上海海洋大学海洋生态学 Chapter 006 海洋初级生产力解析
整理海洋生态学
海洋生态学绪论：1,生态学：研究生物生存条件、生物及其群体与环境相互作用的过程及其规律的科学；其目的是指导人与生物圈的协调发展。
2,生态学三个优先研究的领域：①全球变化，包括气候、天气、陆地和水域变化的生态原因和结果；②生态多样性，决定生态多样性的生态因子和生态学意义，全球性和区域性变化对生物多样性的影响；③可持续的生态系统，探讨可持续的生态系统的生态学原理和策略以及受损生态系统的恢复和重建的原理和技术第一章：生态系统概述1，生态系统：就是指一定时间和空间范围内，生物（一个或多个生物群落）与非生物环境通过能量流动和物质循环所形成的一个互相联系、互相作用并且具有自动调节机制的自然整体。
2,食物链；是指生物之间通过食与被食形成一环套一环的链状营养关系，即物质和能量从植物开始，然后一级一级的转移到大型肉食动物。
食物链上的每个环节称为营养级。
3,生态平衡：如果输入和输出在较长时间趋于相等，系统的结构与功能长期处于稳定状态，在外来干扰下能通过自我调节恢复原初的稳定状态，生态系统的这种状态叫做生态平衡。
4,地球自我调节理论一一Gaia假说：认为，大气中活性气体的组成、地球表面的温度及沉积物的氧化还原电位和pH值等是受到地球上所有生物总体的成长、代谢所调控的，当地球环境受到干扰或者破坏时，地球上的生命总体总会通过其成长、活动和代谢的变化来缓和地球环境的变化。
第二章：海洋环境与海洋生物生态类群1,海洋环境三大环境梯度：从赤道到两级的纬度梯度，从海面倒深海海底的深度梯度以及从沿岸到开阔大洋的水平梯度。
2,浮游生物的重要性：①它们数量多、分布广，是海洋生产力的基础，也是海洋生态系统能量流动和物质循环的最主要环节；②是水团和海流的指示种；③有些化石种类的分布有助于勘探海底矿产资源。
3,浮游生物：是指在水流的作用下，被动的漂浮在水层中的生物群。
它们共同的特点是缺乏发达的运动器官，运动能力薄弱或者完全没有运动能力，只能随水流移动。
海洋初级生产力
光合作用(P)/[mgC/(ml· h)]
Pmax
光抑制
Pn
∆P
Pg
∆I
＋ 0 －
IC
呼吸
补偿点
IK
光强(I)/[Cal/(cm2 · min)]
图 6.3 光合作用对光强变化的反应(引自 Parsons et al. 1984)
强（saturation light intensity）。如果继续增加辐照度，光合作用中暗反应不能跟上光化学
净初级产量扣除群落中异养生物的呼吸作用消耗后剩余的就是群落的净产量（net community production），即：群落净产量 ＝ 净初级生产量 － 异养生物的呼吸消耗。
群落净产量通常指整个生产季节或一年的期间未被异养者消耗的有机物质量。群落 净产量高低可以衡量群落内部总体的平衡状态。当总初级生产量与群落总呼吸消耗量相 等时，表明群落内部维持平衡状态。如果总初级生产量大于群落总呼吸消耗量，则说明 群落在维持原有平衡状态外还有剩余的净生产量可供输出或群落本身处于生长状态，反
法通常只在要了解总生产量中呼吸消耗的量时使用。同时，由于无法将水样中的浮游植
物细胞与异养细菌、原生动物等微细消费者分离开来，因此测氧法的测定结果更适于用
来表示微型生物群落的代谢率或群落净生产力。以上三种方法是在调查现场应用。
（四）水色遥感扫描法
卫星携带的海洋水色遥感装置（CZCS）可以记录海水的颜色，反映海区叶绿素和
1, 5-二磷酸核酮糖
ADP ATP
5-磷酸核酮糖
3-磷酸甘油酸
ATP ADP
1, 3-二磷酸甘油酸 NADPH
NADP Pi 甘油醛-3-磷酸
暗反应
第二阶段：受体再生
海洋生态学课后习题and解答
海洋生态学课后习题第一章生态系统及其功能1.生态系统概念所强调的核心思想是什么？生态系统是指一定时间和空间范围内，生物群落和非生物环境通过能量流动和物质循环所形成的相互联系相互作用并具有自动调节机制的自然整体。
生态系统概念所强调的核心思想是自然界生物与环境之间具有不可分割的整体性。
2.生态系统有哪些基本组分？各自执行什么功能？生态系统的基本组成可以概括为非生物和生物两部分，包括非生物环境，生产者、消费者、分解者。
①非生物成分：生态系统的生命支持系统，提供生态系统中各种生物的栖息场所、物质条件，也是生物能量的源泉。
