地球科学课件:9.4 海洋生态系统(2).ppt
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1、第二节第二节 海洋生态系统的能流及海洋生态系统的能流及次级生产力次级生产力v一、海洋食物链、营养级和生态效率v二、海洋食物网及能流分析v三、粒径谱、生物量谱的概念及其在海洋 生态系统能流研究中的应用v四、海洋微型生物食物环一、海洋食物链、营养级和生态效率 v(一)海洋牧食食物链与碎屑食物链 v(二)营养级与生态效率 (一)海洋牧食食物链与碎屑食物链 v食物链:是生态系统中初级生产者吸收的太阳能通过有序的食物关系而逐渐传递的线状 组合,是群落中不同生物种群通过取食与被食的关系形成的营养链锁结构。v1、 牧食食物链 v(1)定义:以活体植物体为起点的食物链。 v(2)分类: v A、大洋食物链:6
2、个营养级 vB、 沿岸大陆架食物链:4个营养级 vC 、上升流生态系:3个营养级 v可以看出:海洋食物链所包含的环节数与初级生产者的粒径大小呈相反的关系:大洋区主要的浮游植物事极微细的种类,其食物链营养级最多,而上升流区主要是大型的浮游植物,其食物链平均只有3个营养级。 v2、碎屑食物链 v(1)定义:以碎屑为起点的食物链。 vA、海洋中碎屑的数量:数量丰富,含量巨大。 vB、碎屑来源:大部分来源于植物体,其它来源 v 于动物尸体、粪便、陆源径流等。 vC、食碎屑动物的组成:包括食植动物、初级肉 v 食性动物、食微生物动物等,因此 v 食碎屑动物的营养层次较难确定。v(2)碎屑食物链的重要性:
3、 v 其作用绝不亚于牧食食物链。 vA 、碎屑食物链在海洋生态系统的物质循环和能量 v 流动中的作用比陆地上的作用重要得多,而且 v 碎屑的存在可以加强生态系统的多样性和稳定 v 性;vB 、碎屑可以对近岸和外海、大洋表层和底层的 v 能量流(和物质流)起到联结作用; vC、 中纬度海区夏季初级生产衰退时,异养生物 v 的营养也有一部分依靠春季水华期形成的碎 v 屑维持; vD 、很多碎屑是由无生命的有机颗粒和有生命的 v 生物组成的复合体,其营养价值也是很高的。(二)营养级与生态效率 v1、营养级 v2)食物链为什么不能无限加长: v 能量在食物链上流动时,每经过一个营养级就有一个相当大部分
4、的能量以呼吸作用损失,而且每一个种群都有其存活的最小生物量,捕食者也有其能量最低要求量。因此无论陆地或水域食物链都不可能无限加长。营养级通常为45级。 v(3)海洋生态系统的食物链为什么比陆生食物链长: v 海洋的初级生产者和食植性动物多为小型种类,所以大型动物多是肉食性种类,比陆地上的大型动物处于更高的营养级。v2、生态效率 v(1)生态效率(ecological efficiency): v 生态效率就是指从一个特定营养级获取的能量与向该营养级输入的能量之比。实际上就是营养级之间的能量传递(或转换)效率,可以用n营养级的生产量与(n-1)营养级的生产量之比来表示:n营养级的生态效率(E)=
5、n营养级的生产量/(n-1)营养级的生产量v(2)营养级间的利用效率(exploitation efficiency): 某营养级每年的生产中被其消费者摄取得比例。 营养级间利用效率(Ec)=n营养级的消费量/(n-1)营养级的生产量v(3)总生长效率(gross growth efficiency): 同一营养级内净产量(P)与其消耗的食物量(C)的比值。 v K1P/Cv(4)净生长效率(net growth efficiency) : 同一营养级内净产量(P)与其食物同化量(A)的比值。 K2P/A 因此,生态效率( E )本身就包含有营养级之间的利用效率(Ec)和消费者的总生长效率(K
