海洋非生物环境课件.ppt
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- 海洋 生物 环境 课件
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1、第二章 海洋非生物环境提提 纲纲第一节:生态因子作用的一般规律第一节:生态因子作用的一般规律 生态因子的概念生态因子的概念 限制因子概念及实际意义限制因子概念及实际意义第二节:太阳辐射第二节:太阳辐射第三节:温度第三节:温度第四节:盐度第四节:盐度第五节:密度第五节:密度第六节:压力第六节:压力第七节:表层流第七节:表层流第一节 生态因子作用的一般规律一一 生态因子生态因子1.1 生态因子(生态因子(ecological factor)的概念:)的概念:生态学上将环境中对生物生长、发育、生态学上将环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境
2、要素称为生态因子。境要素称为生态因子。1.2 生态因子的基本分类生态因子的基本分类非生物因子(非生物因子(abiotic factor):):主要包括一些主要包括一些理化因子,如光照、温度、盐度、压力、海流、理化因子,如光照、温度、盐度、压力、海流、溶解气体和悬浮物质、营养物质等。它们对海洋溶解气体和悬浮物质、营养物质等。它们对海洋生物的生长繁殖有重要影响。生物的生长繁殖有重要影响。生物因子生物因子(biotic factor):生物因子指生物周围生物因子指生物周围的同种和异种生物,这些生物之间互为环境因子,的同种和异种生物,这些生物之间互为环境因子,它们之间主要是营养、竞争和共生关系。它们之
3、间主要是营养、竞争和共生关系。1.3 生态因子作用的几个特点:生态因子作用的几个特点:综合性综合性 非等价性非等价性 不可替代性和互补性不可替代性和互补性 限定性(限制因子)限定性(限制因子)二、限制因子二、限制因子2.1 限制因子(限制因子(limiting factor)的概念:)的概念:指生态因子中,接近或超过某种生物的耐受极指生态因子中,接近或超过某种生物的耐受极限会阻碍其生存、生长繁殖或扩散的因素,叫做限会阻碍其生存、生长繁殖或扩散的因素,叫做限制因子。限制因子。2.2 限制因子概念的实际意义:为我们研究某特定环境时,提供了出发点。即可为我们研究某特定环境时,提供了出发点。即可以优先
4、考虑临界的或者具有限制作用的环境因子。以优先考虑临界的或者具有限制作用的环境因子。如果生物对某个因子的耐受性限度很大,而这个如果生物对某个因子的耐受性限度很大,而这个因子在环境中又比较稳定,数量适中,那么这个因子在环境中又比较稳定,数量适中,那么这个因子就不能成为限制因子。相反,如果生物对某因子就不能成为限制因子。相反,如果生物对某个因子耐受限度是有限的,而这个因子在环境中个因子耐受限度是有限的,而这个因子在环境中是不稳定的,它就可能是一个限制因子。是不稳定的,它就可能是一个限制因子。也就是也就是环境因子是否成为限制因子,根据不同的生物和环境因子是否成为限制因子,根据不同的生物和环境状况会有所
5、不同。环境状况会有所不同。第二节 太阳辐射太阳辐射(太阳辐射(solar radiation),即光照,它是地球(陆),即光照,它是地球(陆地和海洋)最重要的生态因素之一。光是植物进行光合地和海洋)最重要的生态因素之一。光是植物进行光合作用的能源,是地球生命的能量来源。在海洋中,光照作用的能源,是地球生命的能量来源。在海洋中,光照直接影响有机物质的生产。直接影响有机物质的生产。太阳辐射对海洋生物的重要影响主要表现在三太阳辐射对海洋生物的重要影响主要表现在三方面:方面:通过光合作用,为海洋生物生命活动提供能量;通过光合作用,为海洋生物生命活动提供能量;是海洋中热量的主要来源,对海洋生物生活有重要