②生物成分：执行生态系统功能的主体。
三大功能群构成三个亚系统，并且与环境要素共同构成统一整体。
只有通过这个整体才能执行能量流动和物质循环的基本功能。
（1）生产者：所有绿色植物、光合细菌、化能细菌等，制造的有机物是一切生物的食物来源，在生态系统能量流动和物质循环中居于首要地位。
（2）消费者：不能从无机物制造有机物的全部生物，直接或间接依靠生产者制造的有机物为生，通过摄食、同化和吸收过程，起着对初级生产者加工和本身再生产的作用。
（3）分解者：异养生物，包括细菌、真菌、放线菌、原生动物等。
在生态系统中连续进行与光合作用相反的分解作用。
每一种生物产生的有机物基本上都可以被已经存在于自然界的微生物所分解。
3.生态系统的能量是怎样流动的？有哪些特点？植物光合作用形成的有机物质和能量，一部分被其呼吸作用所消耗，剩下的才是可以供给下一营养级的净初级产量。
植食性动物只能同化一部分净初级生产量，其余部分形成粪团排出体外，被吸收的量又有一部分用于自身生命活动，还有一部分以代谢废物形式排出，剩下的才是能够提供给下一营养级的总能量。
服从热力学第一、第二定律，即能量守恒定律和能量转化定律。
能量单向流动，不循环，不断消耗和散失。
任何一个生态系统的食物链不可能很长，陆地通常3-4级，海洋很少超过6级，因为能量随营养级增加而不断减少，意味着生物数量必定不断下降，而维持种群繁衍必须要有一定数量保证。
第九章海洋初级生产力
辐散大陆锋； 海水辐聚带
湍流：在近岸海区，陆架的水下浅滩附近， 由于水深级生产所需营养物质的补充。
三、近岸水域的初级生产力
临界深度：在这个深度上方整个水柱浮游植物 的光合作用总量等于其呼吸消耗的总量。临界 深度通常大于补偿深度。
光合作用
深度
呼吸作用
补偿深度
临界深度 临界深度与补偿深度上 方和下方浮游植物的数 量比例及垂直混合的深 度有关。
六、牧食作用 过剩摄食：在浮游植物密度高的时候，被吞食的 植物细胞尚未被很好消化就从肠管排出的现象。
P：初级生产力； Rs：白瓶水样有机14C的放射计数； Rb：黑瓶水样有机14C的放射计数； R：加入14C的总放射性； W：海水总CO2量； N：培养时间。
P = (Rs-Rb) W/R·N
2、叶绿素同化指数法：在一定条件下，植物细胞 内叶绿素含量与光合作用产量之间存在一定的相 关性，根据叶绿素a与同化指数（Q）来计算初级 生产力。
五、海洋大型底栖植物的产量
海洋底栖植物的平均产量可能占海洋初级总产量的5-10％。
单细胞藻类
底栖植物
大型底栖植物 （海藻床、海草、 红树林等） 海藻床产量可达 很高水平
再生生产力：由再生N源（在真光层中再循环的N，主要是 氨态氮）支持的初级生产力，它主要反映真光层营养物质 循环的效率。 新生产力：由新N源（由真光层之外提供的N，主要是硝酸 态氮）支持的初级生产力，它主要反映从真光层之外的营 养物质补充的比例。从群落的相对稳定性这个观点来看， 可以认为在一个较长的时间周期中，新生产力与输出生产 力或群落净生产力的概念是一致的。
及海洋初级生产力评估
营养盐：营养盐是浮游生物生长和繁殖所必需的物质，不同营养盐浓度条件下海洋初级生产力 也会有所不同。
人为因素
海洋污染：人类活动产生的废弃物对海洋造成污染，影响海洋生物的 生存和繁殖
过度捕捞：过度捕捞导致海洋生物数量减少，影响海洋生态系统的 平衡
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海洋初级生产力评估
汇报人：
目录
01 02 03 04 05 06
添加目录项标题 海洋初级生产力概述 海洋初级生产力评估实践 海洋初级生产力影响因素 海洋初级生产力评估意义 未来研究方向与展望
01
添加目录项标题
02
海洋初级生产力概述
定义与意义
海洋初级生产力 定义
海洋初级生产力 的意义
引入新技术：积极引入大数据、人工智能等先进 技术，提高海洋初级生产力评估的效率和准确性， 为海洋生态保护和可持续发展提供有力支持。
拓展研究范围：将海洋初级生产力评估的 研究范围从近海扩展到远海，从浅海扩展 到深海，全面了解海洋初级生产力的分布 和变化情况。
加强国际合作：积极参与国际海洋科学研究合作， 引进国际先进技术和经验，推动我国海洋初级生 产力评估研究的国际化发展。
推动海洋保护与可持续发展
