海洋与海洋生物间的相互关系.ppt

1、第三章第三章 海洋与海洋生物间的海洋与海洋生物间的 相互关系相互关系第一节 海洋概论第二节 海洋环境因素及其与海洋生物 间的相互关系 主要内容主要内容第一节 海洋概论海洋概论一、导论二、海水特性及其对海洋生物生活的意义三、世界大洋四、中国海五、海洋环境的划分一、导论导论（一）基本知识地球的面积：5.1108Km2海洋的面积：3.62 108Km2平均深度：3800m最大深度：11034m海洋体积：13.7 108Km3世界地图世界地图马里亚纳海沟底马里亚纳海沟底部计算机三维图部计算机三维图（二）海与洋的区别海洋海是洋的边缘部分，隶属各大洋，以海峡或岛屿与洋相通或相隔，面积较小，约占海洋总面积的

2、11 是地球上连续咸水水体的主体部分，面积辽阔，远离大陆 离大陆近，深度较浅，一般在2000m 以内 水体深，一般在2000m 以上 不具有独立的潮波系统和潮流系统 具有独立的潮波系统和潮流系统 水文状况受大陆影响，各种环境因子变化剧烈，并有明显的季节变化 水文状况不受或很少受到大陆的影响，相对比较稳定 沉积物多为陆相沉积 沉积物多为海相沉积 1、最大的海是位于太平洋的珊瑚海（Coral Sea），面积为4.79106Km2。2、最小的海是马尔马拉（Marmara），面积为1.1 104Km2。（三）海的分类根据所处位置，可以分为：边缘海、陆间海、内陆海、海湾、海峡等。边缘海：靠近大陆边缘的海

3、，它以岛屿、群岛或 半岛与大洋相隔。黄海、东海和南海。内陆海：深入大陆的海成为内陆海。渤海、波斯 湾、红海、黑海和波罗的海。二、海水特性及其对海洋生物生活的意义二、海水特性及其对海洋生物生活的意义1、海水中的溶解物质2、海水的热学特性 热容量、蒸发潜能、比热容和热导率都是海水的热力学特性。海水热容量和蒸发潜热很大，因此具有相当高的组织温度大幅度突发性变化的能力。导热性很小，热量向周围扩散很慢，水域温度比较稳定。海洋为其中生物的生存及生命活动提供了一个相对稳定的温度环境条件。3、海水为微碱性缓冲溶液4、海水的密度 海水的密度是温度、盐度、压力的函数，通常是随温度的升高而减小，随盐度和压力的增加而

4、增大。海水密度大，重力效应对海水中生物的影响较小，不需要坚强的骨骼系统。5、海水的黏性 其实质是海水对流动的阻力，通常随温度升高而变小，随盐度增加而变大。6、海水的表面张力 随温度和盐度的升高而 增大。海蜘蛛依靠表面张力 生活在海洋表面。海蜘蛛三、世界大洋四、中国海1、渤海2、黄海3、东海4、南海中国海及相邻海域五、海洋环境的划分五、海洋环境的划分（一）海洋三大环境梯度（二）海洋环境的划分（一）海洋三大环境梯度 1、从赤道到两极的纬度梯度 2、从海面到深海海底的深度梯度 3、从沿岸到开阔大洋的水平梯度1、从赤道到两极的纬度梯度 主要表现为赤道向两极的太阳辐射强度逐 渐减弱，季节差异逐渐增大，每

5、日光照持续时 间不同，从而直接影响光合作用的季节差异和 不同纬度海区的温跃层模式。2、从海面到深海海底的深度梯度 主要由于光照只能透入海洋的表层（最多 不超过200m），其下方只有微弱的光或是无光 世界。温度也有明显的垂直变化，底层温度很 低且较恒定，压力也随深度而不断增加，有机 食物在深层很稀少。3、从沿岸到开阔大洋的水平梯度 从沿海向外延伸到开阔大洋的梯度主要涉 及深度、营养物含量和海水混合作用的变化，也包括其他环境因素（如温度、盐度）的波动 呈现从沿岸向外洋减弱的变化。（二）海洋环境的划分水层环境：从海水的表层到大洋的最大深度，即覆盖于海底之上的全部海域。水底环境：包括所有海底以及高潮时

