各類生物在水生態(tài)系統(tǒng)中的作用課件

各類水生生物在水生態(tài)系統(tǒng)中的作用水細(xì)菌浮游植物浮游動(dòng)物大型水生植物底棲動(dòng)物周叢生物魚類3.1水細(xì)菌廣義上，水微生物包括細(xì)菌、真菌、放線菌、藍(lán)藻和原生動(dòng)物原核生物，大多數(shù)單細(xì)胞，一般＜1μm形態(tài)各異，主要為球狀、桿狀和螺旋狀可分為：球菌、桿菌、螺旋菌、鏈球菌等球菌：最為一致，直徑0.5~1.0μm桿菌：短的1~1.5μm，長(zhǎng)的線狀體可達(dá)10~18μm，有的線菌可長(zhǎng)達(dá)數(shù)毫米螺旋菌：1.0~300μm2季節(jié)變化溫帶湖泊冬季比夏季低——自源性(autochthonous)和外源性(allochthonous)顆粒有機(jī)物質(zhì)和溶解有機(jī)物質(zhì)的量Overbeck等(1964、1965、1968、1979)周年觀察，異養(yǎng)菌和浮游植物——成平行關(guān)系→隨著浮游植物種群的季節(jié)演替，細(xì)菌也有同樣的演替，可分為春、夏、秋季細(xì)菌種群Straskrabova等(1979)：浮游植物高峰后5—10d細(xì)菌群落也明顯增長(zhǎng)，進(jìn)入生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期→藻類細(xì)胞分泌的溶解有機(jī)物質(zhì)刺激細(xì)菌生長(zhǎng)3垂直分布也與藻類生長(zhǎng)有關(guān)：有機(jī)物質(zhì)的變化密切相關(guān)分層深水湖泊：

湖上層最高 溫躍層和湖下層的上面最低 湖下層的下面缺氧區(qū)又有增加湖底沉積物表層，比表層水高3~5個(gè)數(shù)量級(jí)，甚至6~7個(gè)數(shù)量級(jí)細(xì)菌的數(shù)量再隨著沉積物深度增加而下降。下降得最快的是腐生菌——可供細(xì)菌同化作用的有機(jī)物質(zhì)含量越來(lái)越少4細(xì)菌水平分布降雨、地表徑流、溫度、浮游動(dòng)物對(duì)細(xì)菌的掠食、沉積物的性質(zhì)等地貌形態(tài)上不復(fù)雜而又沒(méi)有外來(lái)污染的湖泊，分布比較一致；形態(tài)復(fù)雜，多灣、汊，或污染——營(yíng)養(yǎng)物來(lái)源豐富地區(qū)可高幾個(gè)數(shù)量級(jí)→水平上斑塊狀分布湖底覆蓋物：沿岸區(qū)高等水生植物，沉積物中細(xì)菌數(shù)量高出深底帶沉積物幾個(gè)數(shù)量級(jí)；但如果沿岸區(qū)的底質(zhì)是砂的，而且又為波浪不斷地洗刷，則反而比深底帶沉積物中的細(xì)菌數(shù)量低些(Jones1980)在十分貧瘠的貧營(yíng)養(yǎng)湖泊中，深底帶沉積物中細(xì)菌數(shù)量比水層少——可被細(xì)菌利用的有機(jī)顆粒碎屑在末沉淀到底層之前已完成分解過(guò)程DOM：POM：活體的生物量＝100：10：2DOM來(lái)源：a 初級(jí)生產(chǎn)者分泌釋放—Pn的10％~30％(Wetzel等，26％：浮游植物5％、附植藻類7％、附泥藻類5％、高等水生植物5％、光合細(xì)菌4％)b死亡植物的自溶c活的細(xì)菌滲出d外源性流入POM來(lái)源：a動(dòng)物糞便——可占攝入量的33％（對(duì)碳氮比例要小于17--藻類碳氮比70左右、水草200左右，動(dòng)物缺少水解多糖和高分子聚合物的酶）b膠質(zhì)——更不易消化c分泌毒素以抵制吞食∴初級(jí)生產(chǎn)的大部分轉(zhuǎn)化為顆粒碎屑2.