海洋初级生产力
海洋初级生产力
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（二）叶绿素荧光测定法
叶绿素荧光测定法是以丙酮萃取水样中的滤物，以分光光度计测定特定波长下的叶
此这些术语实际上是同义的。
光子 2H+
P680
O
光系统 II
OH2
2H2O O2 +
4H+
基质
细胞色素 b 复合物
2H+
光子 Fo
P700 光系统 I
PO Cu2+ PO Cu+
FNR
NADP+ NADPH
类囊体腔
光反应
基质
ATP 合酶
H+
CO2
类囊体膜 ADP+Pi
ATP
第一阶段：固定 CO2 和生产糖
二、生产力的有关概念
（一）总初级生产力和净初级生产力 总初级生产力（gross primary production）是指光合作用中生产的有机碳总量。不过，
海洋植物与其他生物一样昼夜都进行连续不断的呼吸作用，消耗掉一部分生产出来的有 机碳。因此，总初级生产力扣除生产者呼吸消耗后其余的产量即为净初级生产力（net primary production），即： 净初级生产力 ＝ 总初级生产力 － 自养生物的呼吸消耗。
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光合作用(P)/[mgC/(ml· h)]
Pmax
光抑制
Pn
∆P
Pg
∆I
＋ 0 －
IC
呼吸
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。
第四节 海洋初级生产力和新生产力
6.现存量(standing crop)：是指绿色植物初级生产量被植食 动物取食及枯枝落叶掉落后所剩下的存活部分。 SC=GP-R-H-D
（2）化合作用
化能营养性的自养过程，仅在特殊情况下才有显著作用。
进行这一过程的主要是硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、 氢细菌、沼气细菌等。这类细菌最常集中于好气条件和 嫌气条件的交界处，因为在它们的生命活动中既需要氧 又需要从有机质的嫌气性分解中形成的还原性化合物。
在水体中具备这种条件的主要是水底土壤和底层水中。 因此化合细菌的数量也是在水底土壤中最多，底层水中 次之，表层水最少。
2.淨初級生产量(net primary production) ：在初级生产 过程中，自养生物固定的能量有一部分被自己的呼吸消 耗掉，剩下的可用于自养生物的生长和生殖，这部分生 产量。
3.总初級生产量(gross primary production)：GP=NP+R
4. 初級生产力(primary productivity)：自养生物在一定空间 一定时间内所生产的有机物质积累的速率称为生产率 (productivity rate)，或生产力(productivity)。
初级生产量、次级生产量
根据生物的营养特点，生产量可分为初级产量 （primary production）和次级产量(secondary production)。
自养生物通过光合作用或化合作用在单位时间、 单位面 积或容积内所合成的有机质的量称为初级产量；
异养生物在单位时间内同化、生长和繁殖而增加的生物 量或所贮存的能量，称为次级产量。
高考地理一轮复习精选对点训练：主要海洋环境的成因、危害与分布
主要海洋环境的成因、危害与分布1.“海洋资源多样性与可持续发展”是人类共同关注的议题。
下图示意东亚部分区域。
读图回答下列问题。
简述海洋生物多样性面临的主要威胁。
2.阅读材料，回答问题。
材料一下图为太平洋西部部分海域海洋初级生产力分布图。
材料二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。
海洋初级生产力主要受光照、温度、营养盐、海水垂直运动等因素影响。
材料三海洋初级生产力决定了鱼虾蟹等海洋生物饵料的多少，进而影响海产品产量的高低。
沿海易发生赤潮，其危害是______________________。
3.读海洋酸化示意图(其中△pH代表pH值的变化)，回答下列问题。
（1）目前海洋表层海水的pH值已经下降了________个单位，到2100年将下降________个单位。
产生这一现象的原因是__________________________。
（2）海洋酸化将对海洋生态产生什么影响？4.海洋初级生产力是指海水中藻类光合作用合成有机物的能力，它主要受光照、营养盐等因素的影响，海洋初级生产力过高易引发赤潮。
下图示意我国某海域海洋初级生产力分布(单位：克碳/平方米·年)，读图完成下列问题。