6、海浪所 能冲击到的全部区域。水层环境水平方向划分 近海带（neritic）：又称沿岸区和近岸区。大洋区（oceanic）：又称远洋区，占世界海洋 的大部分。近海带与大洋区在水层垂直方向的界限通常是在200m等深线处。此处一般是大陆架的边缘，同时大体上相当于水层环境中真光带和无光带的界限。1、近海带特点：（1）盐度变化幅度较大，一般盐度低于大洋；（2）环境的理化因素具有季节性和突然性的变化；（3）由于受大陆径流的影响，营养元素和有机物质丰富；（4）生物种类和生物量大，生物多为广温性和广盐性；（5）是许多经济生物的产卵场、索饵场和栖息地。2、大洋区环境特点（1）空间广阔，垂直幅度大；（2）透明度大

7、，呈现深蓝色；（3）化学成分稳定，盐度较高，营养成分较低；（4）生物种类和生物密度低；（5）理化性质在空间和时间上的变化不大。3、大洋区分层上层（epipelagic zone）：0200m，亦称有光带。中层（mesopelagic zone）：2001000m，有光透入但满足不了浮游植物光合作用需求。深层（bathypelagic zone）：10004000m。深渊层（abyssopelagic zone）：40006000m。超深渊层（hadal pelagic zone）：6000m以下。深层和深渊层统称无光带，或称黑暗带。水底环境1、水底环境划分潮上带（supratidal zone

8、）：高潮线以上。潮间带（intertidal zone）：有潮汐现象和受潮汐影响的区域。潮下带（sub-tidal zone）：潮间带下限至水深200m。深海带（bathyal zone）：水深200至10004000m。深渊带（abyssal zone）：深海带以下至6000m。超深渊带（hadal zone）：深渊带以下。2、深海海底的环境特点 光线极微弱或完全无光；部分海底温度终 年很低（-15），无季节变化，但在热液喷 口的海底水温变化急剧；海水很少垂直循环，仅微弱的水平流动；没有光合作用植物生长，但有化能合成细菌作为生产者，因此生活着不 少种类的底栖生物。第二节第二节 海洋环境因素及

9、其与海洋海洋环境因素及其与海洋 生物之间的相互关系生物之间的相互关系环境的概念广义的概念：是指某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体或生物群体的一切事物的总和。在生物科学中的概念：环境是指生物栖息地，以及直接或间接影响生物生存和发展的各种因素。在环境科学中的概念：人类是主体，环境是指围绕着人群的空间以及其中可以直接或间接影响人类生活和发展的各种因素的总和。主要内容主要内容（一）生态因子与海洋生物间的相互关系（二）海洋沉积物与海洋生物间的相互关系（一）生态因子与海洋生物间的相互关系1、生态因子定义2、生态因子作用的一般特征3、生态因子的限制性作用4、生态因子的生态作用 1

10、、生态因子定义 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境要素。包括温度、湿度、食物、氧气、二氧化碳和其他相关生物等。2、生态因子作用的一般特征（1）综合作用（2）主导因子作用（3）直接作用和间接作用（4）阶段性作用（5）不可替代性和补偿作用3、生态因子的限制性作用 限制因子（limiting factors）：任何一种生态因子只要接近或超过生物的忍受范围，就会成为该物种的限制因子。利比希最小因子定律（Liebigs Law of Minimum）：当一种植物对某一营养物质所能利用的量已接近其所需量的最小值时，该营养物质就必然会对该植物的生长和繁殖起限制作用并成为限制因子。

11、谢福德耐受定律（Shelford s Law of Tolerance）：生物的存在与繁殖，要依赖于某种综合环境因子的存在，只要其中一项因子的量或质不足或过多，超过某种生物的耐性极限或生态幅，则使该物种不能生存，甚至灭绝。生态幅：每一个种对环境因子适应范围的大小，决定于各个种的遗传特性。4、生态因子的生态作用生态因子 非生物因子：也称理化因子，海洋环境的(abiotic factor)非生物因子包括光照、温度、盐度、海流、各种溶解气体 和悬浮物质等。生物因子（biotic factor）非生物生态因子A、太阳辐射（solar radiation）B、温度C、盐度D、波浪、海流和潮汐E、溶解盐类

