水域生態(tài)學(xué)概論課件

1、水域生態(tài)學(xué)概論 An Introduction of Aquatic Ecology王 巖 上海水產(chǎn)大學(xué)水域生態(tài)與魚(yú)類(lèi)營(yíng)養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室 AEFN水域生態(tài)學(xué)概論 An Introduction of A第六章 水域生態(tài)系統(tǒng) AEFN第六章 水域生態(tài)系統(tǒng) AEFN基本概念 生態(tài)系統(tǒng)（Ecosystem）指“特定地段中的全部生物（生物群落）和物理環(huán)境相互作用的任何統(tǒng)一體，并且在系統(tǒng)內(nèi)部，能量的流動(dòng)導(dǎo)致形成一定的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)、生物多樣性和物質(zhì)循環(huán)（即生物與非生物之間的物質(zhì)交換）” “只要有主要成分，并能相互作用，得到某種機(jī)能上的穩(wěn)定性（哪怕是短暫的），這個(gè)整體就可以視為生態(tài)系統(tǒng)”。 英國(guó)生態(tài)學(xué)家Tansley,

2、A.G. (1935)首先提出生態(tài)系統(tǒng)的概念?！叭魏螌?duì)生態(tài)系統(tǒng)的整體或總評(píng)價(jià)，都必須建立在現(xiàn)存量結(jié)構(gòu)和機(jī)能率的配合測(cè)定的基礎(chǔ)上，由于有機(jī)體體積的減少，后者的測(cè)定就日益需要”。生態(tài)系統(tǒng)功能：進(jìn)行能量流動(dòng)，物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞，并具有自我調(diào)整能力（李博，1993）。 AEFN基本概念 生態(tài)系統(tǒng)（Ecosystem）指“特定地段中的全部構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的要素 無(wú)機(jī)物 有機(jī)物 氣候條件 生產(chǎn)者(Producer) 消費(fèi)者(Consumer) 分解者(Decomposer) AEFN構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的要素 無(wú)機(jī)物 AEFN生態(tài)系統(tǒng)的類(lèi)型按生境陸地生態(tài)系統(tǒng)海洋生態(tài)系統(tǒng)淡水生態(tài)系統(tǒng) AEFN生態(tài)系統(tǒng)的類(lèi)型按生境陸地生

3、態(tài)系統(tǒng) AEFN生態(tài)系統(tǒng)的類(lèi)型按受人類(lèi)影響程度自然生態(tài)系統(tǒng)人工生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng) AEFN生態(tài)系統(tǒng)的類(lèi)型按受人類(lèi)影響程度自然生態(tài)系統(tǒng) AEFN生態(tài)系統(tǒng)的類(lèi)型按利用方式放牧生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)果園生態(tài)系統(tǒng)等等 AEFN生態(tài)系統(tǒng)的類(lèi)型按利用方式放牧生態(tài)系統(tǒng) AEFN生態(tài)系統(tǒng)的類(lèi)型按與外界環(huán)境的聯(lián)系程度開(kāi)放系統(tǒng)：具有物質(zhì)和能量的交換。封閉系統(tǒng)：邊界阻止進(jìn)行物質(zhì)交換，只有能量交換。 AEFN生態(tài)系統(tǒng)的類(lèi)型按與外界環(huán)境的聯(lián)系程度開(kāi)放系統(tǒng)：具有物質(zhì)和能太陽(yáng)供能的自然生態(tài)系統(tǒng)：如海洋、森林和草地等。太陽(yáng)供能+自然輔加能量的生態(tài)系統(tǒng)：如河口、潮汐帶等。太陽(yáng)供能+人類(lèi)輔加能量的生態(tài)系統(tǒng)：農(nóng)田、水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)等。

4、燃料供能的生態(tài)系統(tǒng)：如城市工業(yè)系統(tǒng) （Odum E. P. ；見(jiàn)李博，1993） AEFN生態(tài)系統(tǒng)的類(lèi)型按能量來(lái)源太陽(yáng)供能的自然生態(tài)系統(tǒng)：如海洋、森林和草地等。 AEFN生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 物種結(jié)構(gòu)：一些學(xué)者根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)中物種對(duì)資源利用的方式將其劃分為同資源功能群和異資源功能群。營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)：空間結(jié)構(gòu)：水平結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)。時(shí)間結(jié)構(gòu)：指物種的時(shí)間變化和發(fā)育特征構(gòu)成一個(gè)完整的季相。 孫鐵珩,周啟星,李培軍，2001 AEFN生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 物種結(jié)構(gòu)：一些學(xué)者根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)中物種對(duì)資源利用 AEFN生態(tài)金字塔 數(shù)量金字塔 生物量金字塔 能量金字塔 AEFN生態(tài)金字塔 數(shù)量金字塔生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)食物鏈：生態(tài)系統(tǒng)