未来研究方向：提高海洋初级生产力的可持续性 未来研究方向：研究海洋生态系统与人类活动的相互作用 未来研究方向：探索海洋生态系 未来研究方向：加强国际合作与交流，共同推动海洋保护与可持续发展
感谢观看
汇报人：
海洋工程建设：海洋工程建设如海底隧道、港口等，对海洋环境造成 破坏，影响海洋生物的栖息和繁殖
气候变化：人类活动导致的气候变化，对海洋生态系统产生负面影 响，影响海洋初级生产力
海洋生态学 复习资料
海洋生态学复习资料海洋生态学复习资料海洋生态学第一章1.生命最基本的特征是什么？(1)细胞是生物的基本组成单位（病毒除外）(2)新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能（3）生命通过生殖得以延续，DNA是生物遗传的基本物质。
（4）生物体有个体发育和系统进化的历史(5)生物对外界可产生应激反应和自我调节，对环境具有适应性2.生物多样性：指在一定时间和一定区域内所有生物物种（动物、植物、微生物）及其遗传变异和生态系统复杂性的总称。
主要包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。
3.衡量物种多样性的指标：①物种总数；②物种密度；③特有种比例4.生态系统多样性主要是指地球上生态系统组成、功能和各种生态过程的多样性。
5生态阈值：即环境容量，指环境区域内对人类活动影响的最大容量。
大气、土地、动物和植物受到污染物的最大限制。
第二章1.海水的物理特性和生态意义物理特性：溶解性、透光性、流动性、浮力及缓冲性能生态意义：由于海水的强溶解性，浮游植物可以直接吸收光合作用所需的无机盐，如氮和磷。
同时，海水具有透光性，为浮游植物的光合作用提供了必要的光条件。
此外，海水富含二氧化碳和碳酸氢盐。
在这些条件下，生活在海洋表面的浮游植物可以通过光合作用产生碳水化合物和其他有机物质。
在海洋环境中，由于海水浮力在支持、传播和保护这些生物方面的作用，大量小型、简单和脆弱的生物得以生存。
海水的比热和流动性较高，使水温、pH值和环境因素相对稳定，有利于生物体的分布和扩散。
2.根据生命史中漂浮生命阶段所占的时间，可分为以下三类。
①终生浮游生物：大多数浮游生物属于这一类。
② 阶段性浮游生物：指在生命史的某一阶段生活在浮游生物中的生物体，以及生活在底栖生物（或游泳生物）中的成虫。
通常是底栖或游动生物的卵和幼虫。
它出现在每年的某个季节，具有周期性。
③暂时性浮游生物：这类原非浮游生物，仅有时短暂地离开底层营浮游生活，如涟虫类、糠虾类、等足类和介形类等底栖生活。
海洋初级生产力
1. 简要说明光合作用中光反应、暗反应的基本化学反应及其作用。
2. 举例说明生产力与现存量、周转率之间是相互有联系，但却是完全不同的概念。
3. 结合酶动力学的米氏方程说明光合作用率与光照强度的关系以及浮游植物生长率与介质中无机营养盐的关系。
4. 海洋中有哪些HNLC海区？说明这些海区的特征以及浮游植物组成类别上与一般富营养海区的差别。
5. 分析不同纬度海区初级生产力的分布特征及其原因。
6. 为什么沿岸浅海区含有高的初级生产力水平？7. 什么叫新生产力和f比值？新生产力的光合作用商为什么比再生生产力的高？8. 如果大洋区和沿岸区初级生产力分别是70 gC/(m2•a)和300 gC/(m2•a)，f比值分别是0.1和0.5，则它们的新生产力相差多少倍？9. 不同海区物理、水文特征与生物组成及新生产力水平有什么关系？10. 研究海洋新生产力有何理论和实践意义？海洋初级生产力的测定1.14C示踪法2.叶绿素荧光测定法❖初级生产力（P）= 叶绿素含量（Chla）×同化指数（Q）❖优点：大大减轻工作量与费用，不必每个测站采用14C法❖影响因素：藻类适应性；环境营养盐含量；光照条件；温度等。
（三）黑白瓶测氧法（四）水色遥感扫描法❖收获量法、钟罩法、掉落物法等第二节影响海洋初级生产力的因素一、光the compensation depth:某一深度，植物24小时中光合作用生产量与呼吸作用消耗量相等，补偿深度上方才有净生产量。
纬度、季节、天气、浊度、时间、海况对补偿深度的影响。