简述赤潮的防治措施。
5.读“我国渤海区域轮廓示意图”和下面材料，回答下列问题。
海水中的营养物质(如氮、磷)是海洋植物生长、发育、繁殖各阶段所必需的。
但是，如果水体中营养物质输入过量，营养物质就会在水体中蓄积，结果造成水体的富营养化。
水体的富营养化将引起某些水生生物，特别是浮游植物(包括赤潮生物)大量繁殖，甚至引发赤潮。
赤潮作为一种灾害，历史上早已出现过。
但近年来，有逐渐加重的趋势。
仅2019年我国近海就发生了28次。
未经处理的生活污水和工农业废水的排放、过度的海水养殖、海岸带的破坏等，都是造成赤潮日益频繁发生的原因。
（1）除了自然原因，还有哪些人类活动会使渤海水体富营养化，进而造成赤潮频发？请列举两例。
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。
基于遥感技术评估海洋初级生产力
2、海洋水体的光学特性。海水的光学特性可分 为两类: 固有光学量和表观光学量。固有光学量是指 只与水体成分有关而不随光照条件变化而变化的量。
它直接反映媒介的散射和吸收特性， 并且它随水中的 溶解和悬浮物以及媒介的电磁特性的变化而变化。表 观光学量是指随光照条件变化而变化的 量， 这些参 必须进行归一化，才有可能进行不同时间、 地点测量
4、海洋初级生产力。 海洋水色遥感的根木目的
是监测海洋初级生产力的变化，初级生产力表示在单 位海洋面积里，浮游植物通过光合作用固定碳的净速
率， 初级生产力的 单位是mg.耐d ， 其中 ， 第一个mg
指增长的浮游植物量 (由碳含量量度) 。而海洋初级 生产力的两类算法 (经验算法和解析算法) 都是基于 下面两点假设: (1 叶绿素 a 的浓度与浮游植物生 ) 物量 (用细胞浓度、细胞体积和浮游植物碳来表示) 间有很强和很稳定的相关性; (2 光合作用时，细 ) 胞中起主要作用的叶绿素是叶绿素 a。因此可看出， 通过遥感海水浮游植物中的叶绿素是评估海洋初级生 产力的一个重要指标。
精度‘ 3 ， 0一 测量精度蕊 0 。 0 0.1 另外为了 避开海面直射 反射 光入瞳， 需要探测器沿轨前后倾斜 ( 一 加0 扫 o 0 士 ) 描， 倾角按照一年四 季太阳高度角变化而进行调整。 3、 探测器。海洋水色 探测器的 性能要求， 主要
是由于波段设置、 信噪比 ( 八) 、 S 视场、 量化级、 辐
初级生产力海洋水色遥感是利用机载或星载遥感探测器探测与海洋水色有关的参数即海色要素如叶绿素悬浮物可溶有机物污染物等的光谱辐射根据生物光学特性太空中的传感器在探测到的辐射度中推算离水辐射度的大小和分布求得海水中叶绿素和悬浮物的含量等海洋环境要素获取有关的物质的分布信息从而进一步提取海洋叶绿素浓度等的信息来监测海洋环境和根据叶绿素的浓度评估海洋生产力
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
海洋生态学课后思考题答案
第一章生态系统及其功能概论1 生态系统：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相互联系，相互作用并具有自动调节机制的自然整体。
2 生产者（自养生物）：包括所有绿色植物，它们具有光和色素，能利用太阳能进行光合作用，将CO2,H2O和无机营养盐类合成碳水化合物、脂肪、蛋白质、核酸等有机物用于本身的生产，此外，还有包括光合细菌合化能合成细菌。
3 食物链：生物之间通过食与被食形成一环套一环的链状营养关系。
4 营养阶层（营养级）：食物链上每一个环节。
5 牧食食物链（植食食物链）：通常从活体植物开始，然后是草食动物、一级肉食动物、二级肉食动物等。
6 碎屑食物链：从动植物死亡尸体分解物开始。
8 生态效率：在能量流动过程中，能量的利用效率。
9 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。
10 反馈机制：生态系统用来实现其自我调控以维持相对的稳态的方法。
反馈：系统的输出反过来又决定其输出。
正反馈：系统中的部分输出通过一定路线又变成输入，起促进和加强作用。
负反馈：输出反过来起消弱合减低输入的作用。
11 生态平衡：输入和输出在较长的时间趋于相等，系统的结构与功能长期处于稳定的状态（这时动植物的种类和数量也保持相对稳定，环境的生产潜力得以充分发挥能流途径畅通）在外来干扰下能通过调节恢复到原处的稳定状态。
12 补加能量：指除太阳直接辐射的能量外，其他能减少生态系统内部的自我维持消耗，从而增加可转化为生产力的任何能量。
14 Gaia假说：是一个（在生物圈水平上的）控制论系统，可以说明生物与环境在生物圈规模上相互作用的稳态。
