国科大海洋生态学复习资料.docx

一、 基本概念种群 指特定时间内栖息于特定空间的同种生物的集合，是进化的基本单位，同一种群的所有生物共用一个基因库。关键种 自身的消失或削弱能引起整个群落和生态系统发生根本性的变化的物种。（补充）冗余种：自身的消失或削弱对整个群落和生态系统的结构和功能不会造成太大的影响的物种集合种群：也叫复合种群、联种群，是在一定时间内具有相互作用的局域种群的集合，即局域种群通过某种程度的个体迁移而连接在一起的区域种群。生物量谱：某一粒径级生物量除以粒径宽度，作为标准化的生物量。以标准化的生物量为纵坐标，以个体生物量为横坐标，在双对数坐标上的分布模式，即生物量谱。粒径谱：将海洋生态系统食物网，从微生物和浮游植物到浮游动物、直至鱼类和哺乳类，都视为“颗粒”，并以等效球径表示大小。生物量在对数粒径级上的分布称为粒径谱。生物泵：由有机物生产、消费、传递、沉降和分解等一系列生物学过程构成碳从表层向深海底转移就称为生物泵，也称CO2泵或软组织泵。高斯假说：或称竞争排斥原理，即亲缘关系接近的、具有同样习性或生活方式的物种不可能长期在同一地区生活，或完全的竞争者不能共存，因为它们的生态位没有差别。生产力金字塔：随着营养级逐渐向上，其净生产呈阶梯状递减，形成生产力底宽上窄的塔形锥体，叫生产力金字塔或能量金字塔。生态演替：是指随着时间的推移，一种生态系统类型（或阶段）被另一种生态系统类型（或阶段）替代的顺序过程。生态位：是指一个种群在生态系统中，在时间空间上所占据的位置及其与相关种群之间的功能关系与作用。边缘效应：不同生物群落之间往往有过渡地带称为群落交错区，在群落交错区中可能具有较多的生物种类和种群密度，这种现象称为边缘效应。补偿深度：在某一深度层，植物24h中光合作用所产生的有机物质全部为维持其生命代谢消耗所平衡，没有净生产量，此时的深度被称为补偿深度。生态灾害：指由于生态系统平衡改变所带来的各种始未料及的不良后果。主要有以下类型：1水土流失2土地沙化与流沙扩展3森林、草原退化 4环境污染上行控制（bottom-up control )：较低营养层次（如浮游植物）的种类组成和生物量对较高营养层次（如植食性浮游动物和鱼类）的种类组成和生物量的调控作用，即所谓资源控制。生物地化循环：生态系统之间各种物质或元素的输入和输出以及它们在大气圈、水圈、土壤圈、岩石圈之间的交换。海洋中的生物地球化学循环主要包括碳循环、氮循环、磷循环和硫循环。生物多样性：生物多样性是指栖息于一定环境的所有动、植物和微生物物种、每个物种所拥有的全部基因以及它们与生存环境所组成的生态系统的总称。因此，生物多样性包括物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性三个基本层次。二、 理解生态学有关问题1. 海洋有哪些特色生态系统？举例说明其生物组成、结构与功能特征。1）海草床生态系统 生物组成：生产者以海草为主，同时有大量浮游植物；北方关键种是大叶草，南方的海草种类较多。能量通过直接摄食叶片或大叶草的有机碎屑传递给鱼类、贝类、浮游动物等第二营养级，再向上传递。在该生态系统中最重要的生产者是海草，该生态系统生产力很高，在营养结构方面，碎屑食物链是该生态系统重要的一环。2）珊瑚礁生态系统 关键种是造礁石珊瑚，礁体形成后，吸引大量喜礁生物，是海洋生产力较高的区域，珊瑚虫-虫黄藻是该生态系统中重要的一环。