5、中生物按其食物關(guān)系排列的順序稱(chēng)為食物鏈。食物鏈類(lèi)型： 捕食食物鏈； 碎食食物鏈（碎屑-經(jīng)微生物作用的植物性半降解性物質(zhì)及微小藻類(lèi)）； 腐生食物鏈（以腐爛的動(dòng)植物尸體為基礎(chǔ)）； 寄生食物鏈。 食物鏈不長(zhǎng)，平均為4節(jié)；頂極種，中位種和底基種的比例相當(dāng)穩(wěn)定； 各類(lèi)鏈節(jié)的相對(duì)比例也相對(duì)穩(wěn)定；鏈節(jié)數(shù)/物種數(shù)比率也相當(dāng)穩(wěn)定。營(yíng)養(yǎng)級(jí)：生態(tài)系統(tǒng)中生物在食物關(guān)系中的位置稱(chēng)為營(yíng)養(yǎng)級(jí)。食物網(wǎng)：食物鏈相互交雜所形成網(wǎng)狀食物關(guān)系稱(chēng)為食物網(wǎng)。 AEFN生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)食物鏈：生態(tài)系統(tǒng)中生物按其食物關(guān)系排列的順序生產(chǎn)者 藻類(lèi)高等植物光合細(xì)菌，包括Cyanobacteria (blue algae) and the Rhod

6、ospirillaceae with the chromatiaceae (purple sulphur bacteria), the Rhodospirillaceae (sulphur-free purple bacteria, photo-organoheterotrophs), Chlorobiaceae (green sulphur bacteria), and Chloroflexaceae (Chloroflexus group)等等。 AEFN生產(chǎn)者 藻類(lèi) AEFN消費(fèi)者 消費(fèi)者：浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物和游泳動(dòng)物。濾食性浮游動(dòng)物： 較大的浮游動(dòng)物個(gè)體超過(guò)60um，而小于30um的微

7、型浮游生物最為重要。大多數(shù)浮游動(dòng)物無(wú)法攝食網(wǎng)采浮游生物。Daphnia可攝食15um大小的藻類(lèi)，但同時(shí)也能從水中攝食1um的食物顆粒。水生動(dòng)物的攝食類(lèi)型： 流水中的附著濾食者（Sessile filter-feeder in flowing water） 表面撕食者（Surface grazer） 研食者（Comminuter） 沉積物或腐屑攝食者 天然水體中，魚(yú)類(lèi)在任何食物鏈中均位于最末端的位置。 （Schwoerbel J. ，1987） AEFN消費(fèi)者 消費(fèi)者：浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物和游泳動(dòng)物。 AEFN有機(jī)質(zhì)分解 浮游生物死亡后分解很快：死亡后立即損失21%，4小時(shí)后損失36%，1天后損失

8、掉總物質(zhì)的50%，然后分解過(guò)程變慢，10天后損失達(dá)到總量的75%。浮游動(dòng)物死亡4小時(shí)后50%的磷釋放出，一天結(jié)束時(shí)70%的磷釋放出，釋放出的磷能夠在水中被測(cè)到（Krause，1959）。浮游植物死亡數(shù)小時(shí)后25-75%的磷釋放出（Richney，1977）。即使是腐屑，通過(guò)自身分解和細(xì)菌利用，30-40%的磷被快速釋放出來(lái)（Leonov，1980）。 （Schwoerbel J. ，1987） AEFN有機(jī)質(zhì)分解 浮游生物死亡后分解很快：死亡后立即損失21%，4生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)能量流動(dòng)能路（Energy circuits）： 牧食鏈（Grazing chain) 腐屑鏈（Detritus chain

9、) 寄生鏈（Parastic chain)生態(tài)效率：食物鏈不同點(diǎn)上能流之間的比率，或指食物鏈某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的凈生產(chǎn)力或同化量與前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的凈生產(chǎn)力之比。Duvigneaud（李耶波1987譯）R/B（ Schrodinger比率）：生態(tài)系統(tǒng)中群落總呼吸量與群落現(xiàn)存量之比。 AEFN生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)能量流動(dòng)能路（Energy circuits）： 能量傳遞效率Krokhin （1959）得出蘇聯(lián)一個(gè)湖泊水層食物鏈中能量傳遞效率：浮游植物 100%浮游動(dòng)物 11.6%食浮游生物魚(yú)類(lèi) 1.5%捕食性魚(yú)類(lèi) 0.1%Neuwrck從Erken湖中獲得如下數(shù)據(jù)（濕重/秋季） mg/cm2 %初級(jí)生產(chǎn)者 160 1

