厦大海洋生态学课件07海洋初级生产力

1、第七章第七章 海洋初级生产力海洋初级生产力 学习目的学习目的n掌握海洋生产力的各种基本概念、影响因素、地理分布和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季节分布规律n了解全球海洋初级生产力研究的前言进展了解全球海洋初级生产力研究的前言进展 n了解初级生产力的测定方法（了解初级生产力的测定方法（14C法低估生产力的原因）法低估生产力的原因）n掌握海洋新生产力的分布规律和研究新生产力的意义掌握海洋新生产力的分布规律和研究新生产力的意义 第一节第一节 海洋生物生产及初级生产力的测定方法海洋生物生产及初级生产力的测定方法 n生产者是生物群落中最基本和最关键的成分生产者是生物群落中最基本和最关键的成分n海洋初级生产的重要意义：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；为海洋生态系统的运转提供能量来源；估算渔业产量；估算渔业产量；对全球的碳循环的重要影响。对全球的碳循环的重要影响。一、生物生产力的有关概念一、生物生产力的有关概念n生生物物生生产产力力就就是是生生物物通通过过同同化化作作用用生生产产（或或积积累）有机物的能力，它包括：累）有机物的能力，它包括：n

2、1初级生产力（初级生产力（primary productivity）单单位位：g(干干重重)/m2 a，g C/m2 a，J/m2 a说明：上式仅为代表式；强调时间过程说明：上式仅为代表式；强调时间过程总初级生产（总初级生产（gross primary production）净初级生产（净初级生产（net primary production）地地球球生生物物圈圈0.11；陆陆地地平平均均0.25；海海洋洋平平均均0.05；农业生态系统：农业生态系统：1-2。光能光能 叶绿素叶绿素 CO2 H2O （CH2O）O2能量能量 2 2次级生产力（次级生产力（次级生产力（次级生产力（secondary productivitysecondary productivity）3 3群落净生产力（群落净生产力（群落净生产力（群落净生产力（net community net community productivityproductivity）群落净生产力群落净生产力群落净生产力群落净生产力 净初级生产力净初级生产力净初级生产力净初级生产力 异养呼吸消耗异养呼吸消耗异养呼吸消耗异养呼吸消耗 从群落整

3、体考虑有无生物量的积累从群落整体考虑有无生物量的积累从群落整体考虑有无生物量的积累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与群落的发展与成熟度有关与群落的发展与成熟度有关与群落的发展与成熟度有关4 4现存量、周转率、周转时间现存量、周转率、周转时间现存量、周转率、周转时间现存量、周转率、周转时间 生产力生产力生产力生产力 =现存量现存量现存量现存量 周转率周转率周转率周转率 图图7-17-1 两个平衡的群落（输入两个平衡的群落（输入 输出）的模式输出）的模式（A输入和输出都较低、周输入和输出都较低、周 转慢；转慢；B输入和输出都较高、周转快。）（引自输入和输出都较高、周转快。）（引自 Krebs 1978）现存量现存量 现存量现存量 生产量生产量 生产量生产量 减少量 减少量 A B（一）光合作用（一）光合作用（photosynthesis）n1光反应（光反应（light reaction）n2暗反应（暗反应（dark reaction）二、初级生产过程的基本化学反应二、初级生产过程的基本化学反应（二）化学合成作用（二）化学合成作用（chemosynthesis）辅辅助助

