第七章 浮游植物生长率的计算模型
q7n[专业文献行业资料]海洋浮游植物群落的比生长率
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第20卷第9期2005年9月地球科学进展A DVANCE S I N E AR TH S C I ENC EV o l.20 N o.9S e p.，2005文章编号：1001-8166（2005）09-0939-07海洋浮游植物群落的比生长率*孙 军1，宁修仁2（1.中国科学院海洋研究所海洋环境与生态重点实验室，山东 青岛 266071；2.国家海洋局第二海洋研究所，浙江 杭州 310012）摘 要：系统地介绍了海洋浮游植物群落比生长率（μ）及其相关概念。
介绍和比较分析了研究μ的细胞分裂周期法、生物化学指示物法、模型法和去除摄食者稀释法这4类方法，推荐去除摄食者稀释法作为中国近海μ研究的重要方法。
比较各海区μ的分布规律，初步发现：①μ与群落物种组成密切相关；②μ在大洋低于近岸；③μ在近岸中等营养高于富营养水域；④小粒径浮游植物μ高于大粒径浮游植物。
但还有很多未知的情况，尤其是在中国海区此类工作还很薄弱，需加强，为更深入了解海洋生态系统奠定基础。
关 键 词：浮游植物；比生长率；群落；初级生产力；生物量中图分类号：Q948.1 文献标识码：A 海洋浮游植物是海洋生态系统中最重要的初级生产者，其生物量和生产力的变化，在很大程度上会影响整个海洋生态系统的结构和功能。
近年的各种大型国际海洋综合研究项目的结果表明，浮游植物在碳通量［1］、云反照率（c l o ud a l b e do）［2］和海水光通量与热通量［3］上影响着全球气候。
浮游植物的所有这些作用都是和它的初级生产过程和生长密切相关的，所以研究浮游植物的生长具有重要的意义［4～6］。
1 海洋浮游植物比生长率及其相关概念长期以来一直困扰海洋学家的一个问题就是浮游植物自然群落生长率的测定问题。
一般海洋浮游植物的“生长率”是由下式计算的：μ＝1CtdCtdt其中，Ct 是t时刻浮游植物生物量；dCt/dt是光合作用速率。
μ就是通常我们所说的“生长率”，实际上μ应该叫做比生长率，它的单位是d－1。
湖泊及水库富营养化模型研究综述
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湖泊及水库富营养化模型研究综述
韩 菲，陈永灿，刘昭伟
!"""#$） （清华大学水利水电工程系，北京
摘要：以湖泊及水库的富营养化研究的发展为主线，着重介绍了三类富营养化模型，即：单一营养物质负荷模型， 浮游植物与营养盐相关模型，生态动力学模型。通过对目前国内外常用富营养化模型的建立思路和应用实例进行 概括和描述。对不同模型的优缺点和适用范围进行了分析比较，对水体富营养化研究的最新发展趋势进行了预测 和展望，为湖泊水库综合管理提供了有效工具。 关 键 词：富营养化模型；湖泊；水库；进展 文献标识码：, 文章编号：!""!-./0! （’""&） ".-/#*-"/
BC66:8D:5@:E 模型假定，湖泊中随时间而变化的总磷浓度值等于单位容积内输入的磷减去输出的磷及其在 湖内沉积的磷，即 （ #） @" （ #） （ #） （!） )&" $ %（ & # ）’ (&" @# （ #） 为 # 时刻实际水体中磷的质量浓度，3> K 3& ；%& 为单位面 ! 为湖泊平均水深，! J 体积 * 表面积，3；" !
