海洋生态学-第七章教案资料

第七章海洋食物(shíwù)网与能流分析第一页，共37页。第一节海洋经典食物链和微型生物(shēngwù)食物网一、海洋经典食物链（一）牧食食物链大洋(dàyáng)食物链（6个营养级）第二页，共37页。沿岸(yánàn)、大陆架食物链（4个营养级）上升流区食物链（3个营养级）第三页，共37页。碎屑（浮游植物及水底大型植物、其中(qízhōng)有原生动物和细菌等）→碎屑取食者（如线虫、多毛类、腹足类、小螃蟹、虾类和小鱼）→小型食肉动物（鲤科小鱼）→大型食肉动物（游钓鱼类）碎屑来源：尸体、蜕皮、粪团碎屑在海洋生态系统中的重要性：①能流大;②加强生态系统的多样性与稳定性;③对近岸和外海、大洋表层和底层的能量流（和物质流）起联结作用;④营养价值很高。（二）碎屑食物链第四页，共37页。二、微型(wēixíng)生物食物环（网）（一）什么叫微食物环（网）网采浮游植物→桡足类→鱼类细菌的二次生产（bacterialsecondaryproduction）DOM→异养浮游细菌→原生动物→桡足类的摄食关系(guānxì)微微型自养生物→原生动物→桡足类的摄食关系(guānxì)“微型生物食物网”（microbialfoodweb）第五页，共37页。（二）微型(wēixíng)生物食物网的基本结构第六页，共37页。（三）病毒在微食物(shíwù)网中的作用病毒对微食物网中各类生物的数量平衡和维持相对稳定性起重要作用，或者说，病毒也应是微食物网的重要成员。海洋病毒的生产力能直接影响细菌生产力，抑制浮游植物和原生动物的繁殖(fánzhí)率。病毒感染造成的细菌、浮游植物和原生动物裂解死亡过程中产生的DOM，反过来又能促进细菌的繁殖(fánzhí)。原生动物不仅能摄食异养细菌以及微型和微微型自养生物，同时也能摄食病毒。第七页，共37页。三、微食物(shíwù)环中各类生物的生物量与生产力（一）异养细菌营养丰富海区，细菌丰度可达6.3×106cell/ml，即使是在营养物质少的4,200m深海中，细菌数量也有3.4×104cell/ml。虽然细菌的生产速度(sùdù)依海域和深度的不同变化很大，但是多数相当于初级生产速率的20~30%。第八页，共37页。（二）微微型光合自养生物蓝细菌：粒径为0.5~1.5μm，103~105个/ml水平。原绿球菌：0.4~0.8Μm，数量通常高于蓝细菌（在寡营养(yíngyǎng)海区要高出1~2个数量级）。微微型光合真核生物：丰度一般比原绿球菌和蓝细菌少。（三）微型和小型浮游动物粒径2~20μm大小的原生动物，主要由鞭毛虫和部分纤毛虫（无壳纤毛虫）组成。第九页，共37页。四、微食物网在海洋生态系统(shēnɡtàixìtǒnɡ)能流、物流中的重要作用（一）在能流过程中的作用与经典食物链共同构成完整的海洋生态系统能流结构微食物网能流量在海洋生态系统能流量基础环节中占有很高的比例异养微生物和超微型自养生物的生产力总和(zǒnghé)构成大部分海域能流的主要基础环节大部分海区的中型浮游动物仅直接消耗浮游植物总生产量的较少部分（不超过1/3）。第十页，共37页。营养物质在微食物网中的更新很快微食物网的消费者所产生的微细有机碎屑可长时间的滞留在真光层水体中，对维持真光层的营养物质供应和稳定初级生产水平有很重要的意义。微食物网产生的小颗粒在细菌作用下形成的微小有机凝聚体中有丰富的溶解有机物、细菌和微型(wēixíng)异养生物，是营养物质快速循环的活性中心。（二）在物质循环(xúnhuán)中的作用第十一页，共37页。第十二页，共37页。第二节海洋简化食物网及营养结构的上行下行(xiàxíng)控制一、简化食物网及营养物种营养结构分析(fēnxī)的难题：海洋食物关系（食物网）是非常复杂，初级碎屑物来源难以归入某一特定的营养级。“营养层次”、功能群（同资源种团）简化食物网营养层次关键功能种第十三页，共37页。第十四页，共37页。第十五页，共37页。二、食物网的上行(shàngxíng)控制和下行控制上行控制（bottom-upcontrol）是指较低营养层次（如浮游植物）的种类组成(zǔchénɡ)和生物量对较高营养层次（如食植性浮游动物和鱼类）的种类组成(zǔchénɡ)和生物量的控制作用，即所谓资源控制。下行控制（top-downcontrol）是指较高营养层次（捕食者）的种类组成(zǔchénɡ)和生物量对较低营养层次（被捕食者）的控制作用，即所谓捕食者控制。第十六页，共37页。海洋浮游动物同时具有上行控制和下行控制的重要作用对初级生产力的控制对营养(yíngyǎng)级间生态转换效率的调控：功能响应与数量响应对高层捕食者的控制作用对水层―底栖耦合（pelagicbenthiccoupling）关系的控制作用第十七页，共37页。三、营养(yíngyǎng)层次的测定（一）食性(shíxìng)分析法第十八页，共37页。（二）稳定(wěndìng)同位素法利用一种元素具有(jùyǒu)不同同位素（化学性质相同，但质量不同）的特征，根据同位素相对丰度在不同营养级间的差异来分析食物网。在生物学传递过程中，较重的同位素会滞留而产生富集。第十九页，共37页。四、粒径谱、生物量谱的概念(gàiniàn)及其在海洋生态系统能流研究中的应用（一）粒径谱、生物量谱的概念粒径谱：如果把海洋中的生物，从微生物和单细胞浮游植物到浮游动物、直至鱼类和哺乳类，都视为“颗粒(kēlì)”，并以统一的相应球型直径(equivalentsphericaldiameter,ESD)表示其大小，那么某一特定生态系统各粒度级上的生物量分布将遵循一定的规律，即顺营养层次向上总生物量略有下降。第二十页，共37页。在平衡状态(zhuàngtài)下粒径谱是一条有着很低斜率的直线

