海洋非生物生态因子及其生态作用

第三章海洋非生物生态因子

及其生态作用

学习目标掌握环境和生态因子基本概念，生态因子作用普通规律，以及生物与环境之间辨证关系。了解海洋环境中光、温度、盐度、海流等主要生态因子分布特征及其生态作用。了解溶解气体主要组分起源与消耗路径及其与生物代谢活动关系。

第1页第一节生态因子作用普通规律

一、环境(environment)与生态因子(ecologicalfactors)

（一）环境泛指生物周围存在一切事物；或某一特定生物体或生物群体以外空间及直接、间接影响该生物体或生物群体生存一切事物总和。（二）生态因子环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响环境要素。如温度、湿度、食物和其它相关生物等。第2页1、生态因子分类①传统分类：非生物因子或称理化因子、生物因子②按性质分：气候因子、土壤因子、地形因子、生物因子、人为因子

③按稳定程度分：稳定因子、变动因子2、生态因子作用特征

①综合性②非等价性③阶段性④不可替换性和可赔偿性⑤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、繁殖或扩散原因，就叫做限制因子（limitingfactors）。

1.利比希最小因子定律（Liebig'sLawofMinimum）

“植物生长取决于处于最小量情况必需物质”。

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。

二、限制因子原理

第4页耐受程度(limitsoftolerance)生物(eurytropicorganism)

生态幅(ecologicalamplitude)广适性狭适性生物(stenotropicorganism)

普通说来，一个生物耐受范围越广，对某一特定点适应能力也就越低。与此相反是，属于狭生态幅生物，通常对范围狭窄环境条件含有极强适应能力，但却丧失了在其它条件下生存能力。2．谢尔福德耐受性定律（Shelford‘sLawofTolerance）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：（1）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。（2）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。图示（3）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.（4）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。第8页图3-3第9页

驯化（acclimation）：长久生活于生存范围一侧，其生态幅就可能偏移。休眠（dormancy）：

生物体在不良环境下不活动状态，对不利环境强制适应。休眠期耐受范围变宽并最大程度地降低能量消耗，昆虫滞育(diapause)、冬眠、夏眠。3、生物对生态因子耐受程度调整第10页图3-4图3-4图3-5第11页1．生态因子综合作用光、温度、溶解氧、二氧化碳、pH值2．生物与环境关系是相互、辩证非生物因子经过其质、量和连续时间三个方面作用于生物。生态适应：生物经过其形态、生理、行为调整以适应环境因子改变。3．从长久角度看，地球上出现生命后，本身在有机体影响下发生了根本改变。较短生态时间尺度看，生物与环境关系以作用和适应为主，反作用为辅；从较长进化尺度看，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第12页一、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

因反射、海水吸收、悬浮与溶解物质吸收与散射，光照强度快速衰减。第二节光照

I0：海表面光强；ID：深度D处光强；K：平均消光(衰减)系数K值大小与水体洁净程度相关，普通近岸K≈1；多数浅海K≈0.1；大西洋马尾藻海K≈0.025K＝

lnI0－lnIDD

ID＝I0e－kD第13页

透明度（transparency）：间接地估算调查海区消光系数（K），并以此来预计透光层深度，方便实用。中国近海K＝1.51/S，透光层深度L＝3.05S。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、同一海区不一样时间。第14页1．透光层，也称真光层（euphoticzone或photiczone）：有足够光可供植物光合作用，光合作用量超出植物呼吸消耗。2．弱光层（disphoticzone）：在透光层下方，植物在一年中光合作用量少于其呼吸消耗，但光线足够动物对其产生反应。3．无光层（aphoticzone）

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

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12h,温带海区夏季光照时间超出12h,冬季少于12h在极区，连续6个月低能光照与6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

1.光合作用速率与光强关系说明：①全部种类具相同规律（曲线形状相同）；②不一样种类位置不一样，尤其是Ik：光饱和值图3－6第17页

2.海洋藻类光合作用与辐照度关系因种而异

图3-7第18页3.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。光在海水中分布，见图

植物光合作用利用可见光区（生理有效辐射）,其中红、橙光吸收最多，其次蓝、紫光，绿光最少（生理无效光）图示

辅助色素、补色光：蓝光与紫光有利于花青素合成，使植物产生各种颜色，并引发向光性，抑制伸长生长，红光促进伸长生长。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。三、光质改变及其对生物影响

