海洋生态系统

海洋生态系统主讲人：周强指导老师：杨久俊主要内容海洋生态系统简介海洋生态系统的组成海洋生态系统对人类的奉献海洋生态系统破坏的原因及现象怎样保护海洋生态系统材料在海洋生态系统中的应用及前景海洋生态系统简介•海洋生态系统是1935年由英国植物生态学家首先提出的,是指海域内生物与非生物成分通过能量流动和物质循环相互作用、相互依存所形成的自然整体,功能主要体现在系统内能量流动、物质循环和信息流及其稳态调节机制，它是一个典型的物理、化学和生物过程相互作用的复杂的系统,所涉及的生物、化学过程在一定的物理环境下是不断变化的。•海洋生态系统是海洋中由生物群落及其环境相互作用所构成的自然系统，广义而言，全球海洋是一个大生态系统，其中包含许多不同等级的次级生态系统。每个次级生态系统占据一定的空间，由相互作用的生物和非生物，通过能量流和物质流形成具有一定结构和功能的统一体。海洋生态系统分类按海区划分按生物群落划分沿岸生态系统大洋生态系统上升流生态系统等红树林生态系统珊瑚礁生态系统藻类生态系统等海洋生态系统的组成海洋生态系统在组成成分上有生物和非生物两大部分组成，非生物部分包括各种矿产资源、海水等整个海洋空间环境系统，是海洋生态系统的物质和能量来源。生物部分，生活在真光层的浮游藻类、浅海区的底栖藻类和海洋种子植物是海洋中的生产者，植食性动物、肉食性动物以及一些杂食性浮游动物等异样动物是海洋中的消费者，异养的细菌和真菌是海洋中的分解者。海洋中的生物与非生物通过光合、呼吸、矿化、钙化等作用不断进行着物质、能量等的交换，使得海洋生态系统服务功能得以实现。海洋生态系统对人类的奉献海洋是地球生物圈中最重要的生态系统之一，是人类文明的发源地。随着经济增长与陆地环境的矛盾不断加剧，海洋中蕴藏着的丰富资源，成为支撑经济发展必不可少的物质基础。据科学家估算，全球海洋中约有50万种动物，生物资源总量达26万亿吨，海洋储存着相当于陆地上全部农产品1000倍的食物。目前近岸海陆架已探明石油地质储量1450亿吨，占世界石油储量的45%。天然气地质储量43万亿立方米，占世界天然气总储量的1/3。中国随着海洋资源开发的不断深入，海洋经济已经成为国民经济新的增长点。特别是进入21世纪以来，中国海洋经济迅速发展，从2001年开始，海洋总产值、海洋产业增加值每年以超过15%的速度增长。平均每年海洋总产值对全国GDP的贡献率超过9%，对沿海GDP的贡献超过15%。据2012年中国海洋经济统计公报显示，2012年全国海洋生产总值50087亿元，比上年增长7.9%，海洋生产总值占国内生产总值的9.6%。其中，海洋产业增加值29397亿元，海洋相关产业增加值20690亿元。海洋第一产业增加值2683亿元，第二产业增加值22982亿元，第三产业增加值24422亿元，海洋第一、第二、第三产业增加值占海洋生产总值的比重分别为5.3％、45.9％和48.8％。海洋一直以来都是人类最重要的自然资源之一，海洋生态系统除了为人类提供食品、提供初级生产和次级生产资源,提供生物多样性资源这些传统的重要作用之外,海洋在全球物质循环和能量流动中的作用越来越被人们所重视。国际地圈生物圈计(IGBP)初步揭示出海洋在大气气体和气候调节、水循环、营养元素循环、废气物处理中扮演重要的角色。参考MA和其它对生态系统服务的研究结果,结合海洋生态系统自身的特点,可以将海洋生态系统提供的服务归为以下几项：1.食品生产:是指海洋生态系统为人类提供可食用产品的服务2.原料供给:是指海洋生态系统为人类提供工业生产性原料、医药用材料、装饰观赏材料等产品的服务3.提供基因资源:是指海洋动物、植物、微生物所蕴含的已利用的和具有开发利用潜力的遗传基因资源4.气候调节:是指海洋生态系统通过一系列生物参与的生态过程来调节全球及地区温度、降水等气候的服务通过海洋生物泵和初级生产者的光合作吸收CO2等温室气体和海洋浮游植物通过释放二甲硫化物来触发云的形成,增加太阳辐射的云反射,减少热量吸收。