关系，有相应的种、属、科存在，这些种类在热带海区消失。某些广盐性和广深性的冷水种，其分布可能从南北两半球高纬度的表层通过赤道区的深水层而成为一个连续的分布。3、温度与海洋生物的迁移,Q10一般介于23之间 如一种虾5 时心率每分钟100，25 时400，则：Q10=（4

16、00/100）10/（255）=2,三、温度对新陈代谢和发育生长的影响,（一）温度与新陈代谢速率的关系 温度系数：,（二）温度与生殖、生长和发育的关系,1生殖区与不育区：2有效积温法则：K N（T C）K热常数(thermal constant)：完成某一发育阶段所需总热量C 生物学零度(biological zero)：发育起点温度 N 发育历期，即完成某一发育阶段所需的天数T 发育期的平均温度应用：在适温范围内，提高温度可促进性腺发育、繁殖、生长。,（三）变温状态的生态作用研究表明在适温范围内，周期性变温对生命活动有积极意义如大型溞的发育和生长以及种群的增长率，在205的变温条件下显著高于

17、20的恒温条件；一些海产经济软体动物在人工繁殖时也应用变温刺激以达到催产的目的。,3.海 流,一、海流的类型表层环流（风生环流）、深层环流寒流（cold current）、暖流（warm current）潮流、潮汐 上升流（upwelling）、下降流（downwelling）,二、大洋表层的风生环流,（一）海流有扩大海洋生物分布的作用 暖流可将南方喜热性动物带到较高纬度海区；而寒流则可将北方喜冷性动物带到较低纬度海区。海流也有助于某些鱼类完成“被动洄游”。,三、海流的生态作用,（二）海流与海洋生物生产力的关系,（三）影响气候,暖流：增温增湿；寒流：降温去湿,4.盐 度,一、海水主要无机组分与

18、盐度,盐度：溶解于1 kg海水中的无机盐总量（克数）。远离海岸的大洋表层水盐度变化不大（3437），平均为35，浅海区受大陆淡水影响，盐度较大洋的低，且波动范围也较大（2730）。尽管大洋海水的盐度是可变的，但其主要组分的含量比例却几乎是恒定的，不受生物和化学反应的显著影响，此即所谓“Marcet”原则，或称“海水组成恒定性规律”。,大洋表层以下盐度的垂直分层,大洋次表层（高盐）水:从南北两半球副热带高盐表层水下沉后向赤道方向扩展。大洋中层（低盐）水:从南北两半球中高纬度表层水下沉并向低纬方向扩展。大洋深层水和底层水：它们分别是从高纬度和极地海区的低盐低温上层水下沉后向大洋底扩散。,（一）盐度

19、与海洋生物的渗透压 渗压随变动物：体液与海水渗透压相等或相近低渗压动物：大部分海洋硬骨鱼类经常通过鳃（盐细胞）把多余的盐排出体外或减少尿的排出量或提高尿液的浓度等方式来实现体液与周围介质的渗透调节。,二、盐度对海洋生物的影响,狭盐性生物（stenohaline）广盐性生物（euryhaline）（三）不同盐度海区物种数量的差异 盐度的降低和变动，通常伴随着物种数目的减少，海洋动物区系在生态学上的重要特点是以狭盐性变渗压种类为主。,（二）盐度与海洋生物的分布,5.溶解气体,一、溶解氧(O2)来源：空气溶解与植物光合作用消耗：海洋生物呼吸、有机物质分解、还原性无机物氧化。垂直变化,来源：空气溶入、

20、动植物和微生物呼吸、有机物质的氧化分解以及少量CaCO3溶解 消耗：主要是光合作用，一些CaCO3形成也消耗CO2 二氧化碳碳酸盐体系：,二、二氧化碳（CO2）和pH值,pH与CO2含量、溶解氧密切相关，直接或间接地影响海洋生物的营养和消化、呼吸、生长、发育和繁殖，可作为反映水体综合性质的指标。三、氮（N2）惰性气体、固氮作用,Diagram,Mission:State the companys mission statement and describe the companys vision and business model.,Vision:State the companys mis

21、sion statement and describe the companys vision and business model.,Business Model:State the companys mission statement and describe the companys vision and business model.,Mission,Vision,Business Model,2.2.2 海洋沉积物因素,海洋沉积物海洋底部覆盖着各种来源和性质不同的物质，通过物理、化学和生物的沉积作用相互影响、相互制约形成的海洋地质体。海洋沉积物分类：（一）大陆边缘沉积（陆源沉积）经河

22、流、风、冰川等作用从大陆或邻近岛屿携带入海的陆源碎屑。（二）远洋沉积（深海沉积）红黏土软泥 钙质软泥 硅质软泥,2.2.3 生物性环境因素,（一）生态系统的营养结构、食物链（food chain）生物之间通过食与被食形成一环套一环的链状营养关系。食物链类型：牧食食物链或称植食食物链（grazing food chain）碎屑食物链（detritus food chain）寄生食物链,、食物网（food web）食物链彼此交错连接，形成网状营养结构，称为食物网。生态系统中生物种类繁多，一种生物往往有多种食物对象，同一种生物也可被多种摄食，因此一种生物不可能固定在一条食物链上。食物网更能真实地反映生态系统内各种生物有机体之间的营养位置和相互关系。,