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积输入湖泊的总磷负荷，!"（ ・ ；!" 为沉降速度，! # %；#" 为单位表面积的出流量，! # %。 # !$ %） 单一营养物质模型在北美和加拿大的湖泊以及世界上其他国家和地区得到广泛应用。&’(’ 年以来， 我国也
浮游植物概述
色素体
• 除蓝藻和原绿藻外，色素均位于色素体内。 色素体是藻类光合作用的场所，形态多样， 有杯状、盘状、星状、片状、板状和螺旋带 状等。色素体位于细胞中心（称轴生）或位 于周边，靠近周质或细胞壁（称周生）。
板 状 色 素 体
杯 状 色 素 体
↓ 片 状 色 素 体 ↓
↑ 螺旋带状↑ 星 状 色 素 体 盘状色素体↓ ↑
四、繁殖及生活周期
• 藻类繁殖方式基本上有以下三种：营养繁殖、无 性生殖和有性生殖。此外，还有绿藻门接合藻纲 的接合生殖。 • 营养繁殖（vegetative reproduction）：不通过 生殖细胞的繁殖方式，如出牙繁殖和群体破裂 • 无性繁殖(asexual propagation)：通过产生孢子 进行繁殖，孢子不需结合。 • 有性生殖(sexual propagation)：配子两两结合 产生合子，再发育成新个体。同配、异配、卵式 • 接合生殖：由营养细胞形成不具鞭毛的可变形的 配子相结合。产生接合孢子（合子）
分门检索表
• 1（2）细胞无色素体，色素分散在原生质中。贮存物 质以蓝藻淀粉为主--------------蓝藻门 • 2（1）细胞具色素体。贮存物质为淀粉或脂肪或其它 物质。 • 3（4）细胞壁由上下两个硅质壳套合组成。壳面具有 辐射排列或左右对称排列的花纹---------------------------------------------硅藻门 • 4（3）细胞壁不由上下两个硅质壳合成。 • 5（8）营养细胞或动孢子具横沟和纵构，或仅具纵沟。 • 6（7）无细胞壁或细胞壁由一定数目的纤维质板片组 成--------------------------甲藻门
分门检索表
• 7（6）无细胞壁或细胞壁不具纤维质板---------隐藻门 • 8（5）营养细胞或动孢子不具横沟和纵沟。 • 9（14）色素体绿色，罕见灰色或无色。贮存物质为 淀粉或副淀粉。 • 10（11）植物体大型，分枝，规则地分化成节和节 间----------------------------------轮 藻门 • 11（10）植物体为单细胞、群体、多细胞的丝状体 或叶状体，无节和节间的分化。 • 12（13）植物体多为单细胞，少数为群体。游动细 胞顶端具1、2或则3条鞭毛。有时无色。贮存物质为 裸藻（副）淀粉------------裸藻门
浮游植物_精品文档
浮游植物在大小和体积上差别显著，一般根据粒 径大小分为三种类型，即小型浮游植物（Micro，20～ 200μm）、微型浮游植物（Nano，3～20μm）和超微 型浮游植物（Pico，0.7～3μm）。
二、浮游植物悬浮机制
• 分泌粘液或制造胶状物质，使个体减轻； • 形成气囊结构； • 形成比重较小的代谢物质； • 增加身体表面积以增加与水之间的磨擦力。
3、湖泊的混合层和海洋并不像一般所认为的那样是均质的。
在无风、温和的气候条件下，光、营养、温度 的垂直梯度分布造成了空间上的异质化，使得不同 种类得以在各自的最适区域生长、繁殖，从而使竞 争降到最小。
总之，浮游植物种群多样性可用不同的机制加以 解释，这些机制可能是同时起作用的，但还需要更多 的实验数据来进一步证实。
（m）
层的种类
1月 8.13 6.3 9.48 11.37
12.66 5.98 8.99
14
4月 14.37 12.85
8.33 7.22 2.34 1.10 7.70
29
7月 2.99 18.37 13.71 15.16
1.32 0.91 8.74
15
10月 10.35 17.22 24.48 18.12
六、浮游植物生长的限制因子
当环境中某种物质的存在量少于浮游植物正常生 长对它的最低需求时，这种物质就成为浮游植物生长 的限制因子。当限制因子的量增加，浮游植物的数量 会以较快的速率增加，直到又有必需资源的量限制生 长速率。
由李比希提出的限制因子概念最初仅适用于化 学营养缺乏（“最小因子定律”）。现在对这一概 念已进行了扩展，并把一些物理参数如光强和温度 等也纳入进来。
表4. 2 湖泊浮游藻类水平分布 （源自章宗涉等, 1995）
浮游植物生物量计算公式
浮游植物生物量计算公式浮游植物生物量计算公式主要基于数量密度和浮游植物的大小结构。
