海洋非生物生态因子及其生态作用市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

第三章第三章 海洋非生物生态因子海洋非生物生态因子 及其生态作用及其生态作用 学习目标学习目标 掌掌握握环环境境和和生生态态因因子子基基本本概概念念，生生态态因因子子作作用用普普通通规规律，以及生物与环境之间辨证关系。律，以及生物与环境之间辨证关系。了了解解海海洋洋环环境境中中光光、温温度度、盐盐度度、海海流流等等主主要要生生态态因因子子分布特征及其生态作用。分布特征及其生态作用。了了解解溶溶解解气气体体主主要要组组分分起起源源与与消消耗耗路路径径及及其其与与生生物物代代谢谢活动关系。活动关系。第1页第一节第一节 生态因子作用普通规律生态因子作用普通规律 一、环境一、环境(environment)(environment)与生态因子与生态因子(ecological factors)(ecological factors)（一）环境（一）环境 泛指生物周围存在一切事物；或泛指生物周围存在一切事物；或某一特定生物某一特定生物 体或生物群体以外空间及直接、间接影响该生体或生物群体以外空间及直接、间接影响该生 物体或生物群体生存一切事物总和。物体或生物群体生存一切事物总和。（二）生态因子（二）生态因子 环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有 直接或间接影响环境要素。直接或间接影响环境要素。如温度、湿度、食如温度、湿度、食 物和其它相关生物等。物和其它相关生物等。第2页1 1、生态因子分类、生态因子分类 传统分类：非生物因子或称理化因子、生物因子传统分类：非生物因子或称理化因子、生物因子 按性质分：按性质分：气候因子、土壤因子、地形因子、生物因气候因子、土壤因子、地形因子、生物因 子、人为因子子、人为因子 按按稳定程度分：稳定因子、变动因子稳定程度分：稳定因子、变动因子2 2、生态因子作用特征、生态因子作用特征 综合性综合性 非等价性非等价性 阶段性阶段性 不可替换性和可不可替换性和可 赔偿性赔偿性 直接性和间接性直接性和间接性第3页 任何靠近或超出某种生物耐受极限而妨碍其生存、生长任何靠近或超出某种生物耐受极限而妨碍其生存、生长 、繁殖或扩散原因，就叫做、繁殖或扩散原因，就叫做限制因子（限制因子（limiting factors）。1.利比希最小因子定律（利比希最小因子定律（Liebigs Law of Minimum）“植物生长取决于处于最小量情况必需物质植物生长取决于处于最小量情况必需物质”。两个辅助原理：两个辅助原理：（1）利比希定律只在严格稳定条件下，即能量和物质）利比希定律只在严格稳定条件下，即能量和物质 流入和流出处于平衡情况下才适用。流入和流出处于平衡情况下才适用。（2）应用利比希定律时还应注意到因子相互影响问题。）应用利比希定律时还应注意到因子相互影响问题。二、限制因子原理二、限制因子原理 第4页 耐受程度耐受程度 (limits of tolerance)生态幅生态幅 (ecological amplitude)广适性生物广适性生物(eurytropic organism)狭适性生物狭适性生物(stenotropic organism)普普通通说说来来，一一个个生生物物耐耐受受范范围围越越广广，对对某某一一特特定定点点适适应应能能力力也也就就越越低低。与与此此相相反反是是，属属于于狭狭生生态态幅幅生生物物，通通常常对对范范围围狭狭窄窄环环境境条条件件含含有有极极强强适适应应能能力力，但但却却丧丧失失了在其它条件下生存能力。了在其它条件下生存能力。