4、色色素素（accessory pigments）：包包括括胡胡萝萝卜卜素素、岩岩藻黄素、藻蓝蛋白等。藻黄素、藻蓝蛋白等。叶叶 绿绿 素素 a（Chla）吸吸 收收 范范 围围 652700 nm，吸吸 收收 峰峰670695 nm，而而可可见见光光范范围围400720 nm，辅辅助助色色素素可可拓宽吸收范围，但不能进行电子传递拓宽吸收范围，但不能进行电子传递（一）测氧法（一）测氧法 三、海洋初级生产力的测定方法三、海洋初级生产力的测定方法（二）（二）14C示踪法示踪法 n丹丹麦麦科科学学家家Steemann-Nielsen在在20世世纪纪50年年代代首首先先应应用用于于海海洋洋方面的研究方面的研究 优点：准确性高，所得结果接近于净产量的数值优点：准确性高，所得结果接近于净产量的数值优点：准确性高，所得结果接近于净产量的数值优点：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）、危险缺点：技术性强（吸附、污染）、危险缺点：技术性强（吸附、污染）、危险缺点：技术性强（吸附、污染）、危险现场法（现场法（现场法（现场法（in situ methodin situ method

5、）模拟现场法（模拟现场法（模拟现场法（模拟现场法（the simulated in situ methodthe simulated in situ method）光能光能 叶绿素叶绿素*CO2 H2O （*CH2O）O2 n原理原理n同同化化指指数数（assimilation index）或或称称同同化化系系数数（coefficient of assimilation）是是指指单单位位Chla在在单单位位时时间间内内合合成成的的有有机机碳碳量量，其其单单位为位为mgC/（mg Chlah）。）。n公式：公式：初级生产力（初级生产力（P）=叶绿素含量（叶绿素含量（Chl a）同化指数（同化指数（Q）Chl a、Q分别由分光光度法和分别由分光光度法和14C测定测定n优点：大大减轻工作量与费用，不必每个测站采用优点：大大减轻工作量与费用，不必每个测站采用14C法法n影响因素：藻类适应性；环境营养盐含量；光照条件；温度等影响因素：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大小藻类、维管束植物产量估计 收获量法、钟罩、掉落物收获量法、钟罩、掉落物（三）叶绿素同化指

6、数法（三）叶绿素同化指数法第二节第二节 影响海洋初级生产力的因素影响海洋初级生产力的因素 一、光一、光 1、藻类光合作用与辐照度的抛物线关系、藻类光合作用与辐照度的抛物线关系 在在光光抑抑制制之之前前的的曲曲线可用下式表示：线可用下式表示：P(g)=PmaxI/（Ik+I)图图7-2 光合作用对光强变化的反应（引自光合作用对光强变化的反应（引自Parsons 1984）Pmax Pg Pn 呼吸呼吸 补偿点补偿点 光抑制光抑制?P?I IC IK 光强光强(I)/Cal/(ml min)光合作用光合作用(P)/mg C/(ml h)0 2 2、饱和光强、饱和光强、饱和光强、饱和光强不同种类、不同纬度、不同季节饱和光强不同不同种类、不同纬度、不同季节饱和光强不同不同种类、不同纬度、不同季节饱和光强不同不同种类、不同纬度、不同季节饱和光强不同适应性适应性适应性适应性3 3、补补补补偿偿偿偿深深深深度度度度（the the compensation compensation depthdepth）、补补补补偿偿偿偿光光光光强强强强（the the compensation light int

7、ensitycompensation light intensity）、）、）、）、补偿点补偿点补偿点补偿点理论上的真光层深度理论上的真光层深度理论上的真光层深度理论上的真光层深度纬度、季节、天气、浊度、时间、海况的影响纬度、季节、天气、浊度、时间、海况的影响纬度、季节、天气、浊度、时间、海况的影响纬度、季节、天气、浊度、时间、海况的影响 0 10 20 30 40 50 60 深深 度度/m 总初级生产和呼吸作用（任意单位）总初级生产和呼吸作用（任意单位）净初级生产净初级生产 呼呼 吸吸 作作 用用 光合作用光合作用 图图7-3 中纬度海区晴天的初级生产与深度的关系（引自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 根据式根据式 ID=I0eKD 可得可得 ln ID=ln I0KD (1)D=(ln I0ln ID)/K (2)n以补偿深度的光强以补偿深度的光强IC取代取代ID，则，则D即为补偿深度（即为补偿深度（DC）DC=(ln I0ln IC)/K (3)n式中式中I0可现场实测可现场实测，K根据式根据式(2)计算，计算，IC可