3）红树林生态系统 关键种是热带真红树，红树泛指一群生长于热带及亚热带沿海潮间带泥质湿地的乔木或灌木，红树林生物群落由于生境较为严酷，生物多样性程度并不很高，但有的种类的数量和生物量却很高。2. 阐述海洋生物共生类型及其生态学意义，虫黄藻-珊瑚是何关系？类型：（1）藻类-固氮蓝细菌之间的共生关系（2） 藻类-动物之间的共生关系：1）藻类共生者的类别：虫黄藻、虫绿藻、虫蓝藻2)动物共生者的类别：原生动物、腔肠动物、无脊椎动物。藻类-动物之间的共生关系通常为互利共生。（3）动物-动物之间的共生关系：1）海洋动物之间偏利共生2）海洋动物之间互利共生3）海洋动物之间寄生意义：（1）藻类-固氮蓝细菌：由于蓝藻具有固氮作用，增加了藻类的营养盐供应，从而促进生活在氮源经常贫乏的热带海区的硅藻的繁殖。（2）藻类-动物：大部分藻类在光合作用中制造的富能物质（甘油分子）能输送给动物，而藻类所需要的无机盐则从动物转移给藻类细胞，此外，共生藻光合作用过程中产生O2，动物就能获得更多O2.（3）动物-动物：动物与动物之间的共生关系，对维持生物多样起到重要作用。虫黄藻和珊瑚虫之间是藻类-动物共生关系。珊瑚虫可以从虫黄藻得到营养和增加其沉淀碳酸钙的能力，而虫黄藻则从珊瑚虫的新陈代谢废物中获得其所需要的营养盐。3. 海洋生物物种多样性的地理分布规律如何？群落多样性与稳定性有什么关系？1）热带海区生物群落的种类比北方群落复杂，但同种个体数量往往不会很大。北方反之。全球生态多样性整体随着纬度的上升而下降，近海多样性高于远洋，其中生态多样性最高的区域有三：印尼-新几内亚区域、加勒比海区域以及南非周边海域。2）群落多样性越高，其种间关系越错综复杂，群落的抵抗稳定性越高。在食物关系多样化的生态系统中，某些食物链的消失对整体影响较小。但同时，由于其生态系统的多样性，在受到一定强度干扰后由于其恢复稳定性较弱，相较多样性低的生态系统更难以恢复原状。4. 海洋初级生产过程主要受哪些因素影响？谈谈你对初级生产力、新生产力及再生生产力的理解，以及相互关系。第一问：1) 光。当辐照度增加时，初级生产力增加。当辐照度达到一定强度时，生产力不再增加，甚至受抑制。2) 营养盐。植物的光合作用需吸收N、P等以合成蛋白质、类脂类和核酸，硅藻类等还需要硅（硅酸盐）。3) 物理过程。海水的垂直混合与温跃层；海水辐散、辐合和海洋锋面；中尺度涡和水团。4) 牧食作用。浮游动物不仅通过摄食限制浮游植物的生长，同时浮游动物在消耗藻类后通过新陈代谢释出藻类需要的营养物质，促进浮游植物生长。第二问：1) 海洋初级生产力是指浮游植物、底栖植物及自养细菌等通过光合作用制造有机物的能力，以每年单位面积所固定的有机碳或能量来表示。2) 在真光层里再循环的氮为再生氮，来自真光层中生物的代谢产物，主要是NH4 N，所支持的那部分初级生产力为再生生产力。3) 由真光层之外提供的氮为新生氮，来自上升流或水平辐散、陆源供应、大气沉降或降水、N2固定，主要是NO3-N，所支持的那部分初级生产力称为新生产力。4) 二者之间的区别在于初级生产者吸收的营养盐的主要存在形式和来源不同，生产的有机物质被利用和营养盐再生循环的途径也不同。两者之和就是总初级生产力。5. 阐述铁与氮磷等营养盐对浮游植物生长的协同作用机制，为什么有些海区高营养低生产力？第一问：1) 光合作用的物质基础 - 叶绿素的合成、硝酸和亚硝酸还原酶都需要Fe。2) 海洋中微小浮游植物需要Fe，以便从海水中吸收N、P。