2谢尔福德耐受性定律谢尔福德耐受性定律（Shelfords Law of Tolerance）第5页第6页第7页 对耐受性定律一些补充原理可概括以下：对耐受性定律一些补充原理可概括以下：（1 1）生物可能对某一生态因子耐受范围很广，而对另一）生物可能对某一生态因子耐受范围很广，而对另一 个因子又很窄。个因子又很窄。（2 2）当某种生物对某一特定生态因子不是处于最适度状态）当某种生物对某一特定生态因子不是处于最适度状态 时，对其它生态因子耐受程度可能随之下降。时，对其它生态因子耐受程度可能随之下降。图示图示（3 3）在自然界中常可看到生物实际上并不在某一特定生态）在自然界中常可看到生物实际上并不在某一特定生态 因子最适范围内生活因子最适范围内生活.（4 4）生物对环境因子耐受性程度在其生活史中往往不是恒）生物对环境因子耐受性程度在其生活史中往往不是恒 定，而是随年纪（或发育阶段）以及其它条件而改变。定，而是随年纪（或发育阶段）以及其它条件而改变。第8页图图3-33-3第9页 驯驯化化（acclimation）：长长久久生生活活于于生生存存范范围围一一侧侧，其生态其生态 幅就可能偏移。幅就可能偏移。休休眠眠（dormancy）：生生物物体体在在不不良良环环境境下下不不活活动动状状态态，对对不不利利环环境境强强制制适适应应。休休眠眠期期耐耐受受范范围围变变宽宽并并最最大大程程度度地地降降低低能能量量消消耗耗，昆昆虫虫滞滞育育(diapause)、冬眠、夏眠。、冬眠、夏眠。3、生物对生态因子耐受程度调整生物对生态因子耐受程度调整第10页图图3-43-4图图3-43-4图图3-53-5第11页1生态因子综合作用生态因子综合作用 光、温度、溶解氧、二氧化碳、光、温度、溶解氧、二氧化碳、pH值值2生物与环境关系是相互、辩证生物与环境关系是相互、辩证 非非生生物物因因子子经经过过其其质质、量量和和连连续续时时间间三三个个方方面面作作用用于于生生物。物。生生态态适适应应：生生物物经经过过其其形形态态、生生理理、行行为为调调整整以以适适应应环环境因子改变。境因子改变。3从长久角度看，地球上出现生命后，本身在有机体从长久角度看，地球上出现生命后，本身在有机体 影影响响下下发发生生了了根根本本改改变变。较较短短生生态态时时间间尺尺度度看看，生生物物与与环环境境关关系系以以作作用用和和适适应应为为主主，反反作作用用为为辅辅；从从较较长长进进化化尺尺度度看，则以反作用为主，是一个相互影响、协同进化过程。看，则以反作用为主，是一个相互影响、协同进化过程。三、生物与环境辩证统一三、生物与环境辩证统一第12页一、光在海洋中垂直分布和水平分布一、光在海洋中垂直分布和水平分布 （一）海水中光衰减及海水透明度（一）海水中光衰减及海水透明度 因因反反射射、海海水水吸吸收收、悬悬浮浮与与溶溶解解物物质质吸吸收收与与散散射射，光光照照强度快速衰减。强度快速衰减。第二节第二节 光光 照照 I0：海海表表面面光光强强；ID：深深度度D处处光光强强；K：平平均均消消光光(衰衰减减)系系数数K值值大大小小与与水水体体洁洁净净程程度度相相关关，普普通通近近岸岸K 1；多多数数浅海浅海K 0.1；大西洋马尾藻海；大西洋马尾藻海K 0.025K lnI0lnIDD ID I0 ekD第13页 透明度（透明度（transparencytransparency）：）：间接地估算调查海间接地估算调查海 区消光系数（区消光系数（K K），并以此来预计透光层深度，方便实），并以此来预计透光层深度，方便实用。用。中国近海中国近海K K 1.51/1.51/S S，透光层深度，透光层深度L L 3.05 3.05 S S。透明度可反应海水贫瘠与肥沃程度。透明度可反应海水贫瘠与肥沃程度。