数量密度是指在水体中单位体积或单位面积内浮游植物个体的数量。
浮游植物的大小结构则是指浮游植物个体在一定范围内的大小分布情况。
下面将介绍几种常用的浮游植物生物量计算公式。
1.积分生物量积分生物量是指在一定水层深度范围内的浮游植物生物量。
它可以通过测定浮游植物的细胞浓度和溶胶浓度来计算。
具体计算公式如下：积分生物量=∫(细胞浓度+溶胶浓度)×层厚×体积其中，细胞浓度是指在单位体积内浮游植物细胞的数量，溶胶浓度是指在单位体积内溶胶中浮游植物细胞的数量。
层厚是指测定所选定的水层的深度，体积则是指所测定水层的体积。
2.长度生物量长度生物量是指在一定长度范围内的浮游植物生物量。
它可以通过测定浮游植物个体的长度分布情况来计算。
具体计算公式如下：长度生物量=∫(细胞长度×长度频度)×长度类宽度×体积其中，细胞长度是指浮游植物个体的长度，长度频度是指一定长度范围内的浮游植物个体的频率。
长度类宽度是指所选定的长度范围的类宽度。
3.背透光生物量背透光生物量是指通过背透光测定的浮游植物生物量。
它可以通过测定溶胶浓度和浊度来计算。
具体计算公式如下：背透光生物量=∫(溶胶浓度×浊度)×光透过深度×体积其中，溶胶浓度是指在单位体积内溶胶中浮游植物细胞的数量，浊度则是指水体中悬浮颗粒物质对光线的散射和吸收能力。
光透过深度是指光线在水体中逐渐减弱的深度。
4.光合作用速率生物量光合作用速率生物量是指通过测定浮游植物的光合作用速率来计算的浮游植物生物量。
具体计算公式如下：光合作用速率生物量=光合作用速率×时间其中，光合作用速率是指浮游植物单位面积或单位体积在单位时间内的光合作用产量。
需要注意的是，浮游植物生物量计算公式的选择和应用需要考虑测定方法的可行性和准确性，以及浮游植物种类和水体的特征等因素；同时，为了提高计算结果的准确性，通常需要进行多次测定和取平均值，以减小误差。
第七章海洋生物生产速率测定§7-1 初级生产力
第七章 海洋生物生产速率测定真光层中的光合作用（photosynthesis ）及相关生物作用是影响海洋中碳、营养盐和微量元素的形态、转化和循环的主要过程之一。
与生物量、光合作用速率等相关的参数对化学、生物学、生态学和水产学都十分重要。
本章介绍与生物生产有关参数的测定方法。
§7-1 初级生产力“初级生产（primary production ）”是指含叶绿素a 的植物通过光合作用将无机碳转化为有机碳，同时将光能转化为化学能贮存于有机物中的过程。
26222O O)(CH 61O H CO +⎯→⎯+h ν 其水平用“初级生产力（primary productivity ）”表示，是单位时间内单位体积或单位面积水体生产有机碳的量，单位为“mg C m －3 d －1（h －1，y －1）”。
将各深度的测量值积分可得到单位面积水柱（真光层）的初级生产力，单位是“mg C m －2 d －1（h －1，y －1）”。
初级生产有时用“总生产（gross production ）”和“净生产（net production ）”表示。
二者关系为总生产＝净生产＋呼吸速率光合作用和呼吸作用中O 2和CO 2的生成与消耗比可用“光合商（PQ, photosynthetic quotient ）”和“呼吸商（RQ, respiratory quotient ）”来反映，表示式为22ΔCO O PQ −Δ+=，22ΔO CO RQ −Δ+= 二者为无量纲量。
●黑白瓶测氧法现场条件下海水中O 2和ΣCO 2的变化除受生物作用控制外还受物理作用如海水流动、海－气交换的影响，因而初级生产测定采用培养的方法。
早期多使用测氧的方法。
在真光层内某深度平行取三份水样，一份立即测定DO 含量作为背景值。
另两份分别装入白瓶和黑瓶，在近似现场的光照和温度条件下（可放回原深度），培养一定时间后测量DO 的变化，分别通过光合商PQ 和呼吸商换算出两瓶中CO 2的变化。
湖泊富营养化模型的研究现状
２０ 年 第 １ 卷 第 ２ ０７ ７ 期
收稿 日期 ：０ ６ ０ — ５ ２０ — ８ １
湖 泊富营养化模型的研究现状
徐 明德 ， 白金玲
（ 太原理工大学环境科学与工程学院 ， Байду номын сангаас西太原 ，３０ ４ ００２ ）
摘 要： 将湖泊富营养化模型分为单因子负荷模型、 浮游植物与营养盐相关模型、 生态 动力学模型， 介绍了这 ３ 种模型的特征 ， 进而讨论了湖泊富营养化模型的发展趋势。 关键词： 湖泊富营养化模型； 水污染研究； 模型特征