6、影响;是海洋中热量的主要来源,对海洋生物生活有重要影响;光在海洋中的周期性变化,决定了海洋生物的分布、体光在海洋中的周期性变化,决定了海洋生物的分布、体色、生殖和行为。色、生殖和行为。一太阳辐射在海表面的吸收与散射1.海洋生物学研究使用的光强单位海洋生物学研究使用的光强单位 两种光强单位:两种光强单位:测量光子的测量光子的爱因斯坦爱因斯坦(E)测量辐射能的测量辐射能的瓦特瓦特(W),辐射能取决于光的波长,),辐射能取决于光的波长,用于光合作用的辐射能的波长是用于光合作用的辐射能的波长是400nm700nm(可见光波长(可见光波长380nm760nm)单位换算单位换算 1爱因斯坦(爱因斯坦(E)
7、=1摩尔光子,即摩尔光子,即6.021023光子光子 1Wm24.160.42Em2 s1(仅适用于(仅适用于400nm700nm)1J m2 s1=1Wm22.海面辐射海面辐射太阳的辐射,在大气层外是连续的和相当稳定的。大约有50%的辐射能被大气层的各个层所吸收和散射,因此,能到达海水表层的太阳辐射也只能有50%,而且一部分还被海洋表层反射回大气(包含光合有效辐射的4%)。不考虑时间长短的话,这部分反射的辐射能量取决于太阳的仰角、波长(波长越短能量越高)、海表面的起伏(波浪)和接近海表面的空气泡有关。其中主要的因子是太阳辐射的角度,当太阳与地平线夹角小于5时,反射量变的很大。二.海洋中的太阳
8、辐射1、进入海水表面的光辐射的主要组成进入海水表面的光辐射的主要组成 (设为(设为100%)红外辐射红外辐射(波长大于(波长大于760nm),约占),约占50%,海表层,海表层几米内迅速吸收转化为热;几米内迅速吸收转化为热;紫外辐射紫外辐射(波长小于(波长小于380nm),很少,迅速被散射),很少,迅速被散射和吸收;和吸收;可见光可见光(380nm760nm),约占),约占50%,穿透较深。,穿透较深。2、光合作用有效光辐射(光合作用有效光辐射(PAR)指波长在指波长在400nm700nm左右的可见光辐射。左右的可见光辐射。光合作用有效光辐射的作用光合作用有效光辐射的作用:A:为视觉动物提供光
9、源,使其感应环境的变化;:为视觉动物提供光源,使其感应环境的变化;B:为植物光合作用提供所需辐射能量。:为植物光合作用提供所需辐射能量。最大光合作用有效光辐射约为最大光合作用有效光辐射约为2000 E m2 s1,是来自上方的垂直太阳辐射。当太阳接近地平线时,是来自上方的垂直太阳辐射。当太阳接近地平线时,这个值降为零。这个值降为零。3、可见光在海水中的传播:可见光在海水中的传播:光透入水中之后有两个去向,一是被散射,光透入水中之后有两个去向,一是被散射,一是被吸收,可见光谱的不同波长将透过不同的一是被吸收,可见光谱的不同波长将透过不同的深度。深度。u 红光红光(650nm左右)很难透入水中,在
10、海面很左右)很难透入水中,在海面很快吸收,快吸收,1%左右可到达清澈海水的左右可到达清澈海水的10 m深处;深处;u 绿光绿光(550nm左右)在水深左右)在水深35m处只剩下处只剩下10%。u 蓝光(蓝光(450nm左右)穿透较深,左右)穿透较深,82 m深处衰减深处衰减到到10%,150 m深处仍有深处仍有1%其中波长为其中波长为620nm760nm的的红光红光和和435490的的蓝光蓝光对光合作用最为重要。对光合作用最为重要。4、消光系数、消光系数 由于太阳辐射入水后,受到海水中溶解的悬浮由于太阳辐射入水后,受到海水中溶解的悬浮物(浮游生物、植物和有机体碎屑及植物中残物(浮游生物、植物和
11、有机体碎屑及植物中残留的叶绿素)、沿岸的浮沙等的影响,光照强留的叶绿素)、沿岸的浮沙等的影响,光照强度随深度的增加呈指数递减,度随深度的增加呈指数递减,消光系数消光系数 k(衰减衰减系数系数)的计算可以用来表示这种光的衰减。)的计算可以用来表示这种光的衰减。0Dln(I)-ln(I)k=Dk 表示消光系数、表示消光系数、I0表示表层的辐射强度、表示表层的辐射强度、ID表示深度表示深度D处的光处的光强、强、D表示深度表示深度(m)由前边的公式可以推出由前边的公式可以推出:需要指出的是,同样波长的光在不同水域的k值是不一样的。因为不同海区的悬浮物无论从种类或量的方面来说都是不同的。kDD0IIe5
