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1、水域生态系统的基本特征,内陆水域（Inland water area）,湖泊LAKES, 池塘PONDS, 水库RESERVOIR 溪流STREAMS, 河流RIVERS 河口ESTUARIES 湿地WETLANDS,水量平衡,水圈中的水通过水文循环运动，从多年意义上： 海洋中的水量保持平衡 陆地上各类水体中的水量也是收支相抵 各类水体中的水都在不断更新补充,见图表,海洋是一个蒸发大户,第一节 理化特性,物理条件 太阳辐射、温度、色度、透明度 化学因素 主要离子、溶解气体、营养盐,第一节 理化特性,物理条件 太阳辐射 为水生植物光合作用活动提供能源，是水域生态系统能流的起点 对动物的生长、繁殖
2、、发育、代谢活动和分布有直接影响 杀菌和使化学物质光解,太阳辐射强度 由于地球以椭圆形轨道绕太阳运行，因此太阳与地球之间的距离不是一个常数，而且一年里每天的日地距离也不一样。某一点的辐射强度与距辐射源的距离的平方成反比，这意味着地球大气上方的太阳辐射强度会随日地间距离不同而异。 地球上不同地区、不同季节、不同气象条件下到达地面的太阳辐射强度都是不相同的。,地球绕太阳运行的示意图,不同地区太阳平均辐射强度,太阳辐射强度的影响因素 纬度：赤道附近太阳辐射较强，季节变化较小；极地获得的太阳辐射能量最少，季节变化最大 海拔高度：高海拔太阳辐射能量较强，低海拔能量较弱 水层深度：天然水中光强随水深的增加
3、而减弱 根据纯水实验，不同水层光强变化情况可用下式表述： IdI0e-kd 式中，I0为0m处光强， Id为某深度时光强， k为各种波长的消光系数， d为深度,温度 影响水生生物的代谢、发育、生长、繁殖和分布 纬度和季节变化情况与太阳辐射一致，但与太阳辐射相反的是，高海拔地区水温低于低海拔地区。另外，水温的昼夜变化和季节变化幅度小于气温的变化,水温的垂直变化明显 特别是温带地区深水湖泊冬、夏季有明显水温的分层现象 温带湖泊的春、秋季节环流 冬季：表面结冰，表层水温较低，底层维持在4 夏季：表层温度较高，5m左右出现变温层，底层水温维持在4 春、秋季：由于气温和风浪的影响，湖水上下水温比较均匀，
4、导致上下层湖水的完全环流，促进物质循环，提高生物生产力,深水层,表水层,变温/温跃层,色度和透明度 清洁水体水呈浅蓝色 由于理化因素和生物的作用，多数内陆水体呈黄绿色或黄褐色 水色和透明度是水域环境质量的重要指标，水色用水色计测定,透明度 透明度用透明度盘测定 透明度盘是一种测定水质透明度的简单方法，直径20cm的黑白色相间圆盘下沉到恰恰看不到的深度，称为透明度盘深度. 透明度是用萨氏盘（黑白间隔的盘）测定水深来间接表示光透入水面的深浅程度。 透明度的大小取决于水的浑浊度（指水中混有各种浮游生物和悬浮物所造成的浑浊程度）和色度（悬浮生物和溶解有机物造成的颜色）。,萨氏盘,化学成分 主要离子和矿
5、化度 Ca2+、Mg2+ 、K+ 、Na+ 、HCO3-、CO32-、Cl-、SO42- 以上八种的含量和比例决定水的矿化度、硬度和水化学类型,水化学类型(1) 根据占多数的阴离子(按当量)先将水分为3级，即碳酸盐(CO32-HCO3- )、硫酸盐(SO42- )和氯化物(Cl- )水 再根据占多数的阳离子将各级水分为3个组，即钙(Ca2+ )、镁(Mg2+ )和钠(Na+ )组 最后，根据重碳酸盐与其他离子的当量比例将各组水再细分为3个型,水化学类型(2) 第一型 HCO3- Ca2+ + Mg2+ 水的矿化度较低 第二型 HCO3- Ca2+ + Mg2+ HCO3- + SO42- 大多