6、1)两个系数: EEcK1 v(5)组织生长效率(tissue growth efficiency): 同一营养级中生产量占同化量的比重(P/A)。v(6)营养级间同化效率(assimilation efficiency): 各营养级间同化效率之比(An-1/An)。 v(7)营养级间生产效率(trophic level production efficiency): 各营养级之间生产量之比(P n-1 /Pn)。 v(8) 海洋生态系统生态效率: 海洋生态效率比陆地生态效率高;植食性动物生态效率约20,在较高营养级之间,生态效率1510。v3、根据营养级和生态效率计算次级产量 (1)营养级的
7、产量: Pn+1=P1En (2)动物种群产量的影响因素: A、 动物种群所处的营养级次; B 、生态效率。二、海洋食物网及能流分析 v食物网:群落中各生物种间的营养关系十分复杂, 从群落的食物链结构来看,一个群落可能 形成多条食物链,这些相互联系的食物链 通过营养联系,相互交叉,错综联结成的 网状结构。(一)营养结构分析的难题v1、 海洋食物关系(食物网)是非常复杂的,生态系统中一个动物种群通常不是固定消费其低一个营养级的物种种群; v2、 绝大多数海洋生态系统的能流并非只直接起始于活的植物(牧食食物链),而是有大量的能流沿着碎屑食物链传递; v3、如果以每个物种为基础来描绘生态系统的营养关
8、系和进行能流分析,虽然是真实的反映客观实际,但绘出来的食物网关系图将乱如麻团,也不可能完整地进行能流分析。(二)简化食物网 1、简化食物网:采用“各营养层次之间有复杂相互作用的简单食物链”来进行能流分析的方法。以营养物种来描绘食物网结构就是简化食物网。它是以各营养层次的关键种作为核心开展研究工作的。 2、营养物种(trophic species):就是将那些营养级别相同,取食同样的被食者,并具有同样的捕食者的一类物种(或相同物种的不同发育阶段)归并在一起作为一个物种对待。 3、营养物种的类型: (1) 顶位物种(top species):不被任何其它生物所取食,是食物链的终点。 (2) 中位物
9、种(intermediate species):既可捕食其它物种,又可以被更高级的捕食者所食。 (3) 基位物种(basal species):不取食任何其它物种,但被其它物种捕食。 (4) 孤立物种(isolated species):既不捕食其它物种,又不被其它物种捕食v4、同资源种团(guild) :以相同的方式利用共同资源的物种集团。实际上是将一些具有相似功能地位(生态位)的等值种(equivalent species)归为一类,称功能群(functional group),或称同资源种团。同资源种团内的物种彼此之间生态位重叠很明显,其种间竞争是非常激烈的。 v5、等价种(equiva
10、lent species):如果具有同一功能地位、组成同资源种团的物种彼此之间可以相互取代,那么它们就是等价种(三)营养层次关键种v营养层次关键种:在简化食物网研究中特别重视在营养层次转化中发挥重要作用的种类,这些种类称为营养层次关键种,或简称关键种。对关键种的确认,不仅取决于它与其它种类的关系,也取决于它在群落结构中的地位(四)同资源种团的特征及生态系统营养结构的相对稳定性v1、同源种团(功能群)的主要特征: v(1)它由一群生态学特征上很相似的物种所组成,彼此之间生态位有明显的重叠,因而同一功能群内的种间竞争很激烈,而与群落其它功能群之间的联系则较松散,种间竞争也较不明显;v(2)在同资源
11、种团内的物种既然是处在同一功能地位上(等值种),因此物种之间是可以相互取代的,在不同年份中同资源种团内可以有不同的种类组合。 2、生态系统营养结构的相对稳定性: 在同一群落内,某些同资源种团间总种数的比例较为稳定,群落再拓殖研究证明,生态系统营养结构是相对稳定的。 三、粒径谱、生物量谱的概念及其在 海洋生态系统能流研究中的应用v海洋生态系统能流特点: 在海洋生态系统食物网中,能流通过错综复杂的食物关系从被捕食者流向捕食者,随着营养层次的升高,生物的个体变大,生命周期增长。同时,随水体内各营养层次的升高,个体密度减小,但是相邻两营养级的总生物量并不像能流那样呈指数式下降。(一)粒径谱、生物量谱
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