12、、溶解气体F、海水中有机物A、太阳辐射a、概念 太阳辐射，即光照是海洋环境中最重要的生态因素之一，它直接影响海洋中有机物质的生产。太阳辐射是海水中热量的主要来源，不仅对海洋生物生活有重要影响，对地球上的生命活动都具有直接或间接的重要作用。太阳辐射在海水中不同深度的光照强度：ID和I0分别表示在深度D处和海面的光强；K是平均消光系数或称衰减系数；e为自然对数的底；D是深度。饱和光强 在低光照条件下，光合作用速率与光强成正比关系。随着光强的继续增加，光合作用速率逐渐达到最大值，这种光强称饱和光强，用IK表示，即光合作用速率不再随光强增加而上升。如果光强继续增加，光合作用会因光照过度而受到抑制，光合

13、作用速率将下降。b、光照与海洋植物的垂直分布 生活在浅海的植物由沿岸浅海向下依次为绿藻、褐藻和红藻。成带分布的原因：植物对光照强度适应的结果；植物对水中光照性质适应的结果。藻类对光照的调节适应：增加光合作用的辅助色素和增加叶绿素的数量（浓度）以增加吸收光谱的中间部分。c、光照与海洋动物的垂直分布光照条件的地理差异，可以改变浮游动物的分布水层。浮游动物的垂直分布季节变化。某些种类的不同世代的个体分布于不同的水层。生活史的不同时期分布于不同水层。海洋动物的昼夜垂直移动现象。“最适光强”假说：浮游动物停留在最适光强区，当光照超过其最适光强时，动物表现为负的向光性；低于最适光强时，表现为正的向光性。d

14、、光质的生态作用 不同光质对植物的光合作用、色素形成、向光性、形态建成影响不同。光合作用的光谱范围只是可见光区。可见光对动物生殖、体色、迁徙、生长、发育都有影响；不可见光对生物的影响也有多方面。不可见光对生物的影响 昆虫对紫外光有趋光现象，草履虫则为避光反应。紫外光致死作用：波长360nm开始杀菌；波长340-240nm可使细菌、真菌、线虫卵及 病毒停止活动；波长200-300nm杀菌力强，能杀灭空气、水 面及物体表面的微生物。紫外光杀生物的机理 细胞对光波的吸收谱线有一个规律，在250270nm的紫外线有最大的吸收，被吸收的紫外线实际上作用于细胞遗传物质即DNA，它起到一种光化作用，紫外光子

15、的能量被DNA中的碱基对吸收，使DNA分子中相邻的嘧啶形成嘧啶二聚体,抑制DNA复制与转录等功能。使细菌当即死亡或不能繁殖后代，达到杀菌的目的。嘧啶二聚体e、太阳辐射与海洋动物的体色 海洋动物的体色也表现出对光照的适应性。主要表现在动物体色于生活背景的一致性和在 光照条件或生活（环境）背景改变时动物的变 色现象。水蜗牛的身体已经完全透明，壳已经退化，脚进化成肌肉发达的鳍。由于没有阳光，眼睛特别发达，突出在身体外，捕捉细微光线，观察所有经过的猎食对象。水蜗牛 管水母体色以蓝色为主，在钟状头下，连着一串的胃和触角，每个胃会利用触角自行觅食。管水母 一只变色鱿鱼正在吞噬自己的同类，变色鱿鱼能随环境变

16、化而改变身体颜色，在深海1800米以下，一些生物眼中的海水是淡红色的，因此它将自己变成红色。被吞噬的鱿鱼低级一些，它不仅不会改变颜色，还进化成致命的白色。在深海，白色是最危险的颜色。变色鱿鱼B、温度a、海水温度的水平和垂直分布 在开阔大洋表面混合层下，从200300m至1000m处，温度下降迅速，这一水层被称为永久温跃层（permanent thermocline）。永久温跃层与表层较暖的低密度水和底层冷的高密度水之间的水密度变化是一致的，这一海水密度迅速变化的去，被称为密度跃层（pycnocline）。它作为一个屏障影响着水的垂直循环，同时还影响着对海洋生物产生作用的某些化学物质的垂直分布。