第20页图3－8图3－9第21页图3－10第22页

（一）光与海洋生物垂直分布

（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、光与海洋生物分布及动物趋光行为第23页生物光周期现象日照长度改变是地球上最严格和最稳定周期性改变，所以是生物节律最可靠信号系统。植物：长日照植物、短日照植物、中日照植物、日中性植物动物：鸟类迁移、哺乳动物生殖和换毛、昆虫冬眠和滞育等都有显著季节规律月周期与潮汐周期：招潮蟹体色（低潮时最深）随潮汐推迟，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

温

度（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一、海洋水温分布图3－11第25页不一样纬度差异（二）海洋水温垂直分布图3－12第26页

（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、下限及适宜范围常温动物和变温动物；外温动物与内温动物

低温致死原因：

（1）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，引发细胞渗透压改变，蛋白质变性（3）脱水使蛋白质沉淀（4）代谢失调

二、海洋生物对温度耐受程度及海洋生物地理分布第27页（1）蛋白质凝固变性（2）酶活性被破坏（3）氧供给不足，排泄等功效失调（4）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

高温致死原因：第28页（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

温度和降水是影响生物在地球表面分布两个最主要生态因子，二者共同作用决定着生物群落在地球分布总格局。普通地说，温度暖和地域生物种类多；反之，严寒地域生物种类较少。当前日益显著全球气候变暖趋势以及局部地域热污染可能将严重影响地球物种分布。第29页2．两极同源和热带沉降

南北两半球中高纬度生物在系统分类上表现有亲密关系，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半球高纬度表层经过赤道区深水层而成为一个连续分布。

3．温度与海洋生物迁移第30页Q10=（R2/R1）10/（t1－t2）Q10普通介于2~3之间如一个虾5℃时心率每分钟100，25℃时400，则：Q10=（400/100）10/（25－5）=2

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温度系数：Q10

＝

体温T

℃时代谢速率体温（T－10℃）时代谢速率

第31页

（二）温度与生殖、生长和发育关系

1．生殖区与不育区：

2．有效积温法则：K

＝N（T－C）

K＝热常数(thermalconstant)：完成某一发育阶段所需总热量

C

＝生物学零度(biologicalzero)：发育起点温度

N

＝发育历期，即完成某一发育阶段所需天数

T

＝发育期平均温度应用：在适温范围内，提升温度可促进性腺发育、繁殖、生长。第32页

Allen’srule：内温动物在严寒地域身体突出部分有变短趋势

Bergman’srule：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。

（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如大型溞发育和生长以及种群增加率，在20±5℃变温条件下显著高于20℃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。第33页第四节

盐

度

一、海水盐度与分布

（一）海水组分和盐度

第34页盐度（salinity）：溶解于1kg海水中无机盐总量（克数）。（二）海洋盐度分布

远离海岸大洋表层水盐度改变不大（34~37），平均为35，浅海区受大陆淡水影响，盐度较大洋低，且波动范围也较大（27~30）。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“Marcet”标准，或称“海水组成恒定性规律”。第35页图3－13第36页

（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）与低渗压动物渗压随变动物：体液与海水渗透压相等或相近低渗压动物：大部分海洋硬骨鱼类经常经过鳃（盐细胞）把多出盐排出体外或降低尿排出量或提升尿液浓度等方式来实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。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

第37页图3－15图3－14第38页

（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（stenohaline）

2.广盐性生物（euryhaline）

（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，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主。第39页第五节

表

层

流

一、大洋表层环流图3－16第40页图3－17第41页

（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“被动洄游”。

（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，多形成世界上良好渔场。

（三）影响气候黑潮输送热量相当于每秒燃烧38000吨石油。二、海流生态作用

第42页第六节

溶解气体

影响海水中溶解气体含量主要原因：①各种气体在水中溶解度不一样；②温度与盐度影响，