海洋生態(tài)學(xué) 第11章 深海區(qū)、熱液口和極地

1、學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的：u了解沿岸、淺海區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的一般特征；了解沿岸、淺海區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的一般特征；u掌握潮間帶沙灘、巖岸、河口、鹽沼、紅樹林、掌握潮間帶沙灘、巖岸、河口、鹽沼、紅樹林、大型海藻場、珊瑚礁、沿岸上升流區(qū)以及大洋區(qū)大型海藻場、珊瑚礁、沿岸上升流區(qū)以及大洋區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境、生物群落和能流、物流基本特生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境、生物群落和能流、物流基本特征；征；u了解熱液口這類特殊生物群落的特點(diǎn)及其與海洋了解熱液口這類特殊生物群落的特點(diǎn)及其與海洋其他生物群落在有機(jī)物生產(chǎn)等方面的重要區(qū)別其他生物群落在有機(jī)物生產(chǎn)等方面的重要區(qū)別。第十一章第十一章 深海區(qū)、熱液口和極地深海區(qū)、熱液口和極地 深深 海海 區(qū)區(qū)

2、一、概述一、概述 （一）生境特征（一）生境特征 n相對于近岸淺海區(qū)而言，大洋區(qū)的環(huán)境是相對穩(wěn)定的。相對于近岸淺海區(qū)而言，大洋區(qū)的環(huán)境是相對穩(wěn)定的。n表層溶解氧高，在表層溶解氧高，在500800 m之間出現(xiàn)最小值，大洋之間出現(xiàn)最小值，大洋更深的水體含氧量增高。到了深海底部，氧含量又有下更深的水體含氧量增高。到了深海底部，氧含量又有下降，因?yàn)槟抢锷飾⒚芏认鄬Φ馗咭恍?。降，因?yàn)槟抢锷飾⒚芏认鄬Φ馗咭恍鹽度基本上是恒定的，壓力隨深度的增加而增加。鹽度基本上是恒定的，壓力隨深度的增加而增加。n深海底部的廣大面積都覆蓋以微細(xì)的沉積物深海底部的廣大面積都覆蓋以微細(xì)的沉積物（二）深海動(dòng)物的適應(yīng)機(jī)制

3、（二）深海動(dòng)物的適應(yīng)機(jī)制 1對黑暗的適應(yīng)對黑暗的適應(yīng) 許多深海動(dòng)物通過發(fā)光器產(chǎn)生它們自己的光線（如許多深海動(dòng)物通過發(fā)光器產(chǎn)生它們自己的光線（如燈籠魚和星光魚等）。燈籠魚和星光魚等）。 2對食物稀少的適應(yīng)對食物稀少的適應(yīng) 廣食性，很大的口、尖銳的牙齒和可高度伸展的頜廣食性，很大的口、尖銳的牙齒和可高度伸展的頜骨，背鰭上有發(fā)光器官。骨，背鰭上有發(fā)光器官。 3對種群稀少的適應(yīng)對種群稀少的適應(yīng)： “補(bǔ)雄補(bǔ)雄” 4對高壓的適應(yīng)對高壓的適應(yīng) 多數(shù)深海動(dòng)物缺少鈣質(zhì)骨骼，多數(shù)魚類沒有鰾。多數(shù)深海動(dòng)物缺少鈣質(zhì)骨骼，多數(shù)魚類沒有鰾。5對柔軟底質(zhì)的適應(yīng)對柔軟底質(zhì)的適應(yīng) 長的附肢，豐富的刺、柄和其它的支持方式。長的附

