上海海洋大学（上海水产大学）：《水生生物学》课程教学课件（PPT讲稿）第三篇 水生生态学 3.7 第七章 水域生态系统生产力

水域生态学概论 An Introduction of Aquatic Ecology 王 岩 上海水产大学水域生态与鱼类营养实验室 AEFN

水域生态学概论 An Introduction of Aquatic Ecology 王 岩 上海水产大学水域生态与鱼类营养实验室 AEFN

第七章 水域生态系统生产力 AEFN

第七章 水域生态系统生产力 AEFN

初级生产力  初级生产力：单位时间单位面积内绿色植物通过光合作用合成有 机质的速率（量）（Odum，1971）；或“在食物链初端所形成 的有机颗粒”（UNESCO，1979）。 陆地生态学家用初级生产力描述高等植物生物量增加；水域生态 学家用初级生产力描述水生植物的生产量。  净初级生产力：单位时间单位空间内绿色植物累积光合量与累积 呼吸量之差。  当单独利用14C数据时，水体总生产力往往被假定为净生产力的 125%（或NP=80%GP）（Brylinsky & Mann, 1973）.Likens G.E. 假定测定值近似于净生产力（尽管数值位于总生产力和净生产力 之间） AEFN

初级生产力  初级生产力：单位时间单位面积内绿色植物通过光合作用合成有 机质的速率（量）（Odum，1971）；或“在食物链初端所形成 的有机颗粒”（UNESCO，1979）。 陆地生态学家用初级生产力描述高等植物生物量增加；水域生态 学家用初级生产力描述水生植物的生产量。  净初级生产力：单位时间单位空间内绿色植物累积光合量与累积 呼吸量之差。  当单独利用14C数据时，水体总生产力往往被假定为净生产力的 125%（或NP=80%GP）（Brylinsky & Mann, 1973）.Likens G.E. 假定测定值近似于净生产力（尽管数值位于总生产力和净生产力 之间） AEFN

影响水体初级生产力的因素  光照：光合作用通常随光强度增加而增加，达到一平台 后随光强度增加而降低（光抑制） 在河口和沿岸水域，水浑浊呈黄褐色，580nm波长的光 易透过；在大洋，480nm的光最易透过。  温度：与光协同发生作用。  水流：  碳供应：天然水体中的碳源包括溶解二氧化碳、碳酸、 碳酸氢根离子等，根据对碳源的利用，可将初级生产者 分为三种类型。 AEFN

影响水体初级生产力的因素  光照：光合作用通常随光强度增加而增加，达到一平台 后随光强度增加而降低（光抑制） 在河口和沿岸水域，水浑浊呈黄褐色，580nm波长的光 易透过；在大洋，480nm的光最易透过。  温度：与光协同发生作用。  水流：  碳供应：天然水体中的碳源包括溶解二氧化碳、碳酸、 碳酸氢根离子等，根据对碳源的利用，可将初级生产者 分为三种类型。 AEFN

 补偿强度（Compensatory intensity）：植物光合 作用等于呼吸作用时的光强度，补偿光强度大约 为表层水光强的1%。 （Nybakken，1993； Mann，2000）  补偿深度（Compensatory depth）：植物光合作 用等于呼吸作用时的深度。 AEFN

 补偿强度（Compensatory intensity）：植物光合 作用等于呼吸作用时的光强度，补偿光强度大约 为表层水光强的1%。 （Nybakken，1993； Mann，2000）  补偿深度（Compensatory depth）：植物光合作 用等于呼吸作用时的深度。 AEFN

 海洋中溶解有机碳平均为700微克/升，总量大约为1×1018克碳； 大洋中的POM大约为 DOM的 3 %左右，大约为2 0微克 /升 (Williams, 1975)。近岸水域中POM通常比大洋中高1—2个数量 级，而与DOM在同一个数量级上（Parsons, 1975）。  在一个区域内POC浓度与该区域浮游生物生产力间存在正相关 (Wangersky, 1977)，但POC浓度的峰值通常在浮游植物高峰期 后相当一段时间出现，这意味着浮游植物生产扩大了DOC库， 之后发生了DOC向POC转化。  在底质—水界面上POM浓度通常最高。 AEFN

 海洋中溶解有机碳平均为700微克/升，总量大约为1×1018克碳； 大洋中的POM大约为 DOM的 3 %左右，大约为2 0微克 /升 (Williams, 1975)。近岸水域中POM通常比大洋中高1—2个数量 级，而与DOM在同一个数量级上（Parsons, 1975）。  在一个区域内POC浓度与该区域浮游生物生产力间存在正相关 (Wangersky, 1977)，但POC浓度的峰值通常在浮游植物高峰期 后相当一段时间出现，这意味着浮游植物生产扩大了DOC库， 之后发生了DOC向POC转化。  在底质—水界面上POM浓度通常最高。 AEFN

影响初级生产力的环境因素  营养盐（主要是氮和磷）供应：大洋中氮和磷的摩尔比通常为15：1 （Redfield et al, 1963）。大洋表层水中氮浓度通常比海底沉积物或陆地 径流中的氮浓度低，因此低盐水和浅水中的氮和磷浓度通常较高；河口 区的氮和磷的摩尔比通常低于15，氮经常是限制河口区浮游植物生长的 营养盐（Thayer, 1971）。 光合作用对氮和磷的需求比例为16：1。浮游植物细胞内氮和磷的含量 变异很大，Ryther和Dunstan（1971）提出浮游植物近似地以10：1的比 例摄取氮和磷。 当外界磷供应超出需求时，藻类可将一部分磷以多磷酸盐的形式贮存在 细胞内（Kuhal，1962；Schmidt，1966），具有这样储备的藻类能在不 含磷的水中继续生长（Kuhal，1962）。当细胞内部的磷消耗完后，一 种适应机制是通过产生碱性磷酸酶水解含磷有机物质来产生供光合作用 利用的磷。  生物因素：（Veberg，见郑义水等）。 AEFN