产生调节作用的具体生态过程可以发生在全球尺度,也可以只局限在某一特定区域。其调节作用的效果在全球尺度和地区尺度都有不同的体现。同时,这一服务对维持大气化学组成的稳定发挥作用，研究表明,海洋中可溶性CO2(碳酸氢盐离子,碳酸盐离子及溶解的CO2)的总量约3.8x108吨,是大气CO2总量的50多倍5.气体调节:主要是指海洋生态系统维持空气化学组分稳定、维护空气质量以适宜人类生存的服务6.废弃物处理:是指海洋生态系统对人类产生的各种排海污染物的降解、吸收和转化功能7.生物控制:是指通过生物种群的营养动力学机制,海洋生态系统所提供的控制有害生物,维持系统平衡和降低相关灾害损失的服务8.干扰调节:是指海洋生态系统提供对人类生存环境波动的响应、调节服务。例如,红树林和珊瑚礁都能减轻风暴潮和台风对海岸的侵蚀等。海洋生态系统破坏的原因及现象人为原因：过渡捕捞的“死亡之墙”、栖地破坏、垃圾排放和水体富营养化、石油泄漏、外来物种.....自然因素：全球变暖海平面上升，厄尔尼诺现象......•过度捕捞是指人类的捕鱼活动导致海洋中生存的某种鱼类种群不足以繁殖并补充种群数量。现代渔业捕获的海洋生物已经超过生态系统能够平衡弥补的数量，结果使整个海洋系统生态退化。1992年，加拿大纽芬兰岛的渔业完全崩溃，渔民在整个捕鱼季没有抓到一条鳕鱼。这是当地渔业部门纵容过度捕捞的后果。这一情况导致4万人失业，整个地区的经济衰落。•所有常用的捕鱼方法中，海底拖网捕鱼法把海底一定大小尺寸范围内的生物一网打尽，对海洋生态系统的损害最大。一位海洋生物学家说：“大鱼，包括剑鱼和鲶鱼，正在消失。如果不加制止，我们将会看到一个可怕的海洋一个充满浮游生物的垃圾场。”•红树林生态系统是由生长在热带海岸泥滩上的红树科植物,它们具有呼吸根或支柱根;当果实在树上时种子即可在其中萌芽成小苗然后再脱离母株,下坠插入淤泥中发育为新株(胎萌习性)。中国福建、台湾、广东、广西部分沿海滩涂地区均有分布，也存在于印度、马来西亚、西印度群岛和西非。红树植物的根系十分发达，盘根错节屹立于滩涂之中。红树林对海浪和潮汐的冲击有着很强的适应能力，可以护堤固滩、防风浪冲击、保护农田、降低盐害侵袭，对保护海岸起着重要的作用，为内陆的天然屏障，有“海岸卫士”之称。红树林还可净化海水，吸收污染物，降低海水富营养化程度，防止赤潮发生。•由于港口码头、人工岛等涉海围海造地工程不断上马。沿岸地区海岸线不断被拉直。水动力条件大幅改变围垦，泥沙淤积及过度开发利用等因素导致岸线缩短。自然湿地面积大幅萎缩其中以盘锦滨海湿地、天津近岸湿地和黄河三角洲湿地破坏最为严重。•20世纪50年代我国红树林面积4.85万hm2（未包括港澳台地区）1896年锐减为21283hm2，到了90年代初仅余15122hm2。但是近几十年来，随着海岸带开发强度的日趋扩大，红树林遭到严重破坏，有很多地区的红树林荡然无存，海南岛的红树林面积已由原来的8000hm2，减少到现在的2000hm2，红树林的大面积消失，不仅使许多生物失去栖息场所和繁殖地，也失去了保护海岸的功能。进入12世纪以来,随着我国经济社会的进一步快速发展,沿海地区开发强度持续加大,排放的工业和生活污水将大量污染物携带入海,给近岸海域环境及其海洋生态系统造成巨大的压力。据2008年监测与统计结果显示,我国入海排污口污水排海总量约337亿吨，排入渤海、黄海、东海和南海的分别占总量的32.1%、63.6%、91.4%、20.9%。排入渔业资源利用和养护区、港口航运区、旅游区和海洋保护区、其他海洋功能区的分别占74.7%、3.8%、4.7%、31.8%。•由于长期连续大量的陆源排污,以及海岸工程开发强度的加大和开发规模的扩大,使我国近岸海域海水污染日趋严重,沉积物质量恶化,生物质量低劣,生物多样性降低,赤潮频繁,并使我国近岸海域生态系统出现了不同程度的脆弱区,严重制约了我国近岸海域海洋功能的正常发挥,影响了我国近岸海洋生态系统健康。