二、营养盐1浮游植物生长需要的营养物质❖Redfield比值：C：N：P = 106：16：1❖海洋整体缺氮，部分海区缺磷2海水中营养盐含量与浮游植物生长的关系❖酶动力学Mechaelis-Menten方程：❖µ=µmax · N / (KN + N）❖吸收半饱和常数（KN）❖种群竞争限制性营养盐能力的一个重要指标3铁限制假说近岸有陆源补充，大洋表层依靠气溶胶沉降。
海洋生态学课后思考题答案全
海洋生态学课后思考题答案全Revised by BETTY on December 25,2020第一章生态系统及其功能概论1 生态系统概念所强调的核心思想是什么？答: 生态系统概念所强调的核心思想主要强调自然界生物与环境之间不可分割的整体性，树立这种整体性思想使人类认识自然的具有革命性的进步。
生态系统生物学是现代生态学的核心。
2 生态系统有哪些基本组分它们各自执行什么功能答：生态系统的基本组成成分包括非生物和生物两部分。
非生物成分是生态系统的生命支持者，它提供生态系统中各种生物活动的栖息场所，具备生物生存所必须的物质条件，也是生命的源泉。
生物部分是执行生态系统功能的主体。
可分为以下几类：生产者:能利用太阳能进行光合作用，制造的有机物是地球上一切生物的食物来源，在生态系统中得能量流动和物质循环中居首要地位。
消费者：它们之间或者间接的依靠生产者制造的有机物为食，通过对生产者的摄食、同化和吸收过程，起着对初级生产者的加工和本身再生产的作用。
分解者：在生态系统中连续的进行着与光合作用相反的分解作用。
3生态系统的能量是怎么流动的有什么特点答：生态系统的能量流动过程是能量通过营养级不断消耗的过程。
其特点如下：（1）生产者（绿色植物）对太阳能利用率很低，只有1%左右。
（2）能量流动为不可逆的单向流动。
（3）流动中能量因热散失而逐渐减少，且各营养层次自身的呼吸所耗用的能量都在其总产量的一半以上，而各级的生产量则至多只有总产量的一小半。
（4）各级消费者之间能量的利用率平均为10%。
（5）只有当生态系统生产的能量与消耗的能量平衡的，生态系统的结构与功能才能保持动态的平衡。
4 生态系统的物质是怎样循环的有什么特点答：生态系统的物质循环通过生态系统中生物有机体和环境之间进行循环。
生命所需的各种元素和物质以无机形态被植物吸收，转变为生物体中各种有机物质，并通过食物链在营养级之间传递、转化。
当生物死亡后，有机物质被各种分解者分解回到环境中，然后再一次被植物吸收，重新进入食物链。
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二、营养盐
（一）浮游植物生长需要的营养物质
Redfield比值：
C：N：P = 106：16：1
海洋整体缺氮，部分海区缺磷
（二）海水中营养盐含量与浮游植物生长的关系
酶动力学Mechaelis-Menten方程： µ =µ N / (KN + N） max · µ ：吸收速率； N：介质浓度； µ max：最大吸收速率； KN：吸收半饱和常数
表 6.1 表层环流及海水的辐聚与辐散 气 旋 型 环 流 北 半 球 南 半 球 海水垂直运动 表层营养盐 逆 时 针 顺 时 针 海水辐散 有深层水补充 反 气 旋 型 环 流 顺 时 针 逆 时 针 海水辐聚 不能得到补充
第一节
海洋初级生产的基本过程 和生产力的有关概念
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； 对全球的碳循环有重要影响。
一、初级生产过程的基本化学反应——光合作用
光反应（light reaction） 暗反应（dark reaction）
光能
CO2 ＋ H 2 O
0
总初级生产和呼吸作用(任意单位) 1 2 3 4
深度/m
补 偿 深 度 （ the compensation depth） 纬度、季节、天气、浊度、时间、 海况对补偿深度的影响
10
呼 吸 作 用
20
30
光合作用
40
50 1 2 净初级生产 3
60
图 6.5 中纬度海区晴天的初级生产与深度的关系(引自 Tait 1981)
注意其假设前提：饱和光强下！
比生长率(µ)
µ max
1/2µ max
KN
营养盐浓度(N)
图 6.6 营养盐浓度与藻类生长率的关系 (引自 Kaiser et al. 2005)
最大吸收速率（µ max）
反映细胞营养水平和环境限制程度的指标
随环境而变
半饱和吸收常数（KN）
种群竞争限制性营养盐能力的一个重要指标
0.0 0.5 1.0