4、肢，豐富的刺、柄和其它的支持方式。（三）生物群落組成（三）生物群落組成 n生產(chǎn)者以生產(chǎn)者以“微微型浮游植物微微型浮游植物”占優(yōu)勢占優(yōu)勢 ，生產(chǎn)力低于近，生產(chǎn)力低于近海。海。n浮游動(dòng)物基本上是浮游動(dòng)物基本上是“終生浮游生物終生浮游生物”。n大洋上層的動(dòng)物最為豐富，經(jīng)濟(jì)價(jià)值比較大的有烏賊、大洋上層的動(dòng)物最為豐富，經(jīng)濟(jì)價(jià)值比較大的有烏賊、金槍金槍 魚、鯨等。魚、鯨等。 n大洋水層食物鏈長，營養(yǎng)物質(zhì)基本上在透光層礦化和大洋水層食物鏈長，營養(yǎng)物質(zhì)基本上在透光層礦化和再循環(huán)。再循環(huán)。n深海也有許多種類，包括多個(gè)門類深海也有許多種類，包括多個(gè)門類AnglerfishSquidHatchetfish圖圖10-

5、22 示深海魚示深海魚二、深海底棲動(dòng)物的多樣性二、深海底棲動(dòng)物的多樣性 u現(xiàn)在調(diào)查已表明，深海有較高的多樣性?，F(xiàn)在調(diào)查已表明，深海有較高的多樣性。u據(jù)報(bào)道深海底是發(fā)現(xiàn)新種的重要地方。據(jù)報(bào)道深海底是發(fā)現(xiàn)新種的重要地方。 u在超過在超過6,000 m的超深淵也有很多種類，即使在的超深淵也有很多種類，即使在10,000 m的深的深處，也發(fā)現(xiàn)有?？?、海參、多毛類、雙殼類等底棲動(dòng)物。處，也發(fā)現(xiàn)有?？?、海參、多毛類、雙殼類等底棲動(dòng)物。 解釋解釋： 1、環(huán)境長期穩(wěn)定導(dǎo)致小生境的分化，每個(gè)種有狹窄生態(tài)位；環(huán)境長期穩(wěn)定導(dǎo)致小生境的分化，每個(gè)種有狹窄生態(tài)位； 2、是捕食性動(dòng)物不加區(qū)別地捕捉被食動(dòng)物，避免了產(chǎn)生競爭

6、排斥。是捕食性動(dòng)物不加區(qū)別地捕捉被食動(dòng)物，避免了產(chǎn)生競爭排斥。 3、有的學(xué)者認(rèn)為深海物種多樣性水平高是與水溫低而導(dǎo)致生物代有的學(xué)者認(rèn)為深海物種多樣性水平高是與水溫低而導(dǎo)致生物代謝和生長率低，達(dá)到性成熟所經(jīng)歷的時(shí)間也長，減少了競爭優(yōu)勢謝和生長率低，達(dá)到性成熟所經(jīng)歷的時(shí)間也長，減少了競爭優(yōu)勢種的出現(xiàn)機(jī)會。種的出現(xiàn)機(jī)會。u另一個(gè)特點(diǎn)是土著種的比例很高另一個(gè)特點(diǎn)是土著種的比例很高 三、深海底棲動(dòng)物的生物量三、深海底棲動(dòng)物的生物量 q食物稀缺，深海底棲動(dòng)物的生物量明顯隨深度而下降。食物稀缺，深海底棲動(dòng)物的生物量明顯隨深度而下降。 q從生物量組成看，海綿、海參和海星常是深海底棲大型動(dòng)從生物量組成看，海綿、

7、海參和海星常是深海底棲大型動(dòng)物中最重要的種類（圖物中最重要的種類（圖10.20）。）。 四、深海底棲動(dòng)物的食物源和產(chǎn)量四、深海底棲動(dòng)物的食物源和產(chǎn)量 （一）食物源（一）食物源 1死亡動(dòng)植物殘?bào)w下沉死亡動(dòng)植物殘?bào)w下沉 季節(jié)性浮游植物水華形成的植物碎屑季節(jié)性浮游植物水華形成的植物碎屑沿岸的海藻、海草碎屑有相當(dāng)部分能被輸送到外海沿岸的海藻、海草碎屑有相當(dāng)部分能被輸送到外海大型動(dòng)物（魚類、頭足類、哺乳類）的尸體。包括被漁民大型動(dòng)物（魚類、頭足類、哺乳類）的尸體。包括被漁民倒回海中的漁獲物低值副產(chǎn)品。倒回海中的漁獲物低值副產(chǎn)品。2糞粒和甲殼類的蛻皮糞粒和甲殼類的蛻皮 n浮游動(dòng)物糞粒很多和甲殼動(dòng)物的周期性

