《海洋生态学》海洋初级生产力课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PPT课件,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PPT课件,*,第七章 海洋初级生产力,学习目的,掌握海洋生产力的各种基本概念、影响因素、地理分布和季节分布规律,了解全球海洋初级生产力研究的前言进展,了解初级生产力的测定方法（,14,C,法低估生产力的原因）,掌握海洋新生产力的分布规律和研究新生产力的意义,1,PPT课件,第七章 海洋初级生产力 学习目的掌握海洋生产力的各种基本,第一节 海洋生物生产及初级生产力的测定方法,生产者是生物群落中最基本和最关键的成分,海洋初级生产的重要意义：,为海洋生态系统的运转提供能量来源；,估算渔业产量；,对全球的碳循环的重要影响。,2,PPT课件,第一节 海洋生物生产及初级生产力的测定方法 生产者是生物群,一、生物生产力的有关概念,生物生产力就是生物通过同化作用生产（或积累）有机物的能力，它包括：,1,初级生产力（,primary productivity,）,单位：,g(,干重,)/m2 a,，,g C/m2 a,，,J/m2 a,说明：上式仅为代表式；强调时间过程,总初级生产（,gross primary production,）,净初级生产（,net primary production,）,光能,叶绿素,CO,2,H,2,O,（,CH,2,O,）,O,2,能量,3,PPT课件,一、生物生产力的有关概念单位：g(干重)/m2 a， g,2,次级生产力（,secondary productivity,）,3,群落净生产力（,net community productivity,）,群落净生产力 净初级生产力 异养呼吸消耗,从群落整体考虑有无生物量的积累,与群落的发展与成熟度有关,4,现存量、周转率、周转时间,生产力,=,现存量,周转率,4,PPT课件,2次级生产力（secondary productivity,图,7-1,两个平衡的群落（输入,输出）的模式,（,A,输入和输出都较低、周,转慢；,B,输入和输出都较高、周转快。）（引自,Krebs 1978,）,现存量,现存量,生产量,生产量,减少量,减少量,A,B,5,PPT课件,图7-1两个平衡的群落（输入 输出）的模式（A输入和,（一）光合作用（,photosynthesis,）,1,光反应（,light reaction,）,2,暗反应（,dark reaction,）,二、初级生产过程的基本化学反应,（二）化学合成作用（,chemosynthesis,）,辅助色素（,accessory pigments,）：包括胡萝卜素、岩藻黄素、藻蓝蛋白等。,叶绿素,a,（,Chla,）吸收范围,652700 nm,，吸收峰,670695 nm,，而可见光范围,400720 nm,，辅助色素可拓宽吸收范围，但不能进行电子传递,6,PPT课件,（一）光合作用（photosynthesis）二、初级生产过,（一）测氧法,三、海洋初级生产力的测定方法,（二）,14,C,示踪法,丹麦科学家,Steemann-Nielsen,在,20,世纪,50,年代首先应用于海洋方面的研究,优点：准确性高，所得结果接近于净产量的数值,缺点：技术性强（吸附、污染）、危险,现场法（,in situ method,）,模拟现场法（,the simulated in situ method,）,光能,叶绿素,*,CO,2,H,2,O,（,*,CH,2,O,）,O,2,7,PPT课件,（一）测氧法 三、海洋初级生产力的测定方法（二）14C示踪法,原理,同化指数（,assimilation index,）或称同化系数（,coefficient of assimilation,）是指单位,Chla,在单位时间内合成的有机碳量，其单位为,mgC/,（,mg Chlah,）。