海洋生态学-第9章-海岸带与浅海生态系统

学习目的：了解沿岸、浅海区生态系统的一般特征；掌握潮间带沙滩、岩岸、河口、盐沼、红树林、大型海藻场、珊瑚礁、沿岸上升流区以及大洋区生态系统的环境、生物群落和能流、物流基本特征；了解热液口这类特殊生物群落的特点及其与海洋其他生物群落在有机物生产等方面的重要区别。第九章海岸带与浅海生态系统第六节珊瑚礁图10-19第一节珊瑚礁一、珊瑚礁的分布及其生境特征1、分布在南北两半球20℃等温线范围内，一般热带海岸。我国分布从台湾海峡南部至南海。独特：由生物作用产生碳酸钙沉积而成的。珊瑚虫、石灰红藻属和绿藻的仙掌藻属共同组成，所以实际上是珊瑚―藻礁。2、浅水珊瑚和深水珊瑚（ahermatypiccoral）：区别：①有无共生藻；②深度；③分布3、造礁珊瑚生长环境：①温度：要求温度在20℃以上，年平均水温26-28℃左右，比红树林要求更高。②光照：只有充足的光线才能使共生藻类顺利进行光合作用以及促使碳酸钙沉淀。③盐度：真正海洋种类，狭盐，32~35，低于20超过1天即死亡。高盐可以耐受（波斯湾42）。④水质：要求水质清洁、水流畅通、沉积物少，浑浊会影响光合作用和窒息。河口区一般不出现。靠海一侧有波浪冲刷，生长较好。⑤基底：要求附着在岩石的基底上。二、珊瑚礁的类型和环礁的形成图10-20示珊瑚礁的类型三、珊瑚―藻类共生关系及其意义珊瑚礁生物群落是一个稳定的、种类繁多的、适应性良好的生物群落，它具有十分融洽的内部共生关系。1．对动物能量需求的意义珊瑚虫靠触手捕食往往不能满足其能量需要，应用示踪方法和电镜观察已经证明，共生藻类（虫黄藻）光合作用产生的有机物质可以直接转移到动物组织中，提供能量。14C示踪，50%初级产物在24小时内以类脂、蛋白质形式进入珊瑚虫。珊瑚虫体内最终来源于光合作用的能量比例可达50~90%。2．补充植物营养物质的意义珊瑚虫代谢产物可直接被藻类利用。而且珊瑚虫捕食一部分小动物及悬浮颗粒，从而是获得珊瑚和藻类都需要的稀有物质（如磷）的途径。这些营养物质在群落的植物和动物成分之间不断进行再循环，这种有效的再利用意味着尽管周围水中的营养盐浓度很低，仍能保持高度的生产力。3．对碳酸钙沉积的意义藻类光合作用吸收CO2，可明显促进碳酸钙生成。Ca2++HCO3-⇋Ca（HCO3）2⇋CaCO3↓+H2CO34、植物光合作用产生的O2可供动物呼吸需要。四、珊瑚礁生物群落多样性珊瑚礁生物群落是“所有生物群落当中最富有生物生产力的、分类上种类繁多的、美学上驰名于世的群落之一。”珊瑚虫是构成珊瑚礁的基本结构的主要生物。印度―太平洋区系共有造礁珊瑚500种以上（其中大堡礁就有350种左右）。在珊瑚礁生活的生物种类繁多，几乎所有海洋生物的门类都有代表生活在礁中各种复杂的栖息空间。被誉为蓝色沙漠中的绿洲，海洋中的热带雨林，成为无数海洋生物理想的栖息场所，其中已经记录世界海洋生物种类高达近十万种，占已记录的世界海洋生物种类的一半以上。在一个珊瑚礁区共同生活的鱼类种数可高达3000种。珊瑚礁区鱼类的密度大于大洋平均数的100倍。五、生产力与能流特点外海0.1~0.35；海草11.0；蔗园19.0；麦田5.0；珊瑚礁5.0~10.0（gC/m2·d）珊瑚礁初级生产力范围为1,500~5,000gC/（m2·a），这个数字表明它是代表自然生态系统的最高初级生产力水平。营养盐供应主要是依靠系统内的高效再循环机制初级生产者的的呼吸消耗占总初级生产的比例很高，因此净初级生产力就比预料的低，人类可利用量并不高。六、保护珊瑚礁的迫切性珊瑚礁为世界各地沿海地区的居民提供海洋水产品、海洋新药材、旅游休闲收益、抗御风浪侵袭的海岸防护，成为地方和国家经济的重要财富。目前全球珊瑚礁已受到严重破坏：采挖礁块烧制石灰采珊瑚、贝类以制造工艺品大量捕捞生物资源全球气候变暖引起珊瑚“白化”污染据全球珊瑚礁监测网络提交的2008年度报告表明：全球总共损失珊瑚礁27%，如果再不采取紧急保护措施，预计在未来的2至10年和未来的10至30年里，世界上的珊瑚礁将分别损失24%和30%，到2030年，目前全球近90%的珊瑚礁将消失，届时后果将不堪设想。