影响初级生产力的环境因素  营养盐（主要是氮和磷）供应：大洋中氮和磷的摩尔比通常为15：1 （Redfield et al, 1963）。大洋表层水中氮浓度通常比海底沉积物或陆地 径流中的氮浓度低，因此低盐水和浅水中的氮和磷浓度通常较高；河口 区的氮和磷的摩尔比通常低于15，氮经常是限制河口区浮游植物生长的 营养盐（Thayer, 1971）。 光合作用对氮和磷的需求比例为16：1。浮游植物细胞内氮和磷的含量 变异很大，Ryther和Dunstan（1971）提出浮游植物近似地以10：1的比 例摄取氮和磷。 当外界磷供应超出需求时，藻类可将一部分磷以多磷酸盐的形式贮存在 细胞内（Kuhal，1962；Schmidt，1966），具有这样储备的藻类能在不 含磷的水中继续生长（Kuhal，1962）。当细胞内部的磷消耗完后，一 种适应机制是通过产生碱性磷酸酶水解含磷有机物质来产生供光合作用 利用的磷。  生物因素：（Veberg，见郑义水等）。 AEFN

 如果仅给细胞供应光、水和二氧化碳，光合作用可以进 行一段时间，但是细胞生长以及生产力依赖于各种营养 盐的供应（Fogg, 1975）,如果没有营养盐，细胞不会分 裂，最终衰老死亡。  Barber & Ryther (1969)发现在上升流海水中加入EDTA 或加入浮游动物过滤抽提液体后大大提高了初级生产力。 Mann，2000  一般认为维生素供应对于控制和限制生产力作用不重要 （Willams, 1975）。 AEFN

 如果仅给细胞供应光、水和二氧化碳，光合作用可以进 行一段时间，但是细胞生长以及生产力依赖于各种营养 盐的供应（Fogg, 1975）,如果没有营养盐，细胞不会分 裂，最终衰老死亡。  Barber & Ryther (1969)发现在上升流海水中加入EDTA 或加入浮游动物过滤抽提液体后大大提高了初级生产力。 Mann，2000  一般认为维生素供应对于控制和限制生产力作用不重要 （Willams, 1975）。 AEFN

 磷在湖泊中存在形式：（1）无机磷酸盐（soluble inorganic phosphate或orthophate或PO4）或多聚磷酸盐（polyphosphate）； （2）溶解性有机磷；（3）颗粒有机磷。  Liebig (1862)提出最小量定律（Law of Minimum）：植物产量 （生产力）取决于生长因素比例中最小者。  Mitscherlich, E.A. (1921)提出环境因素的活性定律（Activity Law for Environmental Law）：产量（生产力）不是取决于单一因素， 而是所有的相关因素，对一种物质的要求依赖于对其它物质的需 求。  根据这些观点，磷增加植物产量的前提是有充足的氮可供利用， 并且氮不能够替代磷。 （Schwoerbel,J. 1987） AEFN

 磷在湖泊中存在形式：（1）无机磷酸盐（soluble inorganic phosphate或orthophate或PO4）或多聚磷酸盐（polyphosphate）； （2）溶解性有机磷；（3）颗粒有机磷。  Liebig (1862)提出最小量定律（Law of Minimum）：植物产量 （生产力）取决于生长因素比例中最小者。  Mitscherlich, E.A. (1921)提出环境因素的活性定律（Activity Law for Environmental Law）：产量（生产力）不是取决于单一因素， 而是所有的相关因素，对一种物质的要求依赖于对其它物质的需 求。  根据这些观点，磷增加植物产量的前提是有充足的氮可供利用， 并且氮不能够替代磷。 （Schwoerbel,J. 1987） AEFN

 温带水域浮游植物生物量和初级生产力具有界限分明的季节周 期，最大值通常出现在春季，夏季下降，秋季出现第二个高峰， 但峰值较小。在两极水域，浮游植物生物量和生产力呈单峰分 布，夏季为高峰期。热带水域浮游植物生物量和生产力也呈单 峰分布，但其高峰出现在冬季。  微型藻类也出现于透光层海底沉积物中，其生产力是浅海水域 固定碳收支的组成部分。微型藻类最低生产力出现在深海海底 沉积物中，最高生产力出现于河口区屏蔽的潮间带和潮下带上 部沉积物中（Veberg，见郑义水等）。 藻类生产力的时、空特点

 温带水域浮游植物生物量和初级生产力具有界限分明的季节周 期，最大值通常出现在春季，夏季下降，秋季出现第二个高峰， 但峰值较小。在两极水域，浮游植物生物量和生产力呈单峰分 布，夏季为高峰期。热带水域浮游植物生物量和生产力也呈单 峰分布，但其高峰出现在冬季。  微型藻类也出现于透光层海底沉积物中，其生产力是浅海水域 固定碳收支的组成部分。微型藻类最低生产力出现在深海海底 沉积物中，最高生产力出现于河口区屏蔽的潮间带和潮下带上 部沉积物中（Veberg，见郑义水等）。 藻类生产力的时、空特点