,公式：,初级生产力（,P,）,=,叶绿素含量（,Chl a,）,同化指数（,Q,）,Chl a,、,Q,分别由分光光度法和,14,C,测定,优点：大大减轻工作量与费用，不必每个测站采用,14,C,法,影响因素：藻类适应性；环境营养盐含量；光照条件；温度等,大小藻类、维管束植物产量估计,收获量法、钟罩、掉落物,（三）叶绿素同化指数法,8,PPT课件,原理大小藻类、维管束植物产量估计（三）叶绿素同化指数法8P,第二节 影响海洋初级生产力的因素,一、光,1,、藻类光合作用与辐照度的抛物线关系,在光抑制之前的曲线可用下式表示：,P,(g),=,P,max,I,/,（,I,k,+,I,),图,7-2,光合作用对光强变化的反应（引自,Parsons,1984,）,P,max,P,g,P,n,呼吸,补偿点,光抑制,?,P,?,I,I,C,I,K,光强,(,I,),/,Cal/(ml,min),光合作用,(,P,),/,mg C/(ml,h,),0,9,PPT课件,第二节 影响海洋初级生产力的因素 一、光 在光抑制,2,、饱和光强,不同种类、不同纬度、不同季节饱和光强不同,适应性,3,、,补偿深度,（,the compensation depth,）、补偿光强（,the compensation light intensity,）、补偿点,理论上的真光层深度,纬度、季节、天气、浊度、时间、海况的影响,10,PPT课件,2、饱和光强10PPT课件,0,10,20,30,40,50,60,深,度,/m,总初级生产和呼吸作用（任意单位）,净初级生产,呼,吸,作,用,光合作用,图,7-3,中纬度海区晴天的初级生产与深度的关系（引自,Tait 1981,）,1,2,3,4,1,2,3,11,PPT课件,0 10 20 30 40 50,根据式,I,D,=,I,0,e,KD,可得,ln,I,D,= ln,I,0,KD,(1),D,= (ln,I,0,ln,I,D,) /,K,(2),以补偿深度的光强,I,C,取代,I,D,，则,D,即为补偿深度（,D,C,）,D,C,= (ln,I,0,ln,I,C,) /,K,(3),式中,I,0,可现场实测，,K,根据式,(2),计算，,I,C,可通过实验测得。,12,PPT课件,根据式 ID = I0eKD 可得 12PPT课件,（一）营养盐吸收方程,1,、米氏方程：,V,：,吸收速率；,S,：介质浓度；,V,m,：最大吸收速率；,K,s,：吸收半饱和常数,二、营养盐,V,=,V,m,S,K,s,S,V,m,a,K,s,S,V,m,2,13,PPT课件,（一）营养盐吸收方程V：吸收速率；二、营养盐 V= Vm,b,0 5 10,15,20,浓度,S/,(,mol/L,),吸收速率,V/,(,mol / h,),1.0,2.0,S,/,V,c,25,20,15,10,5,0,-,5,-,9.3,浓度,S/,(,mol/L,),图,7-4,浮游植物对营养盐的吸收动力学（,a,）和,K,s,值（,b,、,c,）,14,PPT课件,b 0 5 10 15 20 浓度S/(mo,2,、最大吸收速率（,V,m,）：,反映细胞营养水平和环境限制程度的指标,可变,3,、吸收半饱和常数（,K,s,）：,种群竞争限制性营养盐能力的一个重要指标,相对保守、稳定,沿岸与大洋种类的差异、季节演替,4,、参数的求法,5,、,V,m,/,K,s,15,PPT课件,2、最大吸收速率（Vm）： 15PPT课件,（二）绿色植物按一定比例吸收营养盐,Redfield,比值：,C,：,N,：,P = 106,：,16,：,1,海洋整体缺氮，部分海区缺磷,（三）表层营养盐补充,上升流、沿岸、河口与寒暖流交汇处,16,PPT课件,（二）绿色植物按一定比例吸收营养盐 16PPT课件,三、铁（,Fe,）,Fe,：影响某些大洋区海洋初级生产力的重要因子,C,：,Fe = 100000,：,1,Fe,在海水中的分布很不均匀,从大洋到近岸，其含量范围大约为,0.0010.5 mg/m,3,，即相当于,0.0210 nmol/kg,。