6、数中、低矿化度的河湖水和地下水属于这一型 第三型 HCO3- + SO42- Ca2+ + Mg2+或C1- Na+ 大洋水、海水和高矿化度的水属于于这一型 * HCO3- 0，即酸性水,水的硬度 根据水中阳离子的总量将水分为软水和硬水 水的硬度与地质条件和降水量有关 我国东南沿海和东北部分地区地表水硬度较低，华北、西北地区硬度较高,软水:含或含较少可溶性钙、镁化合物的水叫做软水。软水不易与肥皂产生浮渣，而硬水相反。 软化水:经软化处理的硬水指钙盐和镁盐含量降为 1.050 毫克升后得到的软化水。,河流矿化度与水化学类型 河流矿化度与降水量和蒸发量有关 东南沿海河流矿化度最低，向西北逐步上升
7、水化学类型由东南沿海的重碳酸盐型向西北演变为重碳酸盐型、硫酸盐或氯化物型,湖泊矿化度与水化学类型 我国湖泊主要分布在江汉平原、青藏高原、蒙新、东北和云贵高原 湖泊矿化度和水化学类型与河流的情况大体相似，也是东南沿海较低，向北、向西逐步增加，只是地区性更强、差别更大而已,溶解气体 水中含有N2、O2、C02和少量的CH4、NH3和H2S等气体 温度升高、有机化学物质和微生物的耗氧，导致水中溶解氧下降 就水域生态学而言，水中溶解的O2和C02两种气体的意义最大,溶解氧（DO） 水中溶解氧的含量与水温、氧分压、盐度和水生生物的活动有关 溶解氧随温度和盐度的增加而下降 溶解氧含量随大气压力的降低而下降
8、 水中溶解氧存在昼夜变化和垂直变化，在静水水体中这种变化比较明显 溶解氧含量的高低及其时空变化情况，是水域环境质量优劣的重要综合指标之一,溶解氧与二氧化碳的垂直分布,水温、氧化还原电位、pH与溶解氧的垂直分布,大约7m水深以下为厌氧环境，表明有机污染严重,全球低氧海域增加，低氧本身带来的负面效应会超过温室气体效应，许多海域已变成“死海”,不同类型湖泊中溶解氧的垂直分布,无生产性,有生产性,不同类型湖泊中溶解氧的垂直分布,湖泊不同水深溶解氧的季节变化,二氧化碳 有明显的时空变化 湖泊底层由于光合作用减弱或完全没有光合作用。加上沉积物的分解，二氧化碳含量较高；相反，溶解氧和pH值则较低。富营养化湖
9、泊这种差异尤其明显。,营养盐类 N、P、Si、Fe、Cu、Zn、Mn、Mo等多种生物营养元素 N、P是植物最主要的营养物质，其含量水平决定水生生物的生产力,营养盐类(1) 氮 水中氮的主要形式有N2、NH4+、NO2- 、NO3-和有机氮 氮的主要来源是废污水诽放、地表径流、水生生物的代谢和微生物分解作用 水生植物可直接吸收无机氯(NH4+、NO3-)，一部分细菌和蓝藻可固定N2,营养盐类(2) 磷 水中的磷主要以正磷酸盐、缩合磷酸盐和有机磷磷酸形式存在 水体中的磷主要来自地表径流、生活污水、工业废水或生物转化,N：P比值 藻类体内C：N：P原子比为106:16:1， N：P质量比为7.2：1
10、 水中N：P比值影响藻类生长，也是水体营养状况的指标 N:P7:1，N成为限制因子；反之，P成为限制因子 N:P比值随水体营养水平的增加而下降，N：P16:1为贫营养，16:1为富营养。P是水体富营养化的主要影响因素,铁限制假说,常栄養塩供給沿岸域湧昇域栄養塩濃度高濃度当然高。南極海（南大洋）、赤道湧昇域、亜寒帯太平洋3海域、硝酸枯渇季節通高濃度保、植物生物量増高栄養塩低（HNLC: High Nitrate Low Chlorophyll）海域呼。一般、HNLC海域以外、植物培養、普通栄養塩存在比窒素（N）初枯渇、増殖終。窒素制限海洋広地域認、海洋表層栄養塩豊富、植物期待増殖特別説明必要。,