它是影响海洋初级生产力（包括固氮速率）的重要因子。第二问：1) 自然海区Fe 的含量分布不均匀，近岸海区有陆源补偿，不成为限制因子；在大洋表层，主要靠大气沉降（气溶胶）来补充。2) 南大洋、赤道开阔海域Fe 的含量最低，即使有高营养盐浓度，但由于Fe限制，很多NO3 未被利用，难以满足浮游植物生长需要，初级生产力低。6、为什么说海洋碎屑食物链与牧食食物链是紧密联系的？碎屑与牧食食物链并非各自独立，而是紧密联系的。牧食食物链基本模式：浮游植物浮游动物鱼类碎屑食物链模式：碎屑食碎屑动物鱼类海洋碎屑主要来源于死亡的海洋动、植物残体以及它们排出的粪团等颗粒有机物，即牧食食物链中的海洋生物均可作为碎屑食物链中的第一营养级，这样就把两条食物链串在一起，构成完整的生物循环。7、试述海洋浮游植物-浮游动物-游泳生物之间的营养传递和控制作用。浮游植物属于生产者，位于营养级的底端；浮游动物属于初级消费者，位于第二营养级；摄食浮游动物的游泳生物属次级消费者，位于第三营养级浮游植物通过光合作用制造有机物，随着食物链传递给摄食浮游植物、浮游动物或鱼类，再传递给第三营养级的游泳生物，如此营养物质在食物链中进行传递。由浮游植物-浮游动物-游泳生物，此为上行控制，即资源控制。由游泳生物浮游动物浮游植物，此为下行控制，即捕食者控制。在海洋生态系统动态变化中，浮游动物具有重要的作用。a) 对初级生产力的控制b) 对营养级间生态转换效率的调控c) 对高层捕食者的控制作用d) 对水层-底栖耦合关系的控制作用8.何谓生态效率，各营养级之间转换效率有什么不同？（生态效率指生态系统中各营养级生物对太阳能或其前一营养级生物所含能量的利用、转化效率，以能流线上不同点之间的比值来表示。生态效率一般分为两类：一类是本营养级与前一级相比，另一类是同一营养级内不同阶段间相比。）百度的，老师ppt是下面的生态效率指该营养级生产量与前一营养级生产量之比。各级之间转换效率：林德曼“十分之一定律”即后一营养级获得的能量约为前一营养级能量的10%，其余90%的能量因呼吸作用或分解作用而以热能的形式散失，还有小部分未被利用。9、谈谈碳、氮、磷、硫的生物地化循环特点和生态意义。碳循环： 生物的同化过程和异化过程，光合作用和呼吸作用 大气与海洋之间的碳交换 碳酸盐的沉积作用特点：1.海洋是一个非常巨大的碳库，海洋生态系统在全球碳循环中起着决定性作用。2.海水中的碳以多种形式存在，而溶解性无机碳（DIC）则是其中的主要存在形式3.海水中溶解有机碳（DOC）是海洋最大的有机碳库，同时有机碳库包括颗粒态有机碳（POC）4.海水中颗粒态有机碳（POC）量的垂直分布规律：表层及次表层数量最多，在深水区中保持量少的相对稳定的状态。河口和近海陆架是海陆气交汇区，水浅，动力过程复杂，营养盐丰富且初级生产力高。5.在沉积物中存在着碳的转化，同时不能被分解的埋藏在海底的沉积物中。6.具备“物理泵”（溶解泵）和“生物泵”。两个泵的作用均会增加海洋内部的CO2浓度，将co2固定下来7.各个海区的碳汇和碳源分布不均匀生态意义：1.促进了全球范围内的物质循环，特别是全球的碳循环2.促进了海洋生物的新陈代谢、衰老更替及物质交换3.沉积物中的碳转化为海底的石油、天然气等资源4.碳源及碳汇对co2的固定及温室效应具有理论指导意义5.生物泵理论对研究全球范围内co2的收支具有重要意义氮循环：硝化作用，与浮游植物的繁殖周期及茂盛程度密切相关。 反硝化作用：反硝化细菌参与，缺氧条件下进行。