•以渤海三湾和部分城市近岸海域污染为例，海水富营养化程度不断加剧，氮磷比作为水体富营养化的重要指标，一般海水中正常的氮磷比值为16:1。在20世纪80年代初，渤海海域氮磷比为2:1、3:1，在90年代初为5:1~10:1，在90年代末升高为16:1，24:1，2006年氮磷比均值约为50：1至08年渤海海域氮磷比达到67:1，局部海域高达200:1其中无机氮含量日益升高，渤海海域营养盐结构由氮限制演化为现今的磷限制。•水体的富营养化使得赤潮发生的概率大大增加渤海赤潮灾害发生的频率和规模也确实在不断上升据不完全统计渤海有史以来记录到的赤潮在20世纪90年代以前每年仅为0.1次年发生面积90km2进入90年代后平均每年发生赤潮2.7次年发生面积超过1750km2。21世纪初年平均发生赤潮11.4次年发生面积超过2830km2。2011年发生赤潮13次累计面积为217km2。随着人类科技与文明的不断进步，海洋石油污染问题越发突出，其中主要是海洋溢油造成的。以我国为例，据统计，1976—2002年，我国沿海平均每4天就发生一起由溢油引发的海洋石油污染事故。其中溢油量在50吨以上的重大溢油事故53起，总溢油量达29754吨。每起重大溢油事故造成的直接物质与海洋生态损失至少达几百万人民币，但这仅仅是估计，因为有些生态损失是无价的。以发生于2003年11月的“塔斯曼海”轮溢油事故为例，对渤海湾及周围海域造成了巨大影响，受其影响渤海海域的生态环境每况愈下。还有发生在2005年1月溢油量高达1200吨的大型珠江口溢油事故，不仅溢油量巨大，溢油影响的范围更波及到海南省；一年后发生在山东烟台的“长岛油污染事件”因其持续时间长，损害范围广（山东、天津、河北沿岸），更是引起了国家有关部门的高度重视，号称史无前例的渤海最大油污染事件。•据有关部门统计，从1998年到2008年这十年间，我国共发生大小船舶溢油事故733件。除此之外，发生于2010年的大连“7·16”输油管道爆炸溢油事件更是令全国人民难忘，这条属于中国国际储运有限公司的石油管道不仅爆炸引发火灾，更是将1500吨石油泄漏到渤海之中，对当地的海洋生态环境、社会安全和人民生存环境造成巨大的冲击。2011年6月4日在渤海湾发生的蓬莱19-3号油田泄漏事件（简称康菲漏油事件），在半年的时间内，污染海域从16平方公里扩展到近6200平方公里，给当地的海洋环境带来了灾难性的破环：海洋生物的死亡、栖息地的破环、孵化场的破坏等等。海洋石油污染的危害1.对海洋生态环境的危害海洋石油污染所造成的油膜如不及时清理会长期漂浮在海面上，如同在海水和空气中增加了一层塑料膜，影响海水与空气的氧气交换，也会阻碍阳光透入海水，使海水中的浮游生物的光合作用下降，使其无法生存。而浮游生物位于海洋生态食物链的最低端，是海洋生物初级生产力的主力军，约占百分之九十。它的减少会影响其食物链上层的生物，受链条关系的影响最终会影响到海洋食物链顶层的生物，从而导致整个海洋生物的减少。如果海洋石油污染发生在纬度较高的地区，冰面上的油膜会吸收更多的阳光，提高冰面的温度，融化的冰层会使海平面提高并造成全球性的气候问题。2.对海洋生物的危害①对鸟类和海洋哺乳动物的危害②对海洋鱼类的危害③对海底生物的危害④对海洋生物幼体的危害•全球变暖及其所造成的海平面上升问题，已越来越受到国际社会尤其是沿海各国和小岛国的关注。因为目前全球一半以上的人口居住在离海岸60公里的沿海地区，这些地区的平均人口密度比内陆高出约10倍，亚太地区则有约2/3的人口居住在沿海地区，且这些地区又都是工农业经济最发达的地区，对各国的可持续发展有着举足轻重的作用。在过去的100年间，全球海平面上升了18厘米，平均每年上升1.8毫米。太平洋沿岸平均每年上升1.2毫米。中国根据近50年沿岸主要验潮站的资料序列分析，海平面变化呈上升趋势，上升速率为每年1.4毫米至2.0毫米，东海沿岸海平面上升较大，南海和渤海沿岸次之，黄海沿岸由于受山东半岛东部和南部