17、温度和密度的急剧变化对海洋动物的垂直移动也有限制作用。季节跃层（seasonal thermocline）：温带气候的夏季，在风力弱而太阳辐射强时，没有湍流混合使热量向下方移动，在近表层水中形成了热分层。最高温度（maximum temperature）：生物生命 的温度上限。群绝育蛋白质康凝固能力，或酵素的耐热性能。最适温度（optium temperature）：广义得知生 物能正常生活的温度范围，狭义的则指生 命活动最旺盛时的温度，这很可能是一个 较狭小的温度范围。最低温度（minimum temperature）：及生物生 命活动的温度下限，在此温度以下，生命 即死亡。b、温度与代谢的

18、作用 通常，在适温范围内代谢作用是随温度的增高而加强。温度系数（temperature coefficient,Q10）：体温每升高10 时新陈代谢速率的变化。Q10=Tb时的代谢速率/(Tb-10)时的代谢速率生物学上Q10的一般介于23之间。c、温度与海洋动物生殖 每一种动物都有一个明显的生殖季节。通常情况下，温带海洋动物主要生殖期是在春季，有时也会延续至夏季。通常，在一定范围内温度高即会加速发育过程，而且发育速度的加快与温度的升高成正比。生物学零度（biological zero）：生物进行生长发育的最低温度（即发育界限）以下的温度。有效积温法则：胚胎发育所必需的总热量基本上是一个常数，

19、称为热常数，即指发育期的平均水温与发育所经过的天数或时数的乘积是一个常数。K=N(T-C)K为热常数，即完成某一发育阶段所需的总热量；N为发育历期，即完成某一发育阶段所需天数；T为发育的平均温度；C为生物学零度。d、温度与海洋动物个体大小及寿命 生活在冷水中的生物个体常比生活在暖水的同类生物的个体大。变温动物的寿命在低温条件下通常较长。e、温度与海洋生物体内钙质的积累 在高温下，钙在动植物体内的积累量远比低温时多。e、温度与海洋动物形态结构 鱼类的尾椎骨的数目和鳍条数目在冷水中明显增加，身体也增大。低温环境动物体表附属器官缩小。f、温度与海洋动物的分布与行为 鱼类的洄游与温度密切相关。北极熊北

20、极海豹C、盐度a、盐度定义 盐度是海水总含盐量的度量单位，当碳酸盐全部转化为氧化物，溴和碘已为氯取代，所有有机物均已完全氧化时，1kg海水中所含全部可溶性无机物的总质量（g）,或简单地定义为溶解于1kg海水中的无机盐总质量(g)。b、海洋盐度分布大洋表层水盐度变化不大（3237），平均为35。纬度2030海区较高。温带和两极海洋及热带海区的赤道带盐度较低。原因不同：赤道带盐度较低，是由于大量降雨和风速减弱的缘故；两极海水盐度较低是因为低温蒸发弱和极地的融冰。“Marcet原则”（海水组成恒定性规律）尽管大洋海水的盐度是可变的，但其主要组份的含量比例却几乎是恒定的，不受生物和化学反应的显著影响，

21、此即所谓“Marcet原则”，或称海水组成恒定性规律。半咸水或咸淡水：是海水和淡水混合而盐度下 降的海水，称为半咸水或咸淡水。浅海区盐度较大洋的低，且波动范围也较大（2730）；半封闭海区（如波罗的海）盐度则低于25；河口区受淡水影响更为明显，盐度变化更大（030）。超盐水：盐度超过40的海区的海水（如红海、热带近岸泻湖）称为超盐水。红海卫星图片c、盐度对海洋生物的影响(a)盐度与海洋动物个体大小(b)盐度与海洋生物的渗透压变渗透压动物（poikilosmotic animals）：渗透压调节适应不完全，与外界环境是等渗压或接近等渗透压，大多数海洋无脊椎动物。等渗透压动物（homoiosmot