透明度处于不停改变之中，不一样海区、同一海区不透明度处于不停改变之中，不一样海区、同一海区不一样时间。一样时间。第14页1透透光光层层，也也称称真真光光层层（euphotic zone 或或photic zone）：有有足足够够光光可可供供植植物物光光合合作作用用，光光合合作作用用量量超超出出植植物物呼呼吸吸消耗。消耗。2弱光层弱光层（disphotic zone）：在透光层下方，植物在一）：在透光层下方，植物在一 年年中中光光合合作作用用量量少少于于其其呼呼吸吸消消耗耗，但但光光线线足足够够动动物物对对其其产生反应。产生反应。3无光层无光层（aphotic zone）依据在垂直方向上光照条件分为几个层次依据在垂直方向上光照条件分为几个层次：第15页（二）光在海洋中水平分布（二）光在海洋中水平分布 太阳辐射含有显著纬度梯度：太阳辐射含有显著纬度梯度：热带海区一天中白天与黑夜各约热带海区一天中白天与黑夜各约12h,温带海区夏季光照时间超出温带海区夏季光照时间超出12h,冬季少于冬季少于12h在极区，连续在极区，连续6个月低能光照与个月低能光照与6个月黑暗交替。个月黑暗交替。第16页二、光照强度与藻类光合作用速率关系二、光照强度与藻类光合作用速率关系 1.光合作用速率与光强关系光合作用速率与光强关系 说明：说明：全部种类具相同规律（曲线形状相同）；全部种类具相同规律（曲线形状相同）；不一样种类位置不一样，尤其是不一样种类位置不一样，尤其是Ik：光饱和值：光饱和值图图3 36 6第17页 2.海洋藻类光合作用与辐照度关系因种而异海洋藻类光合作用与辐照度关系因种而异 图图3-73-7第18页n3.浮游植物光饱和值还与纬度有一定关系浮游植物光饱和值还与纬度有一定关系 第19页 光质（光谱成份）存在时空改变。光质（光谱成份）存在时空改变。光在海水中分布，见光在海水中分布，见图图 植植物物光光合合作作用用利利用用可可见见光光区区（生生理理有有效效辐辐射射）,其其中中红红、橙橙光光吸收最多，其次蓝、紫光，绿光最少（生理无效光）吸收最多，其次蓝、紫光，绿光最少（生理无效光）图示图示 辅辅助助色色素素、补补色色光光：蓝蓝光光与与紫紫光光有有利利于于花花青青素素合合成成，使使植植物物产产生生各各种种颜颜色色，并并引引发发向向光光性性，抑抑制制伸伸长长生生长长，红红光光促促进进伸伸长长生生长。紫色塑料膜可使茄子增产，兰色膜可使草莓增产长。紫色塑料膜可使茄子增产，兰色膜可使草莓增产。长波促进碳水化合物形成，短波促进有机酸和蛋白质合成。长波促进碳水化合物形成，短波促进有机酸和蛋白质合成。三、光质改变及其对生物影响三、光质改变及其对生物影响 第20页图图3 38 8图图3 39 9第21页图图3 31010第22页 （一）光与海洋生物垂直分布（一）光与海洋生物垂直分布 （二）浮游动物昼夜垂直移动现象（二）浮游动物昼夜垂直移动现象 总规律：白天，每一个种集中靠近一特定水层，临近黄总规律：白天，每一个种集中靠近一特定水层，临近黄 昏时，它们开始上升并连续整个黄昏时间，抵达表面后，在昏时，它们开始上升并连续整个黄昏时间，抵达表面后，在 完全黑暗夜间，种群趋于分散。临近天亮时再集中于表完全黑暗夜间，种群趋于分散。临近天亮时再集中于表 层，然后快速下降，直到原先白天栖息水层。层，然后快速下降，直到原先白天栖息水层。逃避捕食者、能量代谢上好处、有利于遗传交换、集群习逃避捕食者、能量代谢上好处、有利于遗传交换、集群习 性可降低被捕食机会、防止紫外线伤害性可降低被捕食机会、防止紫外线伤害 （三）其它海洋动物趋光行为及其在生产实践中应用（三）其它海洋动物趋光行为及其在生产实践中应用 三、光与海洋生物分布及动物趋光行为三、光与海洋生物分布及动物趋光行为第23页 生物光周期现象生物光周期现象 日日照照长长度度改改变变是是地地球球上上最最严严格格和和最最稳稳定定周周期期性性改改变变，所所以是生物节律最可靠信号系统。