图10-21示白化珊瑚一、海藻场（一）海藻场的生境特征和分布冷温带的潮下带硬质底上生长着大型褐藻类植物。1．底质硬质底部2．光线清澈海区，藻场可延伸至20~30m深处。3．温度仅分布在冷水区，暖温带和热带海区则不出现大型藻场。（二）大型海藻植物的基本形态结构第二节海藻场和海草场浮囊藻柄叶片附着器图10-7示一种海藻植物体的结构（仿Nybakken1982）图10-8示大型海藻场（三）生物群落及其关键种巨藻丛形成一复杂、特殊的三维地形，提供藻场生物群落的“框架”，其巨大的叶片表面，为很多附着植物和动物提供生活空间，如叶片附生大量小型藻类、原生动物和无脊椎动物等，是海洋中的森林。（四）生产力和营养关系初级生产力大约介于600至3,000gC/（m2·a）之间。据估计只有10％的初级产量是通过直接摄食进入食物网，其余90％是通过碎屑或溶解有机质进入食物链的。二、海草场（seagrassbed）（一）海草组成和分布有根开花植物如热带的泰莱菜暖温带的大叶藻（大叶草）生活在盐沼向海一侧的潮间带和潮下带6~30m深处（二）海草场生物群落组成和生产力生物种类：大量附着生物（附生植物、原生动物及无脊椎动物）生产力很高。图10-15示各类海草场（三）海草场的生态作用海草场有重要的生态作用：1、附着生物重要的附着底物2、浅海区重要的生产者，为浅海许多生物提供食物资源3、海草的根及地下茎可起稳定软底质的作用，抵御风暴对底质的破坏。4、对很多底栖生物，尤其是许多经济种类有掩护作用。5、加速沉积使海床面上升，最后可能使其漂浮的叶子到达表面，缓冲波浪，形成较平静的水环境。6、叶子有遮蔽作用，避免下层受阳光直射和水分流失。7、改善水质（一）浅海盐度、温度和光照的变化也比外海的大，这些变化的程度从近岸向外海方向逐渐减弱。沿岸、浅海区的海流通常包括沿岸流和受大洋流系侧支的影响。浅海区由于营养物质供应充足，常形成重要的渔场。第三节沿岸-陆架区图10-2浅海鱼群二、生物群落的特点1．浮游生物：（1）浮游植物：硅藻和甲藻是主要类别。超微型的自养生物也是很重要的类群。（2）浮游动物：种类繁多①季节性浮游动物：底栖生物和很多游泳生物的幼体。②终生浮游动物：主要是桡足类、磷虾类等甲壳动物，此外有孔虫、放射虫、纤毛虫及水母类也常见。硅藻2．底栖生物：潮间带尤为重要①植物：底栖硅藻&大型海藻②底栖动物：几乎包括各个门类的代表，种类组成与底质类型有密切关系。3．游泳生物：种类多，数量大。主要是各种鱼类，世界主要渔场几乎全部位于大陆架或大陆架附近。按FAO于1967年统计，占世界海洋鱼类总产量一半的6种鱼依次是：鳀鱼、大西洋鲱、大西洋普鳕、鲭鱼、阿拉斯加狭鳕和南非沙丁鱼。图10-4海藻场第四节近岸上升流区一、上升流及上升流区生态特征概述上升流（upwelling）是深层海水涌升到表层的过程分布：近岸上升流和大洋上升流成因：风、流；地形时间：季节性（风生）和常年（地形）（一）上升流区的理化环境特征：两高两低1．低温2．低溶氧3．高营养盐4．高盐度、高密度。以上是确定上升流的存在与范围变化的重要依据（二）上升流区生物的生态学特征主要生态特征包括：1．高的浮游植物生物量和初级生产力，单细胞浮游植物的粒径相对较大；2．浮游动物中冷水性种类和数量比例增加；3．群落多样性较低；4．食物链环节较少；5．游泳生物（主要是鱼类）生命周期较短，偏向于r―选择的类型。第五节深海区一、概述（一）生境特征相对于近岸浅海区而言，大洋区的环境是相对稳定的。表层溶解氧高，在500~800m之间出现最小值，大洋更深的水体含氧量增高。到了深海底部，氧含量又有下降，因为那里生物栖息密度相对地高一些。盐度基本上是恒定的，压力随深度的增加而增加。