8、蛻皮浮游動(dòng)物糞粒很多和甲殼動(dòng)物的周期性蛻皮 n糞粒和蛻皮在沉降過程中可由微生物作用轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑸锷锪?，糞粒和蛻皮在沉降過程中可由微生物作用轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑸锷锪?，供底棲?dòng)物利用。供底棲動(dòng)物利用。 3動(dòng)物的垂直遷移導(dǎo)致有機(jī)物質(zhì)的加快向下轉(zhuǎn)移動(dòng)物的垂直遷移導(dǎo)致有機(jī)物質(zhì)的加快向下轉(zhuǎn)移 n有垂直移動(dòng)習(xí)性的海洋動(dòng)物在表層攝食后在深層水中排出糞便，有垂直移動(dòng)習(xí)性的海洋動(dòng)物在表層攝食后在深層水中排出糞便，或在垂直移動(dòng)中本身被深水層的捕食者所獵獲?；蛟诖怪币苿?dòng)中本身被深水層的捕食者所獵獲。 n某些深海魚類（如鮟鱇魚）在幼體階段是生活在表層，而后移棲某些深海魚類（如鮟鱇魚）在幼體階段是生活在表層，而后移棲到深層，也

9、可成為深海捕食者的食物。到深層，也可成為深海捕食者的食物。（二）深海底棲生物的生產(chǎn)力（二）深海底棲生物的生產(chǎn)力 由于低溫、高壓環(huán)境的限制，產(chǎn)量很低。由于低溫、高壓環(huán)境的限制，產(chǎn)量很低。 生物生長緩慢生物生長緩慢 熱液口區(qū)與冷滲口區(qū)熱液口區(qū)與冷滲口區(qū) 一、海洋中的獨(dú)特生態(tài)類型一、海洋中的獨(dú)特生態(tài)類型 n1977年，加拉帕戈斯（年，加拉帕戈斯（Galapagos）群島附近群島附近2,500 m深處中央海脊的火山口周圍首次發(fā)現(xiàn)熱液深處中央海脊的火山口周圍首次發(fā)現(xiàn)熱液口（口（hydrothermal vents），），出口處溫度出口處溫度250400。周圍水體溫度也明顯高于正常海底。周圍水體溫度也明顯

10、高于正常海底。n淺水熱液口（淺水熱液口（shallow vents） n冷滲口（冷滲口（cold seeps） n硫化物含量高、缺氧，有豐富的硫化細(xì)菌，還有一硫化物含量高、缺氧，有豐富的硫化細(xì)菌，還有一些巨大的蠕蟲及雙殼類。些巨大的蠕蟲及雙殼類。a hydrothermal vent on the Axial volcano in the Pacific OceanHydrothermal ventA string of clams winds across a ventMenagerie at a hydrothermal ventMussels, worms and spider crab

11、s in a seep community of the Gulf of Mexico圖圖10-13 示熱液口區(qū)環(huán)境及生物示熱液口區(qū)環(huán)境及生物 含硫化物的熱水 多毛類 煙囪 螃蟹 巨大的貽貝 死亡的煙囪 圖10-23 深海熱液口及大型動(dòng)物（Haymon & McDonald 1985，轉(zhuǎn)引自邵廣昭 1998） 二、化學(xué)合成生產(chǎn)二、化學(xué)合成生產(chǎn) CO2 H2S O2 H2O CH2O H2SO4 （碳水化合物） 嗜硫細(xì)菌 另一種占優(yōu)勢的蛤（另一種占優(yōu)勢的蛤（Calyptogena magnifica）其身體長度可達(dá)其身體長度可達(dá)3040 cm，血液中也有血紅血液中也有血紅蛋白，而不是象多