細(xì)菌是整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)中最重要的消費(fèi)者初級(jí)生產(chǎn)通過(guò)直接的和間接的途徑進(jìn)入碎屑食物鏈銀泉Pn中50%轉(zhuǎn)入碎屑食物鏈(Odum,1957)Lawrence湖敞水區(qū)，80%（Wetzel,1973：產(chǎn)量171gC/m2，細(xì)菌呼吸20gC/m2，沉積物呼吸118gC/m2)各種厭氧的水體：顆粒碎屑→細(xì)菌，生態(tài)學(xué)效率是24%~66%，平均50%各種好氧環(huán)境，Pn至少50%→顆粒，顆粒碎屑50%→細(xì)菌∴生態(tài)學(xué)效率約25%（＞＞10%營(yíng)養(yǎng)級(jí)轉(zhuǎn)移效率）在這25%的推算中還未包括除初級(jí)生產(chǎn)外其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)和外源性物質(zhì)轉(zhuǎn)移來(lái)的碎屑，也未計(jì)入從溶解性碎屑轉(zhuǎn)移而形成的細(xì)菌生物量∴細(xì)菌是全部生態(tài)系統(tǒng)中最重要的消費(fèi)者㈡、細(xì)菌對(duì)碎屑的分解除了營(yíng)光合作用的細(xì)菌外，幾乎大部分細(xì)菌都能利用死的有機(jī)物質(zhì)作為能源和碳源細(xì)菌作為初級(jí)分解者，有三個(gè)有利的條件：①能利用低濃度的有機(jī)物質(zhì)，也能同化溶解性的無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物如磷、氮等；②能分解營(yíng)養(yǎng)貧乏的植物組織，它有各種酶系統(tǒng)足夠水解植物的組分——多糖和高分子聚合物。不同種類的細(xì)菌有不同的專性酶，認(rèn)為地球上沒(méi)有什么有機(jī)化合物(無(wú)論是天然的，還是合成的)不能被某種假單胞菌分解的；③有許多細(xì)菌能在厭氧環(huán)境中進(jìn)行新陳代謝活動(dòng)㈣、與其他生物的關(guān)系食物—細(xì)菌是水體中重要的生產(chǎn)者

原生動(dòng)物、小型后生動(dòng)物、濾食動(dòng)物、食碎屑動(dòng)物

個(gè)體小，周轉(zhuǎn)快，生產(chǎn)力高 其他動(dòng)物對(duì)細(xì)菌的捕食可刺激其種群增長(zhǎng)病原體㈤、益生菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用有助于腸道菌群平衡的微生物和物質(zhì)(Parker,1974)活的微生物飼料添加劑，通過(guò)改善腸道內(nèi)茵群平衡而對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生有利的影響(Fuller,1989)有助于增進(jìn)動(dòng)物健康的活微生物飼料添加劑(Tannock,1997)一類添加到養(yǎng)殖水體中的有益微生物(Moriarty,1998)Kozasa(1986)首次將益生菌應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖：芽孢桿菌(Bacillustoyoi)→日本鰻鱺→愛(ài)德華氏菌引起的死亡↓改善養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境提高養(yǎng)殖動(dòng)物的免疫力抑制病原微生物

益生菌的種類包括細(xì)菌、真菌、微藻等，具有3個(gè)基本特征：體外實(shí)驗(yàn)中能拮抗病原菌或(和)快速降解有機(jī)質(zhì)能在養(yǎng)殖動(dòng)物腸道、養(yǎng)殖水體中存活感染實(shí)驗(yàn)中能提高養(yǎng)殖動(dòng)物對(duì)病原體的抵抗力，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)益生菌三大功能1.調(diào)節(jié)養(yǎng)殖水體水質(zhì)—水質(zhì)調(diào)節(jié)劑2.