10、00初級(jí)消費(fèi)者 43 27次級(jí)消費(fèi)者 7 4.4終極消費(fèi)者 0.01 0.006 AEFN 能量傳遞效率Krokhin （生態(tài)效率的不同類(lèi)型 AEFNL光（總量）；LA吸收的光；PG總光合作用（總生產(chǎn)）；P生物量的生產(chǎn)；I能量攝入；R呼吸作用；A同化作用；NA攝入但未同化；NU沒(méi)有被營(yíng)養(yǎng)層次所利用；t營(yíng)養(yǎng)層次；t-1t以前的營(yíng)養(yǎng)次。生態(tài)效率的不同類(lèi)型 AEFNL光（總量）；LA吸收的光；生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)生物地化循環(huán)（biogeochemical cycles）：各種化學(xué)元素，包括原生質(zhì)的所有必不可少的各種元素，在生物圈里沿著特定途徑，從周?chē)沫h(huán)境到生物體，再?gòu)纳矬w回到周?chē)沫h(huán)境循環(huán)的趨勢(shì)。

11、 營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)（nutrient cycling）：對(duì)生物生活必不可少的各種元素和無(wú)機(jī)化合物的運(yùn)動(dòng)通常稱(chēng)為營(yíng)養(yǎng)物循環(huán)。循環(huán)分室：貯存庫(kù)：容積大而活動(dòng)緩慢，一般為非生物部分。 交換庫(kù)或循環(huán)庫(kù)：在生物體和周?chē)h(huán)境之間進(jìn)行迅速交換。周轉(zhuǎn)（Turnover）：通過(guò)量與現(xiàn)存量之比。周轉(zhuǎn)率：建立平衡后單位時(shí)間內(nèi)所放出（或進(jìn)入）某一個(gè)成分中的物質(zhì)占總量的比例。周轉(zhuǎn)時(shí)間：全部物質(zhì)周轉(zhuǎn)一次所需要的時(shí)間，周轉(zhuǎn)時(shí)間是周轉(zhuǎn)率的倒數(shù)。 Odum，孫儒泳等1981。 AEFN生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)生物地化循環(huán)（biogeochemical生物地化循環(huán)類(lèi)型 生物地化循環(huán)類(lèi)型： 氣體循環(huán)（主要貯存庫(kù)為大氣和海洋） 沉積旋回（主要貯

12、存庫(kù)為土壤、沉積物和巖石）。氣體循環(huán)： 碳循環(huán)： 氧循環(huán)： 氮循環(huán)：沉積旋回 磷循環(huán)過(guò)程： Duvigneaud（李耶波1987譯） AEFN生物地化循環(huán)類(lèi)型 生物地化循環(huán)類(lèi)型： AEFN水域生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán) 水體中的物質(zhì)收支主要有以下過(guò)程：有機(jī)體的生物活動(dòng)，通常表示為生產(chǎn)、消費(fèi)和物質(zhì)分解（物質(zhì)循環(huán)）以化學(xué)的，特別是微生物和生物的方式向底質(zhì)輸送物質(zhì)和能量；底質(zhì)中物質(zhì)和能量向水體中的釋放。 湖泊中周轉(zhuǎn)和停滯的季節(jié)節(jié)律和流水水體中物質(zhì)和能量的無(wú)定向傳輸。通過(guò)大氣、降雨、入湖徑流和出湖徑流、以及表面懸浮顆粒吸附作用和解吸附作用進(jìn)行的物質(zhì)交換。 （Schwoerbel J. ，1987） AEFN

13、水域生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán) 水體中的物質(zhì)收支主要有以下過(guò)程： 生態(tài)演替生態(tài)演替(Ecological succession)：一個(gè)群落被另一個(gè)群落有規(guī)律地逐漸取代，直到形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的頂級(jí)群落（Climax）為止的過(guò)程。 生態(tài)演替指生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，演替過(guò)程中出現(xiàn)的一系列群落被稱(chēng)為演替系列。見(jiàn)Duvigneaud（李耶波1987譯）生態(tài)演替的特征： （1）它是群落發(fā)展有順序的過(guò)程，包括物種和群落過(guò)程隨時(shí)間而變化，它是有規(guī)律向一定方向發(fā)展的，因而是能預(yù)測(cè)的； （2）它是由群落引起物理環(huán)境改變的結(jié)果； （3）它以穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)為發(fā)展的頂點(diǎn)。 AEFN生態(tài)演替生態(tài)演替(Ecological succe