,补充特点,近岸、大洋表层,从海洋整体上看，南大洋部分海区和赤道的广阔海区中,Fe,含量最低,17,PPT课件,三、铁（Fe）17PPT课件,四、温度,1,、直接影响：,光合作用可看作一系列酶促反应,浮游植物对温度变化有一定的适应性,如中肋骨条藻在最适温和亚最适温状态下光合作用速率无明显变化（酶含量与活性）,2,、间接影响：层化现象,五、垂直混合和临界深度,1,、湍流：有利与不利,2,、临界深度（,the critical depth,）,18,PPT课件,四、温度 18PPT课件,在这个深度之上，平均光强等于补偿光强,大小与垂直混合的深度有关,不同海区、不同纬度的差异,图,7-5,补偿深度与临界深度的关系,（引自,Nybakken 1982,）,光合作用,呼,吸,作,用,浮,游,植,物,垂,直,混,合,补偿深度,混合深度小,于临界深度,临界深度,超过临界深度,风,200,150,100,50,0,深度,/m,19,PPT课件,在这个深度之上，平均光强等于补偿光强 图7-5 补偿深度,过剩摄食（,superfluous feeding,）,一般多数海区营养盐补充起决定作用，而在高纬度光照易起重要作用,六、牧食作用,20,PPT课件,六、牧食作用20PPT课件,第三节 海洋初级生产力的分布,一、不同纬度海区初级生产力的季节分布,（一）中纬度海区,中纬度海区初级生产力的季节变化属于双周期型，包括春、秋季两个高峰。,21,PPT课件,第三节 海洋初级生产力的分布 一、不同纬度海区初级生,（二）高纬度海区,光照条件是影响初级生产的主要因素、一年中只有两个生物学季节。,22,PPT课件,（二）高纬度海区 22PPT课件,（三）低纬度海区,存在强大的恒定温跃层（,permanent thermocline,）,生产力低，但整年有生产，周期性不明显,不同纬度存在过渡,23,PPT课件,（三）低纬度海区 23PPT课件,极地生产力,营,养,盐,温带生产力,光,照,热带生产力,80,?,70,?,60,?,50,?,40,?,30,?,20,?,光照强度,营养盐浓度,纬,度,图,7-6,热带、温带海区初级生产力季节变化与光、营养盐,关系示意图（引自,Lalli & Parsons,1997,）,冬季,春季,夏季,秋季,冬季,24,PPT课件,极地生产力 营 养 盐 温带生产力 光 照 热带生产力 8,二、不同水文特征海域的初级生产力,表,7.2,不同海区年初级生产力范围,（引自,Lalli & Parsons 1997,）,25,PPT课件,二、不同水文特征海域的初级生产力25PP,三、近岸水域的初级生产力,受陆地的影响,1,、,磷酸盐和硝酸盐往往不是初级生产力的限制因子,2,、水较浅，不出现浮游植物“被带到临界深度下方”的情况,3,、很少出现持久性的温跃层,4,、大量的陆源碎屑，浑浊，限制产量进一步提高,温带近岸海区不出现明显的双周期生产模式，整个夏季都可能有较高的产量,26,PPT课件,26PPT课件,四、全世界海洋初级生产力的估计,（一） 海洋初级生产力总量估计,估算难度：面积大、变化、经费、调查手段、数据分析,70,年代前后结果差别大,见表,7.3,、,7.4,、,7.5,产生差别的主要原因有以下两点：,1,、漏掉了,PDOC,2,、忽略了原核和真核超微型自养浮游生物,一般规律：,平均产量：印度洋,80 gC/,（,m,2,a,）大西洋,69,太平洋,46,中国：渤海黄海东海南海,27,PPT课件,四、全世界海洋初级生产力的估计 27PP,五、海洋大型底栖植物的产量,根据生长量、收获量等来估算,多数学者认为，全部海洋底栖植物的平均产量可能占海洋初级总产量的,5,10%,。,印度洋的海藻产量可达,2,000 gC/,（,m,2,a,），相当于陆地上一些热带雨林的产量；热带泰莱草（,Thalassia testudinum,）产量可达,5001,000 gC/,（,m,2,a,）。