控制有害微生物—微生物控制劑3.增強(qiáng)養(yǎng)殖動(dòng)物體質(zhì)—餌料添加劑1水質(zhì)調(diào)節(jié)劑 光合細(xì)菌、化能異養(yǎng)菌光合細(xì)菌菌劑：光合作用能力，直接消耗有機(jī)物、氨態(tài)氮，利用硫化氫，通過(guò)反硝化作用除去水中的亞硝酸氮缺點(diǎn)：菌種單一，對(duì)大量大分子有機(jī)物質(zhì)(如養(yǎng)殖動(dòng)物排泄物、殘存餌料、浮游生物殘?bào)w等)不能很好分解利用化能異養(yǎng)菌菌劑：復(fù)合菌劑，氧化、氮化、硝化、反硝化、解磷、硫化、固氮等作用，分解排泄物、殘存飼料、幼植物殘骸等有機(jī)物，促進(jìn)藻類生長(zhǎng)繁殖；藻類的光合作用又為有機(jī)物的氧化分解、微生物及養(yǎng)殖生物的呼吸提供溶解氧→良性生態(tài)循環(huán)，菌藻平衡2微生物控制劑拮抗作用：通過(guò)營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)、空間競(jìng)爭(zhēng)或分泌抗生素、細(xì)菌素等毒素，殺死或抑制病原微生物，為養(yǎng)殖動(dòng)物營(yíng)造良好的生存環(huán)境Maeda等(1989)：PM-4→蝦、蟹育苗水體，抑制弧菌和某些真菌，促進(jìn)幼體生長(zhǎng)，提高成活串Garriques等(1996)：溶藻膠弧菌→萬(wàn)氏對(duì)蝦育苗水體，競(jìng)爭(zhēng)性排斥潛在的病原菌，以提高幼苗的產(chǎn)量Moriarty(1998):芽孢桿菌制劑→成蝦養(yǎng)殖，成功地改善了水體和底泥中的細(xì)菌組成，有效地控制了弧菌病的發(fā)生（印尼）補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，改善機(jī)體代謝，降低餌料系數(shù)

益生菌菌體本身含有大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)e.g.PSB富含蛋白質(zhì)，粗pro65％，還含有多種維生素、鈣、磷和多種微量元素、輔酶Q等益生菌在動(dòng)物消化道內(nèi)的繁衍、代謝，可產(chǎn)生動(dòng)物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如氨基酸、維生素、膽鹽等益生菌還可產(chǎn)生淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等消化酶類，協(xié)助動(dòng)物消化餌料；產(chǎn)生各種B族維生素，加強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)代謝，從而提高餌料的轉(zhuǎn)化率。刺激免疫系統(tǒng)，提高免疫力免疫激活劑，能有效提高干擾素和巨噬細(xì)胞的活性，通過(guò)產(chǎn)生非特異性免疫調(diào)節(jié)因子等激發(fā)機(jī)體免疫功能，增強(qiáng)機(jī)體免疫力和抗病力e.g.光合細(xì)菌→中國(guó)對(duì)蝦，22d后，蝦體PO、SOD、溶菌和抗菌活力分別比對(duì)照組高102.2％、22.1％、53.4％和14.0％，血細(xì)胞數(shù)目高出67.2％（孫艦軍等，1999）改善養(yǎng)殖動(dòng)物的商品性能減少使用抗生素，改善養(yǎng)殖動(dòng)物的肉質(zhì)與體色，提高其耐受力與應(yīng)激力e.g.以芽孢桿菌為主的復(fù)合菌劑→斑節(jié)對(duì)蝦：蝦體水份降低，粗蛋白含量升高，呈味氨基酸明顯增加；應(yīng)激時(shí)半致死時(shí)間分別比對(duì)照組延長(zhǎng)2.1h和3h（張慶等，1998）3.2浮游植物浮游生物(plankton)：德國(guó)生物學(xué)家ViktorHensen于1887年首先提出：包括那些在敞水區(qū)自由懸浮但不能自主游動(dòng)的所有有機(jī)體，它們依賴于水的運(yùn)動(dòng)以維持自身位置和被動(dòng)運(yùn)動(dòng)——排除了能游泳的大型水生生物(如魚類、哺乳類等兩點(diǎn)補(bǔ)充：