12、、海洋三个垂直生态带、海洋三个垂直生态带为了研究方便,我们依据光照强度将海洋环境为了研究方便,我们依据光照强度将海洋环境垂直划分为三层:垂直划分为三层:真光层、透光层(真光层、透光层(euphotic layer):在这:在这一层,光照量能够充分满足植物生长和繁殖一层,光照量能够充分满足植物生长和繁殖的需要,其光合作用的生产量超过植物的呼的需要,其光合作用的生产量超过植物的呼吸消耗。在浑浊的近岸水域,真光层的深度吸消耗。在浑浊的近岸水域,真光层的深度自海表面向下只有自海表面向下只有20m或更少,而在大洋水或更少,而在大洋水域,深度可达到域,深度可达到150m。弱光层弱光层(disphotic
13、layer):这一水层,):这一水层,光照较弱,植物不能有效的生长和繁殖,光照较弱,植物不能有效的生长和繁殖,24小时内植物呼吸作用所消耗的量超过了小时内植物呼吸作用所消耗的量超过了光合作用所产生的量。清澈的沿岸水深度光合作用所产生的量。清澈的沿岸水深度由由80m100m向下延伸向下延伸200m以下。在这以下。在这一水层,活体浮游植物是可以存活的,鱼一水层,活体浮游植物是可以存活的,鱼类和某些无脊椎动物还有视觉。类和某些无脊椎动物还有视觉。无光层无光层(aphotic layer):这一层位于从):这一层位于从弱光层下限直到海底。这一层内没有从海面弱光层下限直到海底。这一层内没有从海面透入的具
14、有生物学意义的光照。这一层没有透入的具有生物学意义的光照。这一层没有植物生存,主要是一些肉食性和碎食性的种植物生存,主要是一些肉食性和碎食性的种类。类。注意:以上各层界限的深度在不同海区的具体情况,将随纬度、季节和水体透明度的影响而有变化。6、太阳辐射与海洋植物的光合作用、太阳辐射与海洋植物的光合作用最适光照强度最适光照强度光合作用的速率在一定范围内与光照强度成正比,光合作用的速率在一定范围内与光照强度成正比,即随着光照强度的增加,植物光合作用速率逐渐即随着光照强度的增加,植物光合作用速率逐渐增大。光照强度达到最适值时,光合作用速率即增大。光照强度达到最适值时,光合作用速率即达到最大值,这时的
15、光照强度称为达到最大值,这时的光照强度称为最适光照强度最适光照强度。超过或低于该值光合作用速率都会降低。超过或低于该值光合作用速率都会降低。补偿深度补偿深度太阳辐射进入海水中,光照强度随着水的加深而太阳辐射进入海水中,光照强度随着水的加深而减弱,同时植物的光和作用速率也随着减弱。当减弱,同时植物的光和作用速率也随着减弱。当至某一深度,光合作用产生氧气的量,恰好等于至某一深度,光合作用产生氧气的量,恰好等于植物呼吸作用时消耗氧气的量,这一光照强度即植物呼吸作用时消耗氧气的量,这一光照强度即称为称为补偿点补偿点(compensation point)或称)或称补偿补偿光强度光强度(compensa
16、tion light intensity)。)。补偿点所在深度称补偿点所在深度称补偿深度补偿深度(compensation depth)。)。补偿深度以上的水层通常称为补偿深度以上的水层通常称为光合作用带光合作用带(photosynthetic zone)。通常,补偿深度亦)。通常,补偿深度亦为真光层的下限。为真光层的下限。补偿深度(DC)可由以下公式计算:0CCln Iln IDkI0 表层的辐射强度;表层的辐射强度;IC 补偿光强度;补偿光强度;k 光照衰减光照衰减系数(假定波长为系数(假定波长为550nm的绿光)。的绿光)。补偿光强补偿光强IC的值随浮游植物的种类变化而变化,的值随浮游植
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