以是生物节律最可靠信号系统。植植物物：长长日日照照植植物物、短短日日照照植植物物、中中日日照照植植物物、日日中中性性植物植物 动动物物：鸟鸟类类迁迁移移、哺哺乳乳动动物物生生殖殖和和换换毛毛、昆昆虫虫冬冬 眠眠和和滞滞育等都有显著季节规律育等都有显著季节规律 月月周周期期与与潮潮汐汐周周期期：招招潮潮蟹蟹体体色色（低低潮潮时时最最深深）随随潮潮汐汐推迟，人为黑暗也能变色；银海鱼在满月和新月时繁殖推迟，人为黑暗也能变色；银海鱼在满月和新月时繁殖第24页第三节第三节 温温 度度（一）表层水温改变（一）表层水温改变 展现显著自低纬度到高纬度递减纬度梯度展现显著自低纬度到高纬度递减纬度梯度一、海洋水温分布一、海洋水温分布图图3 31111第25页 不一样纬度差异不一样纬度差异（二）海洋水温垂直分布（二）海洋水温垂直分布图图3 31212第26页 （一）海洋生物对温度耐受程度（广温性与狭温性）（一）海洋生物对温度耐受程度（广温性与狭温性）温度三基点：上限、下限及适宜范围温度三基点：上限、下限及适宜范围 常温动物和变温动物；外温动物与内温动物常温动物和变温动物；外温动物与内温动物 低温致死原因：低温致死原因：（1）冰晶使原生质破裂）冰晶使原生质破裂 （2）细胞形成冰晶时，胞内电解质浓度改变，引发细胞）细胞形成冰晶时，胞内电解质浓度改变，引发细胞 渗透压改变，蛋白质变性渗透压改变，蛋白质变性 （3）脱水使蛋白质沉淀）脱水使蛋白质沉淀 （4）代谢失调）代谢失调 二、海洋生物对温度耐受程度二、海洋生物对温度耐受程度 及海洋生物地理分布及海洋生物地理分布第27页 （1）蛋白质凝固变性）蛋白质凝固变性 （2）酶活性被破坏）酶活性被破坏 （3）氧供给不足，排泄等功效失调）氧供给不足，排泄等功效失调 （4）神经系统麻痹等）神经系统麻痹等 生物体最适温度范围靠近上限，而下限安全性高于上限生物体最适温度范围靠近上限，而下限安全性高于上限 高温致死原因：高温致死原因：第28页（二）温度与海洋生物地理分布与迁移（二）温度与海洋生物地理分布与迁移 1温度与海洋生物地理分布温度与海洋生物地理分布 温温度度和和降降水水是是影影响响生生物物在在地地球球表表面面分分布布两两个个最最主主要要生生态态因因子子，二二者者共共同同作作用用决决定定着着生生物物群群落落在在地地球球分分布布总总格格局。局。普普通通地地说说，温温度度暖暖和和地地域域生生物物种种类类多多；反反之之，严严寒寒地地域生物种类较少。域生物种类较少。当当前前日日益益显显著著全全球球气气候候变变暖暖趋趋势势以以及及局局部部地地域域热热污污染染可可能能将严重影响地球物种分布。将严重影响地球物种分布。第29页 2两极同源和热带沉降两极同源和热带沉降 南北两半球中高纬度生物在系统分类上表现有亲密南北两半球中高纬度生物在系统分类上表现有亲密关系关系，有对应种、属、科存在，这些种类在热带海区消，有对应种、属、科存在，这些种类在热带海区消失。一些广盐性和广深性冷水种，其分布可能从南北两失。一些广盐性和广深性冷水种，其分布可能从南北两半球高纬度表层经过赤道区深水层而成为一个连续半球高纬度表层经过赤道区深水层而成为一个连续分布。分布。