其一，浮游生物實(shí)質(zhì)上并不懸浮，只有極少數(shù)種類是持續(xù)上浮的，多數(shù)種類的比重比水大其二，許多浮游生物并非絕對(duì)地局限于敞水區(qū)(pelagic)，它們生活周期的一部分或大部分時(shí)間生活在底部或其他區(qū)域，換句話說(shuō)，它們多屬于兼性浮游生物(facultativeplankton)浮游生物的大小和體積差別顯著：

大型的種類肉眼可見(jiàn)，e.g.團(tuán)藻、微囊藻，大于1mm 小型種類的小于1μm或比細(xì)菌還??；絕大多數(shù)肉眼看不見(jiàn)依據(jù)個(gè)體大小可將其分為： 網(wǎng)采浮游植物(20—200μm) 微型浮游植物(2—20μm) 超微浮游植物(小于2μm)按其營(yíng)浮游生活的性質(zhì)和程度： 真性浮游生物(euplanktonorholoplankton) 假性浮游生物(pseudoplankton) 兼性浮游生物(facultativeplankton)各類浮游生物的大小劃分和代表類群撫仙湖浮游藻類數(shù)量(×104個(gè))垂直分布的季節(jié)變化水深m0.55.010204050100平均數(shù)量最多層種類數(shù)1月8.136.39.4811.3712.665.988.99144月14.3712.858.337.222.341.107.87297月2.9918.3713.7115.161.320.918.581510月10.3517.2224.4818.129.453.2613.8221㈡、水平分布湖水處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)和浮游藻類的生活環(huán)境沒(méi)有發(fā)生突然變化的情況下，才能保持浮游藻類水平分布的正常狀態(tài)風(fēng)浪、湖流或水位陡漲陡落等→破壞水平分布一般：沿岸帶＞河口區(qū)＞敞水帶(湖心區(qū))沿岸帶有來(lái)自地表涇流的外源營(yíng)養(yǎng)和明顯的水體混合，是藻數(shù)量大的主要原因；河口區(qū)由于有來(lái)自湖水?dāng)y帶的外源營(yíng)養(yǎng)的補(bǔ)充，營(yíng)養(yǎng)較豐富，藻數(shù)量也較高；敞水帶盡管湖底積聚著大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但由于較深或分層的緣故，藻數(shù)量少浮游植物群落的季節(jié)演替㈠、一般規(guī)律浮游植物種類成分的季節(jié)性變化，兩種機(jī)制引起（單獨(dú)或復(fù)合作用）演替(succession)：一個(gè)特定水體內(nèi)的物理(如光、溫)，化學(xué)(營(yíng)養(yǎng)物、水質(zhì)、毒素)和生物(競(jìng)爭(zhēng)、攝食)因素的改變所引致的種類變化 典型的演替，是固有種類(或本地種)的變化次序(sequence)：水體類型的變動(dòng)而引起的種類變化典型的次序變化，則是外來(lái)種群引入和繁殖所引起的。