,28,PPT课件,五、海洋大型底栖植物的产量 28PPT课件,第四节 海洋新生产力,一、新生产力的概念和研究方法,（一）新生产力的有关概念,1,、新生产力和再生生产力,再生,N,（,regeneration nitrogen,）或称再循环,N,（,recycled nitrogen,）：主要是,NH,4,+,-N,新,N,（,new nitrogen,）：主要是,NO,3,-N,再生生产力（,regenerated production,）：由再生,N,源支持的那部分初级生产力,新生产力（,new production,）：由新,N,源支持的那部分初级生产力,P,G,P,n,P,r,29,PPT课件,第四节 海洋新生产力 一、新生产力的,2,、,N,来源,新,N,来自：,上升流或梯度扩散，,陆源供应（如径流），,大气沉降或降水，,N,2,固定（某些原核浮游植物的固,N,作用）,再生,N,来自真光层中生物的代谢产物（如氨态,N,、尿素,N,和氨基酸,N,等）。,3,、“,f,比”（“,f,-ratio”,）：,f,=,P,n,/,P,G,100%,研究表明多在,0.050.15,之间,4,、 真光层群落净生产力、输出生产力（,export production,）,真光层群落净生产力,=,真光层有机物质的积累率,+,输出生产力（,P,E,）,群落保持相对稳定,输入,=,输出,P,E,= P,n,30,PPT课件,2、N来源30PPT课件,5,、,r,：颗粒态营养元素下沉出真光层之前的循环次数,r,=,（,1,f,）,/,f,6,、光合作用商（,photosynthetic quotient,，,PQ,）：,表示浮游植物光合作用生产的,O,2,量（,moles,）与被吸收的,CO,2,量（,moles,）的比值，可用来说明利用不同,N,源的初级生产化学过程的差异。,以再循环,N,为,N,源的初级生产，,PQ,值（,1.2,）比以新,N,源的初级生产的,PQ,值（,1.8,）低。,（二）新生产力的研究方法,15,N,法,沉积物捕集器法,234,Th,238,U,不平衡法,31,PPT课件,5、r：颗粒态营养元素下沉出真光层之前的循环次数 31PPT,二、海洋新生产力的估计,1,、全球海洋,一般认为,f,比,=,0.10.2,2,、近岸与大洋区：,Bienfang,等（,1992,）估计：,32,PPT课件,二、海洋新生产力的估计,总生产力,新生产力,15,10,5,0,0,1,2,3,5,4,大洋区,沿岸区,大洋区,沿岸区,年产量,/ 10,15,g C,年产量,/ 10,15,g C,图,7-7,大洋区和沿岸区有机碳生产量比较（引自,Bi,e,nfang,1992,）,左：总生产力,右：新生产力,33,PPT课件,总生产力 新生产力 15 10 5 0 0 1 2 3 5,三、新生产力与营养盐供应特征的关系,Dugdale,和,Wilkerson,（,1992,） ：,1,新生产力水平高的富营养化水域，以沿岸、上升流区为代表,2,新生产力水平低的贫营养水域，以贫营养海区为代表的一类海域,3,新生产力水平低的富营养水域,34,PPT课件,三、新生产力与营养盐供应特征的关系 34PPT课件,营养平衡状态：,营养循环特征与自养生物及其消费者的粒径组成,粒径组成与有机物下沉速度,贫营养大洋区与近岸水域比较、不同季节,粒径组成、营养平衡状态、新生产力与水文条件、营养盐等之间有密切关系,四、新生产力水平与浮游生物的粒径组成,及营养循环特征的关系,35,PPT课件,营养平衡状态：四、新生产力水平与浮游生物的粒径组成35PPT,五、新生产力的研究意义,1,、新生产力研究有助于从更深层次阐明海洋生态系统的结构、功能,2,新生产力的研究对阐明全球碳循环过程有重要意义,3,新生产力是海洋渔业持续产量的基础,36,PPT课件,五、新生产力的研究意义1、新生产力研究有助于从更深层次阐明海,