22、ic animals）：又称渗压调变生物，能够保持与环境不同的渗透压，可以高于环境或低于环境，并具有正常的渗透压调节机能，所有海洋硬骨鱼类。(c)盐度与海洋生物的分布狭盐性生物：对盐度变化很敏感，只能生活在盐度稳定的环境中。深海和大洋中的生物，是典型的狭盐性生物。广盐性生物：对于海水盐度的变化有很大的适应性，能忍受海水盐度的剧烈变化，沿海和河口地区的生物以及洄游性动物都属于广盐性生物。例如弹涂鱼能生活在淡水中，也能生活在海水中，这是它们长期适应不同盐度环境的结果。D、波浪、海流和潮汐 海水在水平方向的流动有海流和潮流两种。海流：在一年中，其流向几乎是恒定的，流速流量则可以随季节变化。潮流：其流

23、速、流向在一天中有周期性改变。a、海流分类海流按温度特征可分为寒流和暖流。寒流：指水温低于流经海区水温的海流，通常是从高纬度流向低纬度（如千岛寒流），寒流一般低温低盐，透明度较小。暖流：指水温高于流经海区水温的海流，通常是从低纬度流向高纬度如（黑潮暖流），暖流一般高温高盐，透明度也较大。b、海流的生态作用(a)海流对海洋生物最直接的影响是在于海流散播和维持生物群的作用。暖流可将南方喜热带性动物带到较高纬度海区。寒流则可将北方喜冷性动物带到较低纬度海区。海流也有助于某些鱼类完成“被动洄游”。海流将浅水区内的底栖动物的浮游性的卵和幼体带到很远但又适宜栖息的地方，在变态后就定居下来，扩大了底栖动物的

24、分布范围。在某些封闭海区，依靠海流的作用，从外地输入幼体来维持其独立的生物群。例如，在北大西洋的藻海中，微弱的反气旋型环境流形成一个半永久性的闭合系统，这里堆积了随着海流漂流而来的大量岸边固着植物的马尾藻，形成一个特殊的生物群。(b)海流与海洋生物生产力的关系主要表现在海水的辐散或辐聚与海洋表层浮游植物所需营养盐类能否得到补充有关。表层的无机营养盐类（硝酸盐、磷酸盐等）含量很低，而这些营养盐却在深层大量积累。因此，凡是有海水涌升的海区，表层营养盐很丰富，浮游植物繁殖茂盛，浮游动物和鱼类等消费者也可获得丰盛的食物。海洋中几个强大的暖流和寒流交汇的海区，多形成世界上良好的渔场。如太平洋的北海道渔场

25、、大西洋的纽芬兰渔场和北海渔场。在中国海，台湾暖流和不同性质水系（如沿岸水、冷水团等）的交汇面，也都有良好的渔场，如烟威渔场和舟山渔场等。E、溶解盐类和溶解气体 a、溶解盐类 磷和氮等盐类的含量少，再加上植物的利用和动植物代谢作用的影响经常有显著变化，这类元素成为生殖元素。海水中的溶解盐类中，只有N和P对海洋生物常有限制作用。磷在天然水中的含量很低，相对数量比氮少，因此，磷是浮游植物生长的主要限制因子。一般认为，铁、氮和磷同为浮游植物生长（特别是叶绿素形成）所必需的元素。过去认为铁可能是浮游植物生长的限制因素之一。实际上，由于浮游植物身体表面吸附有相当数量铁的化合物，而一般浮游植物利用少量铁的

26、能力很强，加以铁的作用与氮和磷有关联，铁的相对量往往超过所需量。所以，铁在自然水域中不一定有限制作用。影响海水中溶解气体含量的主要因素：各种气体在水中的溶解度不同；温度与盐度的影响，通常是温度和盐度越低，溶解氧越高；与生物的活动有关（光合作用、呼吸作用、分解作用）。b、溶解气体(a)溶 解 氧(b)二氧化碳、pH和氧化还原电势差(a)溶解氧 海水中溶解氧质量浓度约为08.5 mg/L，生物对海水氧含量有非常重要的作用。溶解氧的来源：大气中的氧气可大量地溶入表层海水；绿色植物进行光合作用所放出的游离氧逸出。溶解氧在不同水层的浓度 表层海水中溶解氧浓度最高。通常处于相应的大气压和海水温度条件下的饱