深海底部的广大面积都覆盖以微细的沉积物（二）生物群落组成生产者以“微微型浮游植物”占优势，生产力低于近海。浮游动物基本上是“终生浮游生物”。大洋上层的动物最为丰富，经济价值比较大的有乌贼、金枪鱼、鲸等。大洋水层食物链长，营养物质基本上在透光层矿化和再循环。深海也有许多种类，包括多个门类AnglerfishSquidHatchetfish图10-22示深海鱼（三）深海动物的适应机制1．对黑暗的适应许多深海动物通过发光器产生它们自己的光线（如灯笼鱼和星光鱼等）。2．对食物稀少的适应广食性，很大的口、尖锐的牙齿和可高度伸展的颌骨，背鳍上有发光器官。3．对种群稀少的适应：“补雄”4．对高压的适应多数深海动物缺少钙质骨骼，多数鱼类没有鳔。5．对柔软底质的适应长的附肢，丰富的刺、柄和其它的支持方式。二、深海底栖动物的多样性现在调查已表明，深海有较高的多样性。据报道深海底是发现新种的重要地方。在超过6,000m的超深渊也有很多种类，即使在10,000m的深处，也发现有海葵、海参、多毛类、双壳类等底栖动物。解释：1、环境长期稳定导致小生境的分化，每个种有狭窄生态位；2、是捕食性动物不加区别地捕捉被食动物，避免了产生竞争排斥。3、有的学者认为深海物种多样性水平高是与水温低而导致生物代谢和生长率低，达到性成熟所经历的时间也长，减少了竞争优势种的出现机会。另一个特点是土著种的比例很高三、深海底栖动物的生物量食物稀缺，深海底栖动物的生物量明显随深度而下降。从生物量组成看，海绵、海参和海星常是深海底栖大型动物中最重要的种类（图10.20）。四、深海底栖动物的食物源和产量（一）食物源1．死亡动植物残体下沉季节性浮游植物水华形成的植物碎屑沿岸的海藻、海草碎屑有相当部分能被输送到外海大型动物（鱼类、头足类、哺乳类）的尸体。包括被渔民倒回海中的渔获物低值副产品。2．粪粒和甲壳类的蜕皮浮游动物粪粒很多和甲壳动物的周期性蜕皮粪粒和蜕皮在沉降过程中可由微生物作用转变为微生物生物量，供底栖动物利用。3．动物的垂直迁移导致有机物质的加快向下转移有垂直移动习性的海洋动物在表层摄食后在深层水中排出粪便，或在垂直移动中本身被深水层的捕食者所猎获。某些深海鱼类（如鮟鱇鱼）在幼体阶段是生活在表层，而后移栖到深层，也可成为深海捕食者的食物。（二）深海底栖生物的生产力由于低温、高压环境的限制，产量很低。生物生长缓慢第九节热液口区与冷渗口区一、海洋中的独特生态类型1977年，加拉帕戈斯（Galapagos）群岛附近2,500m深处中央海脊的火山口周围首次发现热液口（hydrothermalvents），出口处温度250℃~400℃。周围水体温度也明显高于正常海底。浅水热液口（shallowvents）冷渗口（coldseeps）硫化物含量高、缺氧，有丰富的硫化细菌，还有一些巨大的蠕虫及双壳类。第九节热液口区与冷渗口区ahydrothermalventontheAxialvolcanointhePacificOceanHydrothermalventAstringofclamswindsacrossaventMenagerieatahydrothermalventMussels,wormsandspidercrabsinaseepcommunityoftheGulfofMexico图10-13示热液口区环境及生物第九节热液口区与冷渗口区含硫化物的热水多毛类烟囱螃蟹巨大的贻贝死亡的烟囱图10-23深海热液口及大型动物（Haymon&McDonald1985，转引自邵广昭1998）二、化学合成生产CO2＋H2S＋O2＋H2O————→CH2O＋H2SO4（碳水化合物）嗜硫细菌还有的利用CH4、NH3能源形成有机物质三、热液口特殊的动物组成个体很大、身体结构很特殊的动物，多数是新种。有一特殊的内部器官，称为营养体（trophosome），其中含有大量共生细菌，这些细菌的重量可占蠕虫个体干重的60%。第九节热液口区与冷渗口区第