海洋植物对氮的吸收植物首先吸收铵氮。铵氮对植物吸收硝酸氮有抑制作用。被植物吸收的铵离子可不改变氮的价态被结合成氨基酸分子。硝酸根离子则必须经硝酸还原酶和亚硝酸还原酶的还原作用才能结合成氨基酸分子。 海洋氮的补充：陆源，大气，固氮作用 氮的损失氮从海洋生态系统损失的主要途径是人类收获海洋生物产品。海洋中有些碎屑下沉到底部而损失。在某些沿岸海区,有机物质的再矿化作用有25%50%是在沉积物中完成的,在那里,有机物分解形成NH4+,有一部分通过脱氮作用转变成N2。磷循环： 海水和沉积物中磷的动态海洋表层的磷酸盐由于浮游植物的快速吸收,所以浓度很低,另一方面,海洋动物,特别是浮游动物代谢排泄磷的速率很快,加上其他很多矿化途径(包括微生物的作用),使得磷的再生主要在水层内完成。在大洋区,从表层以下到永久性温跃层处,磷酸盐的浓度是逐渐增加的,其高峰值的深度通常与O2最小值和CO2最大值的水层一致,也就是说,磷的再生主要是在透光层内完成的。 磷酸盐在海底沉积物中的浓度变化很大。在缺氧沉积物中,表层稍下方出现磷酸盐的高峰值,其原因是那里的还原性环境使磷酸盐几乎都能溶解。在沉积物表层,磷酸盐浓度显著降低,表示磷酸盐从还原性沉积物中向其上覆水层扩散,从而增加水体中的DIP的浓度。沿岸生态系统中,由于再生过程活跃,只有很少量的磷可能永久性地沉积在底部。硫循环： 含硫化合物溶于水成为弱酸,随降雨(酸雨)到达地面和海洋。因此,硫循环是在全球规模上进行的,有一个长期的沉积阶段和一个短期的气体型阶段。海水中的溶解态硫主要以SO42-的形式被植物所吸收利用,成为某些氨基酸(如胱氨酸)的成分,再由生产者转到消费者。动植物死亡后,蛋白质在有氧条件下经微生物分解并氧化形成SO42-进入再循环供生产者生物吸收;或在缺氧条件下分解形成H2S。沉积物中的一些紫色细菌能将H2S氧化成SO42-,无色硫细菌既能将H2S氧化为SO42-也能形成元素硫。10、什么叫微食物环？它在海洋生态系统能量流动和物质循环中有何重要作用？溶解有机物质通过细菌二次生产后形成的异养细菌原生动物后生动物的摄食关系被称为微食物环。在能流过程中的作用：（1）微食物环与经典食物链共同构成完整的海洋生态系统能流结构；（2）微食物环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。在物质循环中的作用：微食物环不仅是营养物质向较高营养层流动的重要环节，而且在生态系统有机物质矿化和再循环过程中起非常重要的作用，特别是在贫营养的大洋区，大部分营养物质的循环能在真光层内完成，是与微食物环的存在分不开的。主要原因：（1）营养物质在微食物环中的更新很快；（2）微食物环使大部分营养物质可以在真光层内矿化与再循环；（3）微食物环是营养物质快速循环的活性中心。11、试述桡足类和水母在海洋食物链的营养传递与能流中的作用，以及法螺-长棘海星-珊瑚、海濑-海胆-海藻之间的关系。桡足类：（1）桡足类对营养级间生态转换效率进行调控，如当初级生产力高时，为了提高转化效率经常是大型桡足类占优势，相应的浮游动物捕食者的粒径也加大；（2）桡足类作为鱼类食物，通过影响其食物供给完成对高层捕食者的控制作用。水母：（1）水母与幼鱼竞争饵料、甚至捕食鱼卵仔稚鱼；（2）由于人为和自然原因，浮游动物种群会发生结构变化，水母大量繁殖截留高层捕食者的营养供给。长棘海星是珊瑚的天敌，而法螺却是长棘海星的克星，其对于保护珊瑚礁免受长棘海星的肆虐起着举足轻重的作用。