12、數(shù)軟體動(dòng)物那樣是血清蛋白。蛋白，而不是象多數(shù)軟體動(dòng)物那樣是血清蛋白。血紅蛋白是一種更有效的攜氧者，具有這種血血紅蛋白是一種更有效的攜氧者，具有這種血色素的動(dòng)物可能是對海水中氧含量低的一種適色素的動(dòng)物可能是對海水中氧含量低的一種適應(yīng)機(jī)制。應(yīng)機(jī)制。 這類群落的物種多樣性并不高，不過某些種類這類群落的物種多樣性并不高，不過某些種類生物量很大。生物量很大。四、熱液口環(huán)境特征及生態(tài)學(xué)研究意義四、熱液口環(huán)境特征及生態(tài)學(xué)研究意義 熱液口只有熱液口只有2030年的活動(dòng)期限，經(jīng)歷一段時(shí)間后會關(guān)閉，而在年的活動(dòng)期限，經(jīng)歷一段時(shí)間后會關(guān)閉，而在另一些地方則出現(xiàn)新的熱液口。熱液口環(huán)境以高溫、高另一些地方則出現(xiàn)新的熱液

13、口。熱液口環(huán)境以高溫、高H2S含量和含量和低氧含量為主要特征，另外，超熱水會形成有毒的金屬硫化物沉低氧含量為主要特征，另外，超熱水會形成有毒的金屬硫化物沉淀。淀。 某些細(xì)菌具有能氧化某些細(xì)菌具有能氧化H2S的酶系統(tǒng)，并且從中獲得化學(xué)能。的酶系統(tǒng)，并且從中獲得化學(xué)能。 有的蠕蟲血液有特殊的結(jié)合硫的蛋白質(zhì)，體壁中有特殊的酶有的蠕蟲血液有特殊的結(jié)合硫的蛋白質(zhì)，體壁中有特殊的酶系統(tǒng)可氧化進(jìn)入細(xì)胞的游離硫，從而產(chǎn)生對硫的解毒作用。系統(tǒng)可氧化進(jìn)入細(xì)胞的游離硫，從而產(chǎn)生對硫的解毒作用。 r選擇特征適應(yīng)生境短期的問題選擇特征適應(yīng)生境短期的問題.研究熱液口的環(huán)境與生物組成及其適應(yīng)機(jī)制具有重要的生態(tài)學(xué)意研究熱液口

14、的環(huán)境與生物組成及其適應(yīng)機(jī)制具有重要的生態(tài)學(xué)意義：義： 有人認(rèn)為，因?yàn)榛瘜W(xué)合成細(xì)菌是在光合作用藻類生物之前出現(xiàn)的有人認(rèn)為，因?yàn)榛瘜W(xué)合成細(xì)菌是在光合作用藻類生物之前出現(xiàn)的古老種類，因此，最早的海洋食物鏈應(yīng)是以化能合成為基礎(chǔ)的。古老種類，因此，最早的海洋食物鏈應(yīng)是以化能合成為基礎(chǔ)的。 極地海區(qū)極地海區(qū)一、浮冰一、浮冰 與淡水冰體不同，海冰是一種含大量孔與淡水冰體不同，海冰是一種含大量孔隙和通道的、固隙和通道的、固-液兩相共生的混合體。液兩相共生的混合體。在海冰形成過程中，生長的冰晶排除鹽在海冰形成過程中，生長的冰晶排除鹽分，形成高濃度鹵水，鹵水和空氣在海分，形成高濃度鹵水，鹵水和空氣在海冰內(nèi)部形成鹽囊，鹽囊通過鹵道彼此相冰內(nèi)部形成鹽囊，鹽囊通過鹵道彼此相連。連。二、海冰中的生物二、海冰中的生物n包括病毒、細(xì)菌、硅藻、鞭毛藻、原生動(dòng)物（鞭毛蟲、纖毛蟲）和后生動(dòng)物，成為由微小生物組成的“海冰生物群落”。 冰藻是海冰中最重要冰藻是海冰中最重要 的