27、和状态。在浮游植物大量繁殖的海区，水中溶解氧出现暂时的过饱和现象，饱和度可达100%140%。透光层下方缺乏光合作用的氧气补充，溶解氧的含量逐渐下降。超过1000m深的水层，氧含量并不随深度的增加而连续下降，而是在最小值后又开始上升。(b)二氧化碳、pH和氧化还原电势差 二氧化碳是植物光合作用的原料，实验证明：在光照强度增大的同时，增加二氧化碳可以使植物光合作用的速率加快，否则，虽然光照强度增大，而光合作用的速率反而会逐渐减弱。天然水体的pH最为稳定。大洋表层pH在8.18.3之间，深海接近7.5，在某些停滞的海盆底层pH可能接近于7。几乎所有的生物都是狭酸碱性的，能够忍受pH的范围一般在68

28、.5之间。氧化还原电势差（oxidation reduction potential）：是海洋环境的特性之一，代表化学系统氧化另一化学系统之能力，是以其与氢极电势差来表示。因为与pH有关，所以一般须注明pH。氧化还原关系：强度：以电势差表示；容量：即氧化还原系统之容量或能力。F、海水中有机物 海水有机物的主要来源是海洋生物的代谢产物、分解物、残渣和碎屑等。陆地所有生物活动所产生的有机物也可通过大气或河流进入海洋。根据存在形态，海洋中有机物可划分为三类：溶解性有机物（DOM）、颗粒性有机物（POM）和挥发性有机物（VOM）。溶解有机物的作用：溶解有机物作为浮游植物营养物质来源；溶解有机物作为“生

29、长因素”或称“辅助生长因 素”，如，维生素B1（硫胺素）、维生素B12 （钴胺素）；溶解有机物作为抑制生长因素，抗生素、抑制 藻类生长物质、藻类大量繁殖对动物的排斥 和有机物的螯合作用。生物生态因子A、食物联系B、共生（二）海洋沉积物与海洋生物间的相互关系1、海洋沉积物的来源及其类型 海洋沉积物是通过物理的、化学的和生物沉积作用过程所形成的海底沉积物的总称。（1）海洋沉积物来源：来自陆地岩石风化和剥蚀所形成的砂、粉沙和黏土；生物作用和化学作用所形成的各种沉积物；火山碎屑；海洋裂谷溢发来自地幔内部的物质；宇宙尘埃等。（2）海洋沉积物的类型：A、按深度划分 近岸沉积物（0200m）；深海沉积物（1

30、000 4000m）；深渊沉积物（40006000m）和超深渊沉积物（6000m至深海海底）。B、大陆边缘沉积 陆隆沉积或“等深线流沉积”深海沉积C、根据颗粒直径大小以及组成成分数量比例划分2、海洋沉积物与海洋底栖动物的分布 海洋基质为营底栖生活的动物提供了栖息生存和发展空间。另外也避免捕食者的威胁和环境突然变化提供一种有效的保护。趋触性或向趋性：海洋底栖生物在不同基质环境中的生存与发展是其在长期进化过程中对外界各种环境条件适应的结果，这一现象被称为趋触性或向趋性。负趋触性：底栖生物对特殊基质的排斥现象。3、海洋沉积物与海洋底栖动物的生命活动 海洋底栖动物的生命活动使沉积物中的有机质得以不断循

31、环。底栖生物的生活遗迹成为研究海洋变迁等演变的依据，对认识和鉴定古代底栖动物、寻找演化线索和促进古生态学的发展都有重要意义。海蚯蚓吞食沉积物摄取有机质，然后将沉积物排出体外，一年中就可将1900t沉积物从底层又运至表层。4、海洋沉积物与海洋底栖生物多样性的关系 关于海洋沉积物与多样性之间关系的分析研究较少，但这一研究对进一步分析探讨海洋底栖动物与其环境间的关系以及评价海洋环境质量及其变化具有重要意义。5、海洋沉积物与底栖生物群落A、底栖生物群落组成结构及其演替与沉积作用 的相互关系 组成种类及其丰度和生物量是生物群落组成结构的主要特点之一，其变化可以反映出底栖生物群落组成结构的演替过程和序列。B、海底-水层耦合 1992年Ott提出水层和海底系统之间的耦合。主要论述海水水域中有机碎屑不断的下沉到海底的过程以及作为底表和底内动物食物来源的意义。重点论述了海底底表和底内动物摄食过程与沉积作用和沉积物结构间的相互影响。