8、通过实验测得。可通过实验测得。（一）营养盐吸收方程（一）营养盐吸收方程n1、米氏方程：、米氏方程：V V：吸收速率；吸收速率；吸收速率；吸收速率；S S：介质浓度；介质浓度；介质浓度；介质浓度；V Vmm：最大吸收速率；最大吸收速率；最大吸收速率；最大吸收速率；K Ks s：吸收半饱和常数吸收半饱和常数吸收半饱和常数吸收半饱和常数 二、营养盐二、营养盐 V=Vm SKsS Vm a Ks S Vm2 b 0 5 10 15 20 浓度浓度S/(mol/L)吸收速率吸收速率V/(mol/h)1.0 2.0 S/V c 25 20 15 10 5 0 -5 -9.3 浓度浓度S/(mol/L)图图7-4 浮游植物对营养盐的吸收动力学（浮游植物对营养盐的吸收动力学（a）和）和Ks值（值（b、c）n2、最大吸收速率（、最大吸收速率（Vm）：）：反映细胞营养水平和环境限制程度的指标反映细胞营养水平和环境限制程度的指标 可变可变n3、吸收半饱和常数（、吸收半饱和常数（Ks）：）：种群竞争限制性营养盐能力的一个重要指标种群竞争限制性营养盐能力的一个重要指标 相对保守、稳定相对保守、稳定 n沿岸与大洋

9、种类的差异、季节演替沿岸与大洋种类的差异、季节演替n4、参数的求法、参数的求法 n5、Vm/Ks（二）绿色植物按一定比例吸收营养盐二）绿色植物按一定比例吸收营养盐 nRedfield比值：比值：C：N：P=106：16：1 n海洋整体缺氮，部分海区缺磷海洋整体缺氮，部分海区缺磷（三）表层营养盐补充（三）表层营养盐补充 n上升流、沿岸、河口与寒暖流交汇处上升流、沿岸、河口与寒暖流交汇处 三、铁（三、铁（Fe）nFe：影响某些大洋区海洋初级生产力的重要因子影响某些大洋区海洋初级生产力的重要因子nC：Fe=100000：1 nFe在海水中的分布很不均匀在海水中的分布很不均匀 从从大大洋洋到到近近岸岸，其其含含量量范范围围大大约约为为0.0010.5 mg/m3，即相当于即相当于0.0210 nmol/kg。n补充特点补充特点 近岸、大洋表层近岸、大洋表层n从从海海洋洋整整体体上上看看，南南大大洋洋部部分分海海区区和和赤赤道道的的广广阔阔海海区区中中Fe含量最低含量最低四、温度四、温度 n1、直接影响：、直接影响：n光合作用可看作一系列酶促反应光合作用可看作一系列酶促反应 n浮游植物对温度变化

10、有一定的适应性浮游植物对温度变化有一定的适应性n如如中中肋肋骨骨条条藻藻在在最最适适温温和和亚亚最最适适温温状状态态下下光光合合作作用用速速率率无无明明显显变变化（酶含量与活性）化（酶含量与活性）n2、间接影响：层化现象、间接影响：层化现象 五、垂直混合和临界深度五、垂直混合和临界深度 n1、湍流：有利与不利、湍流：有利与不利n2、临界深度（、临界深度（the critical depth）n在这个深度之上，平均在这个深度之上，平均光强等于补偿光强光强等于补偿光强 n大小与垂直混合的深度大小与垂直混合的深度有关有关n不同海区、不同纬度的不同海区、不同纬度的差异差异 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 n过剩摄食（过剩摄食（superfluous feeding）n一般多数海区营养盐补充起决定作用，而在高纬度光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照易起重要作用 六、牧食作用

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