15 生态阈限：只有在某一限度内可以自我调节自然界或人类施加的干扰，这个限度就叫做“生态阈限”消费者:指不能从无机物制造有机物的动物，它们直接或间接依靠生产者制造的有机物为生，所以称为异养生物。
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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。
含量随深度增加而增加，
Fe含量低的海区HNLC海域（南大洋大部分海区、赤道太平洋海域、北太平洋亚极区）三、物理海洋学过程对初级生产力的控制
海水的垂直混合与温跃层
the critical depth：海水中，其上方直至海面整个水体的总光合作用产量与浮游植物的消耗量相等的深度。
临界深度上方的平均光强等于补偿深度
临界深度=I0 /K.Ic 即海面光强/补偿光强消光系数
（二）海水辐散、辐聚和海洋锋面
气旋型环流形成辐散北半球逆时针，南半球顺时针
海洋锋面：陆架坡折锋面，低盐锋面，潮汐混合锋面，上升流锋面，
四、牧食作用
过剩摄食（superfluous feeding）
第三节海洋初级生产力的分布和总量估计
高值区位于各类辐散上升流区、大陆架和近岸海区，其次是北半球温带亚极区和南大洋锋面区，低值区则出现于南北两半球的热带、亚热带大洋区(反气旋环流、稳定的温跃层)，北冰洋海区初级生产力最低。
赤道带的营养盐不缺乏，缺Fe是其主要原因，海域微微型自养生物占了90%，
一）热带、亚热带大洋区
❖充足的太阳辐照，海水透明度高。
❖表层海水向环流中心辐聚，混合层深度超过真光层深度。
❖温跃层在夏季可达100~200 m，冬季增加到400 m左右。
❖初级生产力最低的水域，被称为大洋的“生物沙漠”，但可常年进行光合作用。
❖固氮种类外，以聚球菌、原绿球菌和其他微微型真核自养生物等适应于低营养盐条件生活的种类为主。
赤道带
❖赤道海域的营养盐并不缺乏，Fe的缺乏是限制其浮游植物生长的主要因素。
❖微微型浮游植物占总生物量的90%，摄食浮游植物的消费者主要是微小鞭毛虫、腰鞭毛虫和纤毛虫。
❖赤道带的东部与西部的生产力有差别，大洋东部存在边界上升流，西部形成“暖池”
（warm pool），在温跃层上方又形成盐跃层。
❖中纬度海区初级生产力的季节变化
三、极地海区
❖主要环境特征是大部分海域被冰覆盖，平均水温很低，特别是光照条件差、生产季节短。
❖北冰洋基本上受大陆包围，海冰常年或季节性存在。
❖北冰洋的初级生产基本上不受营养盐缺乏的限制，而是受光照条件差的限制。
❖北极鳕（Boreogadus saida）是能量和物质从浮游植物传递至鸟类和哺乳类过程中的关键种。
❖南极大陆边缘的东风环流与其北侧的南极绕极流之间存在南极辐散锋面，深层水上升带来丰富的营养盐；
❖东风环流与大陆之间形成海水沿陆架的辐聚下沉即南极大陆辐聚带。
❖极区海洋随着季节性海冰的融化和向南退缩，附生藻类快速生长，出现硅藻水华。
❖南极大磷虾(Euphausia superba)、南极银鱼(Pleurogramma antarcticum)等是重要种类❖上升流锋面
❖大洋东部上升流区：西风漂流在大洋东部沿大陆西岸流向低纬度，最后逐渐进入信风影响区，表层海水分别受东南信风和东北信风作用离岸外流，遂使下层海水向表层涌升。
❖秘鲁上升流和加利福尼亚上升流、大西洋的加拿利上升流和本古拉上升流。
❖沿岸上升流：风生、地形
❖估算难度大：面积大、变化快、经费限制、调查手段进步。
❖20世纪70年代以后，估计值明显增大，主要原因：
❖⑴漏掉了PDOC ；
❖⑵忽略了原核和真核超微型自养浮游生物
❖一般规律：
❖平均产量：印度洋80 gC/(m2·a)＞大西洋69＞太平洋46
❖中国：渤海＞黄海＞东海＞南海
❖新N来源：
❖ A. 上升流或梯度扩散；B. 陆源供应（如径流）；C. 大气沉降或降水；
❖ D. N2固定（某些原核浮游植物的固N作用）。
❖再生N：真光层中生物的代谢产物（如氨态N、尿素N和氨基酸N等）。
❖
❖r：颗粒态营养元素下沉出真光层之前的循环次数
❖r =（1－f）/f
新生产力的研究方法
❖15N法，沉积物捕集器法，234Th／238U不平衡法，f比推算法，遥感法
五、新生产力的研究意义
❖新生产力研究有助于从更深层次阐明海洋生态系统的结构、功能
❖新生产力的研究对阐明全球碳循环过程有重要意义
新生产量水平反映海洋真光层净吸收二氧化碳的能力
❖新生产力是海洋渔业持续产量的基础
新生产量在总量上维持真光层生物群落平衡的基础上向真光层之外输出的生产力，这部分经输出量并不影响群落原有的平衡状态。