3温度与海洋生物迁移温度与海洋生物迁移第30页 Q10=（R2/R1）10/（t1 t2）Q10普通介于普通介于23之间之间 如一个虾如一个虾5 时心率每分钟时心率每分钟100，25 时时400，则：，则：Q10=（400/100）10/（255）=2 三、温度对新陈代谢和发育生长影响三、温度对新陈代谢和发育生长影响（一）温度与新陈代谢速率关系（一）温度与新陈代谢速率关系温度系数：温度系数：Q10 体温体温T 时代谢速率时代谢速率体温（体温（T10）时代谢速率）时代谢速率 第31页 （二）温度与生殖、生长和发育关系（二）温度与生殖、生长和发育关系 1生殖区与不育区：生殖区与不育区：2有效积温法则：有效积温法则：K N（T C）K热常数热常数(thermal constant)：完成某一发育阶段所：完成某一发育阶段所需总热量需总热量 C 生物学零度生物学零度(biological zero)：发育起点温度：发育起点温度 N 发育历期，即完成某一发育阶段所需天数发育历期，即完成某一发育阶段所需天数 T 发育期平均温度发育期平均温度 应用：在适温范围内，提升温度可促进性腺发育、繁应用：在适温范围内，提升温度可促进性腺发育、繁殖、生长。殖、生长。第32页 Allens rule：内温动物在严寒地域身体突出部分有变短趋势内温动物在严寒地域身体突出部分有变短趋势 Bergmans rule：内温动物在严寒地域身体趋于增大，可减内温动物在严寒地域身体趋于增大，可减 少体壁热传导；温和气候身体趋于小。少体壁热传导；温和气候身体趋于小。（三）变温状态生态作用（三）变温状态生态作用 研究表明在适温范围内，周期性变温对生命活动有主动意义研究表明在适温范围内，周期性变温对生命活动有主动意义 如大型溞发育和生长以及种群增加率，在如大型溞发育和生长以及种群增加率，在205变温变温 条件下显著高于条件下显著高于20恒温条件；一些海产经济软体动物在人恒温条件；一些海产经济软体动物在人 工繁殖时也应用变温刺激以到达催产目标。工繁殖时也应用变温刺激以到达催产目标。第33页 第四节第四节 盐盐 度度 一、海水盐度与分布一、海水盐度与分布 （一）海水组分和盐度（一）海水组分和盐度 第34页 盐度（盐度（salinity）：溶解于）：溶解于1 kg海水中无机盐总量（克海水中无机盐总量（克 数）。数）。（二）海洋盐度分布（二）海洋盐度分布 远离海岸大洋表层水盐度改变不大（远离海岸大洋表层水盐度改变不大（3437），平均为），平均为35，浅海区受大陆淡水影响，盐度较大洋低，且波动范围也较浅海区受大陆淡水影响，盐度较大洋低，且波动范围也较 大（大（2730）。）。尽管大洋海水盐度是可变，但其主要组分含量百分比却尽管大洋海水盐度是可变，但其主要组分含量百分比却 几乎是恒定，不受生物和化学反应显著影响，此即所谓几乎是恒定，不受生物和化学反应显著影响，此即所谓 “Marcet”标准标准，或称，或称“海水组成恒定性规律海水组成恒定性规律”。第35页图图3 31313第36页 （一）盐度与海洋生物渗透压（一）盐度与海洋生物渗透压 海洋动物可分为渗压随变动物（贻贝、海胆）与低渗压动物海洋动物可分为渗压随变动物（贻贝、海胆）与低渗压动物 渗压随变动物：体液与海水渗透压相等或相近渗压随变动物：体液与海水渗透压相等或相近 低低渗渗压压动动物物：大大部部分分海海洋洋硬硬骨骨鱼鱼类类经经常常经经过过鳃鳃（盐盐细细胞胞）把把多多出出盐盐排排出出体体外外或或降降低低尿尿排排出出量量或或提提升升尿尿液液浓浓度度等等方方式式来来实实现体液与周围介质渗透调整。现体液与周围介质渗透调整。低盐环境下鳃主动吸收离子，排出量大而稀尿液。低盐环境下鳃主动吸收离子，排出量大而稀尿液。洄游鱼类：内分泌调整改变离子泵方向洄游鱼类：内分泌调整改变离子泵方向二、盐度对海洋生物影响二、盐度对海洋生物影响 第37页图图3 31515图图3 31414第38页 （二）盐度与海洋生物分布（狭盐性生物与广盐性生物）（二）盐度与海洋生物分布（狭盐性生物与广盐性生物）1.狭盐性生物（狭盐性生物（stenohaline）2.