质量摩尔浓度(O2)/µ mol· kg-1 0 50 100 150
深度/(km)
1.5 2.0
O2
2.5 3.0 3.5 4.0
Fe
NO3
－
0
10
20
30
40
－
50
-1
60
质量摩尔浓度(NO3 )/µ mol· kg 图 6.7
阿拉斯加湾溶解 Fe 的垂直分布(引自 Martin et al. 1989)
叶绿素
（CH2O ）＋O2 ＋能量
二、生产力的有关概念
总初级生产力（gross primary production） 净初级生产力（net primary production）
群落净生产力（net community productivity）
现存量、周转率、周转时间 B2 ＝ B1 ＋ P — E ＝ B1 ＋ ΔB 生产力 = 现存量×周转率
图 6.3 光合作用对光强变化的反应(引自 Parsons et al. 1984)
不同种类、不同纬度、不同季节的Ik不同，与适应性有关。
比生长率(相对单位)
1.0
蓝绿细菌
绿藻 0.5 甲藻 0 0 50 100 150 光强/[µmol/(m2· s)] 200 250 硅藻
图 6.4 4 类海洋浮游植物光合作用的增长率与光强的关系示意图 (Raven & Richardson 1986, 转引自陈长胜 2003)
第六章 海洋初级生产力
1. 初级生产与初级生产力、总、净初级生产力、生物量、周转率、次级生产 与次级生产力、新生产力等基本概念； 2. 初级生产力不同的测定方法(利用黑白瓶法和14C两种测定初级生产力的方法 和适用范围)； 3. 影响海洋初级生产力分布和海洋新生产力的影响因素； 4. 垂直混合和临界深度、新生产力与浮游生物的粒径组成及营养循环特征的 关系。 重点内容：初级生产力作用过程，用初级生产力估算潜在的渔获量，影响 海洋初级生产力(A)
减少量
(B)
减少量
图 6.2 两个平衡的群落(输入＝输出)的模式(引自 Krebs 1978)
(A) 输入和输出都较低、周转慢； (B) 输入和输出都较高、周转快
三、海洋初级生产力的测定
（一）14C示踪法
*
光能
CO2 ＋ H2O
叶绿素
（ CH2O）＋O2
*
优点：准确性高，所得结果接近于净产量的数值
相对保守、稳定 沿岸与大洋种类的差异、季节演替
Vm / Ks
（三）铁限制假说
C：Fe = 100000：1
Fe在海水中的分布很不均匀，不同海区补充特点不同，从整
体上看，南大洋部分海区和赤道的广阔海区中 Fe 含量最低。
质量摩尔浓度(Fe)/nmol· kg-1 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 200 1.2 250 1.4 300
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）
（二）叶绿素荧光测定法
初级生产力（P） = 叶绿素含量（Chla）×同化指数（Q ）
优点：大大减轻工作量与费用，不必每个测站采用14C法 影响因素：藻类适应性；环境营养盐含量；光照条件；温度 等。
三、物理海洋学过程对初级生产力的控制
（一）海水的垂直混合与温跃层
混合层内浮游植物的分布可以看成为相对均匀的，因此混合
层的深度就与浮游植物能否停留在有充足光照的水层有关。
临界深度（the critical depth）
风 0 光合作用
50
深度/m
浮 游 植 物 垂 直 混 合
补偿深度
100 呼
（三）黑白瓶测氧法 （四）水色遥感扫描法
收获量法、钟罩法、掉落物法等
第二节
一、光
影响海洋初级生产力的因素
藻类光合作用与辐照度的抛物线关系
h)] 光合作用(P) /[mg C/ (ml ·
Pg=Pmax[I]/（Ik+[I])
Pmax
光抑制 Pn
∆P ∆I ＋ 0 － IC IK
Pg
呼吸
补偿点 光强(I)/[Cal/(cm2 · min)]
吸 作 用
临界深度
150
超过临界深度
200 图 6.8 补偿深度与临界深度的关系(引自 Nybakken 1982)
海洋表面 温跃层
真光层
营养盐限制 叶绿素最大值 光限制
营养盐输入 应
图 6.9 光照、 营养盐供应、 温跃层深度与初级生产力的关系(引自 Kaiser et al. 2005)
深度
（二）海水辐散、辐聚和海洋锋面