11、1980年代後半米国John Martin博士HNLC海域鉄濃度低植物成長制限可能性指摘。Martin第1鉄仮説呼。後、同博士南極分析大気中二酸化炭素濃度鉄供給量負相関見。氷期風強乾燥進、大気経由陸域海洋鉄多供給、鉄供給海洋一次生産促進二酸化炭素大気吸収大気中二酸化炭素濃度低。反対間氷期風弱湿潤陸域鉄供給小、海洋一次生産抑制、大気中二酸化炭素濃度高。陸域鉄供給多寡、氷期間氷期大気中二酸化炭素濃度増減説明Martin第二鉄仮説。第二鉄仮説正、海洋広範囲鉄添加、温暖化気体問題二酸化炭素削減出来。Martin1杯鉄与地球氷河期出来宣言。,海洋、铁、地球环境,如果向海洋中散布铁将会产生怎样的连锁反应？
12、,第二节 水域生态系统的生物组分,包括生产者、消费者和分解者（金字塔） 生产者 藻类和维管束植物，吸收水中碳、氮、磷等生物营养物质，在阳光的作用下合成复杂的有机物，把太阳能转化为化学能 淡水藻类：蓝藻门、隐藻门、甲藻门、金藻门、黄藻门、硅藻门、裸藻门、绿藻门、轮藻门,07年3月三峡水库上游支流水华,中肋骨条藻 Skeletonema costatum (Greville) Cleve,细胞透镜形或圆柱形，壳面圆而鼓起，着生一圈细长的刺，与邻细胞的对应刺相接组成长链。细胞间隙长短不一，往往大于细胞本身的长度。色素体110个，但通常2个，位于壳面，各向一面弯曲；2个以上的色素体为小颗粒状。细胞核位
13、于中央。有增大孢子。 本种是常见的浮游种类，广温广盐的典型代表。分布极广，从北极到赤道，从外海高盐水团到沿岸低盐水团，甚至在半咸水中皆有，但以沿岸为最多。,Sheet 43,Microcystis aeruginosa (Ktz. 1846),.群体寒天状基質緑見 .群体細胞直径平均値4.45.5m,細胞直径13m,贫营养水体,富营养水体,水体富养化的现象,1. 水中营养盐增加 2. 初级生产增加(如藻类) 3. 消费者增加(如鱼、虾、贝类等),水生植物 漂浮植物：凤眼莲、水浮莲、浮萍、紫萍等 浮叶植物： 眼子菜、睡莲、莼菜和菱,睡 莲,子午莲,沉水植物：狐尾藻、苦草、黑藻、茨藻、苴藻、金鱼藻
14、 要求水体较清，有较高的透明度，使光线能透射进水层以供进行光合作用,轮 藻,金鱼藻,挺水植物：菖蒲、香蒲、芦苇等 耐有机污染能力强,香 蒲,水菖蒲,緩比降護岸法（生態護坂）,145 m,Flactuating Zone,消费者 自身不能合成营养物质，靠捕食其他生物或其碎屑维持生命活动 原生动物、轮虫、浮游甲壳动物、底栖动物、鱼类及其他脊椎动物,分解者 包括各种水生细菌和真菌，能将死亡有机体、有机碎片等分解成碳、氮、磷、硫等简单无机物，使物质得以循环往复 细菌：小球菌、链球菌、杆菌、螺旋菌、球衣菌、贝氏硫细菌及菌胶团等 真菌：枝水霉菌,种群与群落,种群 概念 指在一定空间内同种生物个体的组合 特
15、征 数量特征：受出生率、死亡率、迁入率和迁出率的影响 空间分布特征 遗传特征,种群密度 分为绝对密度和相对密度 绝对密度 单位面积(或体积)空间中的生物个体数量 常用调查方法 总数量调查法 取样调查法（样方法、标记重捕法、去除取样法）,相对密度 衡量生物数量多少的相对指标 常用调查方法 动物计数 动物痕迹的计数 单位努力捕获量,种群内部的社会关系 集群 种内竞争 通讯 领域 社会等级,群落 概念 特定空间或特定生境下生物种群有规律的组合 特征 具有一定的物种组成 不同物种之间的相互影响 具有形成群落环境的功能 具有一定的外貌和结构 一定的动态特征 一定的分布范围 群落的边缘特征,群落物种组成的