广盐性生物（广盐性生物（euryhaline）（三）不一样盐度海区物种数量差异（三）不一样盐度海区物种数量差异 盐度降低和变动，通常伴伴随物种数目标降低盐度降低和变动，通常伴伴随物种数目标降低，海洋动海洋动 物区系在生态学上主要特点，是以狭盐性变渗压种类为物区系在生态学上主要特点，是以狭盐性变渗压种类为 主主。第39页第五节第五节 表表 层层 流流 一、大洋表层环流一、大洋表层环流图图3 31616第40页图图3 31717第41页 （一）海流有扩大海洋生物分布作用（一）海流有扩大海洋生物分布作用 暖流可将南方喜热性动物带到较高纬度海区；而寒流则可将暖流可将南方喜热性动物带到较高纬度海区；而寒流则可将 北方喜冷性动物带到较低纬度海区。北方喜冷性动物带到较低纬度海区。海流也有利于一些鱼类完成海流也有利于一些鱼类完成“被动洄游被动洄游”。（二）海流与海洋生物生产力关系（二）海流与海洋生物生产力关系 海水辐散或辐聚关系到海洋表层浮游植物所需营养盐类能海水辐散或辐聚关系到海洋表层浮游植物所需营养盐类能 否得到补充。否得到补充。海洋中几个强大暖流和寒流交汇海区，多形成世界上良海洋中几个强大暖流和寒流交汇海区，多形成世界上良 好渔场。好渔场。（三）（三）影响气候影响气候 黑潮输送热量相当于每秒燃烧黑潮输送热量相当于每秒燃烧38000吨石油。吨石油。二、海流生态作用二、海流生态作用 第42页第六节第六节 溶解气体溶解气体 影响海水中溶解气体含量主要原因：影响海水中溶解气体含量主要原因：各种气体在水中溶解度不一样；各种气体在水中溶解度不一样；温度与盐度影响，通常是温度和盐度越低，溶解量越高；温度与盐度影响，通常是温度和盐度越低，溶解量越高；与生物活动相关。与生物活动相关。第43页一、溶解氧（一、溶解氧（O2）起源：空气溶解与植物光合作用起源：空气溶解与植物光合作用 消耗：海洋生物呼吸、有机物质分解、还原性无机物氧化。消耗：海洋生物呼吸、有机物质分解、还原性无机物氧化。垂直改变：表层海水因为光合作用旺盛及混合作用显著，垂直改变：表层海水因为光合作用旺盛及混合作用显著，通常处于饱和状态；透光层下方缺乏光合作用氧气补通常处于饱和状态；透光层下方缺乏光合作用氧气补 充，溶解氧含量逐步下降，在某一深度出现最小含氧充，溶解氧含量逐步下降，在某一深度出现最小含氧 层层；之后，氧含量并不随深度增加而连续下降，而是；之后，氧含量并不随深度增加而连续下降，而是 又开始上升（下层潜流着从极区表层下沉而来低温富氧又开始上升（下层潜流着从极区表层下沉而来低温富氧 水水团团，加加上上大大洋洋深深层层生生物物量量较较少少，呼呼吸吸和和分分解解作作用用耗耗氧氧较较少少）。）。第44页第45页 起源：空气溶入、动植物和微生物呼吸、有机物质氧化起源：空气溶入、动植物和微生物呼吸、有机物质氧化 分解以及少许分解以及少许CaCO3溶解溶解 消耗：主要是光合作用，一些消耗：主要是光合作用，一些CaCO3形成也消耗形成也消耗CO2 二氧化碳二氧化碳碳酸盐体系：碳酸盐体系：COCO2 2HH2 2O O HH2 2COCO3 3 HCOHCO3 3HH COCO3 32 22H2H 溶溶溶溶 解解解解 离离离离 解解解解 二、二氧化碳二、二氧化碳（CO2）和和pH值值第46页 海水游离海水游离CO2含量增高（或降低）过程，也就是含量增高（或降低）过程，也就是pH值下值下 降（或上升）过程。降（或上升）过程。pH与与CO2含量、溶解氧亲密相关，直接或间接地影响海洋含量、溶解氧亲密相关，直接或间接地影响海洋 生物营养和消化、呼吸、生长、发育和繁殖，可作为反生物营养和消化、呼吸、生长、发育和繁殖，可作为反 映水体综合性质指标。映水体综合性质指标。三、氮（三、氮（N2）惰性气体、固氮作用惰性气体、固氮作用 第47页