三者属于捕食者和被食者的辩证关系，相互联系一同调节生态系统的稳定，维持群落的稳定，一旦其中一个数量下降，整个群落会剧烈波动。海濑捕食海胆，海胆捕食海藻，若大量捕获海濑，海胆不受捕食作用控制，海藻林被食而衰退，整个群落受破坏。海濑是维持海藻林群落结构的关键种。12. 描述深海热液口和极地海区的生物群落特征，与其它海区有何差别？深海热液口生物群落特征：1细菌与动物间的共生关系：大量化能自养细菌栖息于动物的体内鳃上及体表，利用宿主携带的H2S和O2制造有机物；管栖蠕虫没有口和消化系统，其身体内部有一特殊器官，称为营养体（trophosome），其中含有大量共生细菌，这些细菌的重量可占蠕虫个体干重的60% 2生长快、个体大、生物量高：管虫的长度可达1.5 m，直径37 mm，栖管长达3 m，栖息密度可高达176个/m2，生长率为85 cm/a；蛤类的体长可达3040 cm，生长率约为1060 mm/a。 3.物种多样性低： 明显低于其他深海底区域的物种多样性极地海区生物群落特征：1.海冰和冰山的侵蚀作用 2.南北极底栖生物群落的差异 3.极地生物的巨型化13. 海洋环境污染主要有哪些类型？举例说明近岸海域发生生态灾害（如赤潮、绿潮、褐潮、水母爆发等）的主要原因、形成机制及其危害性。海洋污染的类型：1.氮磷（富营养化）2.重金属 3.持久性有机污染物 4.抗生素 5.热污染 6.放射性污染赤潮：指海洋中某些微小的浮游生物在一定条件下爆发性增殖或聚集而引起海水变色的一种有害生态异常现象。主要原因和形成机制：指氮、磷等植物所需的营养物质大量进入河口、海湾等近岸海域，引起藻类大量繁殖、水体透明度和溶解氧下降、水质恶化的污染现象。赤潮产生危害的主要方式：1.高密度的赤潮生物覆盖或粘附在海洋动物的呼吸器官上，造成海洋动物呼吸困难和窒息死亡2.大量赤潮生物的呼吸代谢（尤其在夜间，无光合作用产生氧气）和死亡细胞分解过程中消耗海水中大量溶解氧，使水体严重缺氧3.赤潮衰败过程中还会释放出大量有害气体（如H2S）和毒素，严重污染海洋环境，甚至导致海洋动物死亡4.有的赤潮种类，如杀鱼费氏藻（Pfiesteriapiscicida），不但会释放毒素毒害鱼类，而且会直接接触鱼体噬食鱼肉5.有些赤潮生物体内含有鱼毒或贝毒，虽然对摄食它们的鱼类或贝类无害，但会在摄食者体内累积，使取食这些鱼类或贝类的海洋捕食者和人类发生中毒。14 、谈谈你对海洋渔业资源变化、持续产量、过度捕捞及生态系统管理的认识和建议；不同养殖模式对海洋生态环境有何影响？1. 海洋渔业资源变化：近海 过度捕捞，外海远洋 利用率低持续产量：就是在生态环境基本稳定的条件下，每年从该种群资源中捕捞一定的数量而不影响资源量继续保持在某一特定水平的水平上，这种渔获量就称为持续产量或平衡渔获量。过度捕捞：是指对资源种群的捕捞死亡率超过其自然生长率，从而降低种群产生最大持续产量长期能力的行为或现象。生态系统管理：是指对生态系统组成、结构、功能和动态充分理解的基础上，制定适应性的管理策略，以维持、保护或恢复生态系统结构的完整性和功能与服务的可持续性。2. 养殖模式：传统网箱、深水网箱、筏式、吊笼、底播、鱼塭、池塘、高位池、工厂化。深水网箱养殖：深海养殖网箱主要由框架系统、网囊、固定系统和配套设施组成，利用固定平台的相互作用及箱体的自身特点把箱体降到水下限定的深度。