16、数量特征 密度、多度、盖度、频度、高度、重量、体积 物种组成的综合特征 优势度、重要值、综合优势比 群落结构 垂直结构 水平结构,群落演替 季节演替 藻类的季节演替,底栖动物的季节演替 蜉蝣目、双翅目、毛翅目、膜翅目幼虫等都有这种现象。不同种类的羽化季节不同，有的在夏季，也有的在秋季 鱼类种群与水温的关系 鱼类对环境温度有不同的适应范围，随水温的改变，种类组成发生变化,水平演替 河流生物的纵向演替 由于海拔高度、流速、底质、水温、透明度等因素的差异，河流上、下游生物种类、数量有很大不同 河流中鱼类也有明显的分带现象。上游多为冷水性种类如鲑、鳟鱼等，下游种类则较多，如鲤鱼、鲫鱼等,湖泊生物群落的
17、水平与垂直演替 按水平分，可分为沿岸带和湖心带。前者包括沉水植物和挺水植物生长的浅水区，后者为湖中央无水草部分的开阔水面 按垂直分，湖泊可分为湖上层或营养层和湖下层，以光照补偿层为界。湖上层光线充足，藻类主要分布在湖上层；湖下层光线微弱或没有光线，绿色藻类不能生存。但湖上层沉降下来的碎屑为厌氧微生物分解活动提供了物质条件,C、N、P、S循环 生物组分参与，实现生源要素循环,物质循环,水体中的碳、氮、磷、硫等生物营养物质通过植物的光合作用被吸收合成生物有机体，沿着食物链(网)的途径被逐级转移，部分物质通过代谢作用排入水体，生物死体在有关微生物的分解作用下，有机物转化为无机物质，从而重新返回到水体
18、中，开始新的循环。 除了营养物质以外，一些重金属(如汞、镉等)和放射性物质(如锶、铯等)也能在水域生态系统中迁移、转化和循环。物质循环是水域生态系统的基本功能。,一. 碳循环,水中的CO2以游离态的CO2、HCO3-和CO32-的形式存在，它们之间的平衡受水中pH的强烈影响，当PH为酸性时，以游离态的CO2为主；当pH中性时，以HCO3-为主；当PH为碱性时，以CO32-为主 水体中CO2主要可来自三方面，其一为大气中CO2的溶解；其二为水生动植物的呼吸；其三为矿物形式CO2的释放,CO2,CO2对水生植物的影响 CO2是光合作用的原料，影响水生植物的光合作用。大部分水生植物是利用游离型的CO
19、2作为碳源，但有些水生植物如藻类则可以利用结合型的CO2，如碳酸盐中的CO2作为碳源 在海水或硬质淡水中，含有大量的碳酸盐，植物主要利用结合型的碳；在软质淡水中碳酸盐含量很低，植物主要利用游离型的碳,CO2对水生动物的影响 血液CO2浓度增加时，血红素对氧气的亲合力降低，动物对氧的获取发生困难 CO2对于血液pH值有影响但这些影响可由血红素、钠离子、钙离子等补偿 水中CO2浓度可以帮助某些鱼类的定向 溯河产卵的鱼如鲑鱼，从海入河产卵时，可以根据水中CO2含量的不同决定选择某一支流前进 CO2对动物的生长与代谢有影响 当CO2浓度增加时，有些鱼类生长和代谢率可升高。但其他水中动物的有些反应则受到抑制,碳元素的转化与循环 由于地表径流以及水体中生物的代谢，水中存在着溶解和颗粒有机碳，经过细菌分解产生CO2等无机碳；无机碳经藻菌的吸收、同化与合成作用，产生新的有机体，并随食物链(网)逐步迁移和转化 另一方面，菌、藻及其他生物的呼吸作用产生CO2；水体中各类生物部分迁出水体，部分死亡，死体或自溶或沉积水底，成为新的有机物，和外来有机物一起开始新的转化与循环 CO2在气水界面的进出扩散也是碳循环的重要组成部分,