特殊情況下，外來(lái)種群可以完全替代原先的水體生物類群溫帶湖泊浮游植物群落的演替湖泊浮游植物種類組成變動(dòng)的周期是極其相似的：早春溫度較低，但高光強(qiáng)和長(zhǎng)日照→浮游植物大量增殖隨后，水溫逐漸升高，水體分層，藻類可以充分利用水體營(yíng)養(yǎng)，浮游動(dòng)物尚未大量出現(xiàn)，個(gè)體較小、易被吞食且生長(zhǎng)迅速的種類→春季水華的優(yōu)勢(shì)種群優(yōu)勢(shì)種類：硅藻，（溫帶湖泊中）綠藻，在水體富營(yíng)養(yǎng)化時(shí)，綠藻和藍(lán)藻常相伴大量共存隨著浮游動(dòng)物攝食壓力↑，營(yíng)養(yǎng)物↓，春季水華結(jié)束，標(biāo)志著浮游植物生產(chǎn)力的夏季下降夏季個(gè)體較大、不易被攝食的種類普遍發(fā)生優(yōu)勢(shì)種類：藍(lán)藻和綠藻，水體富營(yíng)養(yǎng)化時(shí)藍(lán)藻秋季溫帶湖泊夏末混合，水層中營(yíng)養(yǎng)豐富——秋季高峰，出現(xiàn)較小的硅藻增殖冬季營(yíng)養(yǎng)物濃度升高，但低水溫、低光照強(qiáng)度和短日照→浮游植物的生物量和生產(chǎn)力很低優(yōu)勢(shì)種：幾個(gè)門類的耐寒種浮游植物季節(jié)演替的影響因素除了上述的光、營(yíng)養(yǎng)、溫度和攝食壓力等影響外，還與其他一些因素有關(guān)，e.g.硅藻生物量下降→水體混勻?qū)庸璧脑偕俾实蛣?dòng)鞭藻——營(yíng)養(yǎng)物缺乏時(shí)尋找合適的位置而占優(yōu)勢(shì)夏季浮游生物量下降→部分是P/R比率下降所致： 營(yíng)養(yǎng)物缺乏降低了光合作用速率 高溫提高了呼吸速率 →→凈生物量低㈡、我國(guó)一些湖泊浮游植物群落的季節(jié)變化我國(guó)湖泊資源豐富，類型多樣湖泊生態(tài)學(xué)研究 浮游植物種類組成和現(xiàn)存量方面，大量的資料 群落的季節(jié)變化方面，僅幾個(gè)湖泊e.g.東湖長(zhǎng)期系統(tǒng)的觀測(cè)1．群落變化的幾種常見(jiàn)類型(1)單一型 群落結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單 全年由一門藻類占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)(70％) e.g.甘棠湖，藍(lán)藻，85％以上，其余的為綠藻 具有類似變化的有南湖和高州水庫(kù)(2)單季交替型 群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 全年中大部分季節(jié)由某一門藻占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但是在某一季節(jié)則其它門的藻百分比上升，成為優(yōu)勢(shì)，種類演替多在冬季或春季發(fā)生 e.g.麓湖、流花湖、玄武湖(3)雙季交替型 一年中在兩個(gè)季節(jié)由不同藻類交替占優(yōu)勢(shì) e.g.墨水湖：（荔灣湖亦如此） 冬、春——硅藻；夏、秋——藍(lán)藻 春末和秋末則是綠藻和藍(lán)藻共存 群落種類更替一般發(fā)生在春末夏初和秋末冬初(4)多次交替型 群落組成較復(fù)雜，一年中各門藻類的優(yōu)勢(shì)交替出現(xiàn)，季節(jié)更替明顯e.g.固城湖：（淀山湖、洱海） 冬、春： 硅藻和藍(lán)藻 夏季： 藍(lán)-硅-綠-隱藻 秋季： 綠-硅-藍(lán)藻2．東湖群落的季節(jié)演替研究——次序過(guò)去30年中東湖浮游植物數(shù)量的改變——以湖中心采樣站(II)為例：50年代：(27~949個(gè)/m1)60年代：平均數(shù)接近1000個(gè)(156~4662個(gè)/m1)70年代：超過(guò)1000個(gè)（最多35000個(gè)/ml）以1956~1957年均值為基數(shù)，則1962~1963年增長(zhǎng)3.37倍，1973~1975年增長(zhǎng)13.9倍以1962~1963年均值為基數(shù)，則1973~1975年增長(zhǎng)4.1倍藻類群落的組成(用各門的百分率表示)在過(guò)去20年間的明顯變化：1956~1957年，甲藻第