14、ssion生態(tài)演替指生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能隨時(shí)間而改變，常稱(chēng)為生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展（ecosystem development）或演替(ecological succison)。生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的三種狀態(tài)：正過(guò)渡狀態(tài)：P/R1負(fù)過(guò)渡狀態(tài)：P/R1異養(yǎng)演替：演替早期P/R1生態(tài)演替類(lèi)型按演替發(fā)生的主導(dǎo)因素內(nèi)因生態(tài)演替：群落中生命活動(dòng)首先改造生境，被改造了的生境又反作用于群落本身，如此反復(fù)促進(jìn)。外因動(dòng)態(tài)發(fā)生演替：由于外界環(huán)境因素的作用所引起的群落變化。 （Sukachev V N 1942, 1945） AEFN生態(tài)演替類(lèi)型按演替發(fā)生的主導(dǎo)因素內(nèi)因生態(tài)演替：群落中生命活傳統(tǒng)理論認(rèn)為演替的過(guò)程是趨向于建立一個(gè)營(yíng)養(yǎng)

15、物質(zhì)循環(huán)最有效的群落，這對(duì)于大多數(shù)陸生演替而言是正確的，但對(duì)于大多數(shù)水生演替是錯(cuò)誤的（Emberlin J.C. ，1983）。在水生演替發(fā)展的過(guò)程中，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)的量和速率常常減少，最后達(dá)到一個(gè)貧營(yíng)養(yǎng)的成熟期。海底和湖底沉積物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是無(wú)效的再循環(huán)物質(zhì)，由水體底部死亡的有機(jī)物質(zhì)釋放的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不再返回表面有效的生產(chǎn)力層。 AEFN陸生演替與水生演替的差異傳統(tǒng)理論認(rèn)為演替的過(guò)程是趨向于建立一個(gè)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)最有效的群?jiǎn)卧敿?jí)理論（monoclimax）：代表人物為Frederick Clements，認(rèn)為不論開(kāi)始環(huán)境條件差異有多大，最終只有一個(gè)頂級(jí)，即唯一由氣候決定的頂級(jí)（氣候?qū)W派）。多元頂級(jí)理

16、論（polyclimax）：代表人物為Jansley（1939），認(rèn)為植被頂級(jí)可以有多種類(lèi)型，是由土壤溫度、土壤濕度、土壤養(yǎng)分、地形、火以及動(dòng)物活動(dòng)等多種因素決定的。頂級(jí)型假說(shuō)（climax pattern hypothesis）：認(rèn)為頂級(jí)群落的組成、物種結(jié)構(gòu)以及平衡是由生態(tài)系統(tǒng)的總環(huán)境決定的，而不是其中的某一方面 (Whittaker, 1953; Macontosh, 1958; Sellack, 1960)。 AEFN演替頂級(jí)單元頂級(jí)理論（monoclimax）：代表人物為Freder沿海水柱中的演替過(guò)程（ Margalef ,1967） ：a.浮游植物中運(yùn)動(dòng)類(lèi)型的種類(lèi)相對(duì)豐度增加，細(xì)胞

17、的平均大小增加。 b.生產(chǎn)力或種群增殖力逐步下降。c. 浮游植物的化學(xué)組成如色素等發(fā)生變化。d. 浮游動(dòng)物中被動(dòng)濾食者減少，主動(dòng)捕食者增加。e. 在演替后期，總能量轉(zhuǎn)移可能降低，但轉(zhuǎn)移效率可能提高。 （Odum，見(jiàn)孫儒泳等1981） AEFN水域生態(tài)系統(tǒng)的演替過(guò)程沿海水柱中的演替過(guò)程（ Margalef ,1967） ： 參考文獻(xiàn)雷衍之等. 1983. 無(wú)錫市河埒口高產(chǎn)魚(yú)池水質(zhì)研究 水化學(xué)和初級(jí)生產(chǎn)力. 水產(chǎn)學(xué)報(bào), 7(3）：185199.高亞輝, 金德祥等. 1994. 廈門(mén)港微型浮游生物葉綠素的分布和作用. 海洋和湖沼, 25（1）：8547.周一兵. 1994. 青堆子蝦池中日本刺沙蠶的生物量和數(shù)量變動(dòng). 大連水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報(bào), 9（1, 2）： 1220.周一兵, 謝祚渾. 1995. 蝦池中日本刺沙蠶的次級(jí)生產(chǎn)力研究. 水產(chǎn)學(xué)報(bào), 19（2）：140150.馬世駿. 1983. 生態(tài)科學(xué)的新時(shí)代. 見(jiàn)論生態(tài)平衡（經(jīng)濟(jì)研究雜志編輯部，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題雜志編輯部編）.中國(guó)社會(huì)科學(xué)出版社(北京）. 1-9.許滌新. 1983. 生態(tài)平衡的核心是什么. 見(jiàn)論生態(tài)平衡（經(jīng)濟(jì)研究雜志編輯部，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題雜志編輯部編）.中國(guó)社會(huì)科學(xué)出版社(北京）. 10-31.Dunbar, M.J. (Edit). 1979. International biological