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10-3

10-4

10-5

10-2

10-1

10-3

10-4

10-2

10-1

1

102

103

10

1

鞭毛虫

浮游动物

鱼、鱿鱼

金枪鱼

硅藻

磷虾

须鲸

粒径/cm

生物量/(g/m3)

图8.16海洋食物链中不同个体大小的平均生物量（Lalli&Parsons

1997）

上线：南大洋

下线：赤道太平洋

第二十一页，共37页。生物量谱相同ESD的颗粒（生物）其含能量差别很大。以生物量谱（biomasssizespectra）代替粒径谱能更准确反映不同(bùtónɡ)粒级成员能量的关系，其实质是生物量能谱。第二十二页，共37页。(二)粒径谱、生物量谱概念在海洋(hǎiyáng)生态系统能流中的应用粒径谱和生物量谱可反映生态系统的状态或动态；可以对不同生态系统的特点(tèdiǎn)进行比较；从某一粒度级的生物量去推算其他粒度级的生物量或产量。可以作为确定最大持续捕捞量的依据，也可以应用粒径谱方法计算初级生产力。应用的主要特点(tèdiǎn)：简便、实用第二十三页，共37页。第三节消费者的能流分析(fēnxī)与次级生产力一、消费者的能量收支模式(móshì)与生态效率（一）消费者的能量收支模式(móshì)C＝F＋U＋R＋G肉食性鱼类：100C＝20F＋7U＋44R＋29G植食性鱼类：100C＝41F＋2U＋37R＋20G第二十四页，共37页。（二）生态(shēngtài)效率与生态(shēngtài)学金字塔

食物种群＝

动物得到的＝

动物未得到的

动物吃进的＝

动物未吃进的

被同化的＝

未同化的

次级生产量＝

呼吸代谢

被更高营养级取食

未被取食

第二十五页，共37页。⑴同化效率Ae＝A/C生产者：被植物固定的能量/植物吸收的太阳能消费者：被动物(dòngwù)消化吸收的能量/动物(dòngwù)摄食的能量⑵总生长（生产）效率指消费者的净产量（P）占其摄食量的比值K1＝P/C⑶净生长（生产）效率消费者的净产量与其同化量的比值K2＝P/A第二十六页，共37页。⑷消费效率（利用效率）n+1营养级消费（即摄食(shèshí)）的能量占营养级n净产量的比值Ec＝Cn+1/Pn消费效率＝n+1营养级消费能量/n营养级的净生产量⑸林德曼效率n+1营养级获得的能量/n营养级获得的能量Le＝Cn+1/Cn＝(An/Cn)×(Pn/An)×(Cn+1/Pn)第二十七页，共37页。第二十八页，共37页。生态效率的一些规律：一般大型动物的生长效率低于小型动物，老年低于幼年。肉食动物的同化(tónghuà)效率高于植食动物。变温动物的生长效率高于恒温动物。大洋群落食物链的平均生态效率比沿岸上升流区的低。与陆地食植性动物对植物的消耗和吸收相比较，海洋浮游动物对浮游植物的利用效率和总生长效率都比较高。海洋生态系统平均生态效率通常比陆地的高。第二十九页，共37页。二、各类消费者的生物量与生产力

（一）消费者的生物量与生产力生态学上常用生产量与平均生物量的比率（简称(jiǎnchēng)P/B比值或周转率）来比较各类动物的次级生产水平。浮游动物的P/B（年）比值变化范围很大，但大部分种群多在10~30之间，比浮游植物的P/B比值小一个数量级。食植性种类比食肉性种类的高，小型浮游动物比大型浮游动物的高。鱼类的P/B（年）比值比浮游动物至少又少一个数量级。第三十页，共37页。（二）影响消费者产量(chǎnliàng)的因素第三十一页，共37页。第三十二页，共37页。三、动物(dòngwù)种群产量的测定方法（一）股群法（cohortmethod）存活个体的增重量加上损失的个体的增重量损失的生物量加上存活的生物量的变化(biànhuà)量可以应用于鱼类、底栖生物和世代不相重叠的桡足类种群。第三十三页，共37页。（二）积累生长(shēngzhǎng)法（cumulativegrowmethod）繁殖连