强度高，柔性好，耐腐蚀，抗老化，抗风浪能力强，使用年限长，有效养殖水体大，效率高，综合成本低，污染小，水质优，鱼类死亡率低，鱼产品品质好。原理：一是鱼养在网箱内，活动量减少，呼吸频率降低，代谢作用缓慢，能量消耗减少，有利于营养物质的转化和积累；二是箱内外水体能自由交换，得到充足的氧气和天然饵料，鱼类排泄物随水流带出箱外，水质新鲜，使鱼类有优越的生活环境；三是可以避免水域中敌害鱼类和水生动物的侵袭，提高成活率；四是根据不同鱼类，配制不同饲料，有利精养高产和鱼病防治；五是网箱便于管理，成鱼起水方便，回捕率高。筏式养殖：在浅海水面上利用浮子和绳索组成浮筏，并用缆绳固定于海底，使海藻(如海带、紫菜)和固着动物(如贻贝)幼苗固着在吊绳上，悬挂于浮筏的养殖方式。底播养殖：在潮间带滩涂，经平整、清理杂石杂物和有害生物，撒播人工培育的稚贝或采集的幼贝，使其自然生长的一种粗放式养殖。鱼塭养殖：又称港养、海埭养殖。即在沿海有淡水注入的中小型港湾、港汊内,或在潮间带较平坦的滩涂上,筑堤、开沟、设闸以贮蓄海水，利用潮水涨落纳进（或投入）鱼、虾、蟹苗，进行养殖。池塘养殖：高密度、集约化，大量饵料及排泄物、药物直接影响海水质量，造成水体富营养化、沉积物出现厌氧状态，导致生物群落多样性发生改变。高位池养殖： 废水排放量大、超标严重，污染物只要来自与生育饵料和排泄物，造成水体富营养化，水质变差，富有动植物大规模繁殖，底栖生物减少。工厂化养殖：在室内海水池中采用先进的机械和电子设备控制养殖水体的温度、光照、溶解氧、pH值、投饵量等因素,进行高密度、高产量的养殖方式。15 、海洋生物多样性包括哪些基本层次？对人类生存和发展有什么意义？1、生物多样性是指栖息于一定环境的所有动、植物和微生物物种、每个物种所拥有的全部基因以及它们与生存环境所组成的生态系统的总称。因此，生物多样性包括物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性三个基本层次。物种多样性：是指地球上生命有机体的多样化，它是生态系统的基本组分，也是基因和染色体的载体，在生物多样性三个基本层次中，物种多样性事最明显、最直观的一个层次，既体现了生物质监与环境之间的复杂关系，又体现了生物资源的丰富性。遗传多样性：也称基因多样性，广义上可以理解为蕴藏于所有动植、物和微生物有机体中的遗传信息的总和；狭义上可以理解为种内不同种群之间或一个种群内不同个体之间的遗传变异的总和。生态系统多样性：是指生物群落与生境类型综合体的多样性，它是生物多样性的最高层次，也是物种多样性和遗传多样性的基本保证，同时也是人类必不可少的发展空间和生存条件。2、生物多样性是人类赖以生存和发展的物质基础，不仅提供人类所必需的各种食物、药物和各种工业原料，同时还具有保护人类生存环境（如气候调节、水调节、水土保持、授粉、生物防治和环境净化等）和促进人类教育科学文化发展的功能，具有巨大的商品和公益价值。（1）食品、药物和工业原料鱼虾贝等海产品是人类所需动物蛋白的重要来源，很多大型海藻也被人们作为食品直接消费；利用海藻提取物用于治疗甲状腺病、高血压和肺结核等疾病，海洋生物是一个潜在的药材宝库；沿岸海区生长的褐藻、红藻、绿藻是很重要的食品化工原料。（2）保护人类生存环境的作用海洋生态系统能通过生物泵的作用吸收大气中的CO2，成为控制大气CO2含量的最重要机制；沿海的海草床、红树林和珊瑚礁等生态系统有抵御风暴潮及其波浪的袭击，保护海岸的作用。（3）休闲旅游、科研和教育等服务功能