Ｌ ｅ Ｍ ｒ ｅ 模 型等 ｏ 耻８『一 ｅ ｉ ｃｒ
目前 。 湖泊 富营养化模 型很多 ， 这类 其特点为形式简单 、 用方便 且 使
便于理解等。但 局限性 表现在单 纯把磷作为 限制性 因子 ， 未能反映两种 或多种相关因子之问的相互作 用 ， 更不能够反映湖泊生态系统的动态 发
最小生长定律可 以认为氮 、 磷是富营养化形 成的限制物质 ， 其中磷是绝大 多数湖泊和水库富营养化形成的最关键的限制物屉 Ｏ 。２ 世纪 ７ 年代湖 Ｏ 泊学家们通过建立简单的磷负荷模 型评价、预了测湖泊的富营养化状况 ， 典型代表是 １７ 年 Ｖｌｎｅ ｅ率 先提 出的 Ｖｌｎ ｅ ｅ模 型 ， 模 ９５ ｏｅｗｉ ｒ ｌ ｄ ｏｅｗ ｉ ｒ ｌ ｄ 该 型反映湖水 中总磷浓度变化规律 。 其模型方程为 ：
维普资讯
科技情报开发与经济
文章编号 ： ０ － ０ ３ ２ ０ ）２ ０ ３ — ２ １ ５ ６ ３ （０ ７ ０ — １９ ０ ０ －
Ｓ ＩＴ Ｃ Ｆ Ｒ Ａ ＮＤ Ｖ Ｌ Ｐ Ｅ Ｔ＆Ｅ Ｏ Ｏ Ｙ Ｃ－Ｅ ＨＩ Ｏ Ｍ ￣Ｏ Ｅ Ｅ Ｏ Ｍ Ｎ Ｎ Ｃ ＮＭ
浮游植物模板
10.2调查海域浮游植物状况2015年8月在调查海域监测到浮游植物18种，其中硅藻门17种，占总数的94.44%；甲藻门1种，占总数的5.56%。
优势种为刚毛根管藻Rhizosolenia setigera、中肋骨条藻Skeletonema costatum、羽纹藻Pinnularia sp. 、小环藻Cyclotella sp. 、日本星杆藻Asterionella japonica 、拟旋链角毛藻Chaetoceros pseudocurvisetus。
浮游植物生物密度变化范围在（0.98~3.67）×104个/m3之间，平均为1.91×104个/m3。
多样性指数范围在1.05~2.02之间，平均值为1.61；均匀度变化范围在0.51~0.78之间，平均值0.70；丰富度指数范围在0.14~0.37之间，平均值为0.29。
2015年10月在调查海域监测到浮游植物9种，其中硅藻门8种，占种类组成的88.89%；甲藻门1种，占种类组成的11.11%。
优势种为虹彩圆筛藻Coscinodiscus oculus-iridis、辐射圆筛藻Coscinodiscus radiatus、夜光藻Noctiluca scintillans。
浮游植物生物密度变化范围在（0.78~38.89）×104个/m3之间，平均为11.58×104个/m3。
多样性指数范围在0.19~1.80之间，平均值为0.85；均匀度变化范围在0.11~0.78之间，平均值0.41；丰富度指数范围在0.11~0.35之间，平均值为0.21。
2016年5月在调查海域监测到浮游植物12种，其中硅藻门11种，占总数的91.67%；甲藻门1种，占总数的8.33%。
优势种为辐射圆筛藻Actinocyclus ehrenbergii、星脐圆筛藻Coscinodiscus asteromphalus、虹彩圆筛藻Coscinodiscus oculus-iridis、威氏圆筛藻Coscinodiscus wailesii。
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结论
通过本模型的应用，在海上考察时，便可立即根据 现场获得的资料来求出生长率，现场测定浮游植物 种群生长率的研究在世纪应用中具有重要的意义， 在调查海区现场测得浮游植物重要种类的种群生长 率和现存量，便可估算它们的生产量并根据其时间 和空间的变化来估算海区的初级生产力。
建模过程与技巧
问题的提出
现场测定浮游植物种群生长率已经成为浮游植物生态 研究者所面临的巨大挑战，如何迅速、准确地测定？
问题与讨论
• 问题1：什么叫创新？在总结前人经验的基础上，对现有 模型进行改进算不算创新？
此部分为课堂讨论。课堂讨论是本课程教学的重要组成部分， 旨在激发同学们的积极性和创造性。要求每一位学生每堂课 都参加讨论或回答问题1次以上，教师记录学生的课堂表现 情况，课堂表现结果占考核成绩的30%。
• 问题2: 本模型的创新点在哪里？
背景
浮游植物是海洋生态系统第一生产力，研究浮游植物的 生长对海洋环境生态具有重要意义。
现场测定浮游植物种群生长率已经成为浮游植物生态研究者所面临的巨 大挑战。刘红斌介绍了用观察分裂细胞频率来估算浮游植物种群生长率 的方法，以及在实验室培养和现场调查中的应用。
模型的组成和结构
参考文献：刘红斌. 表面荧光显微镜在浮游植物研究中的应用Ⅱ.浮游植物生长率的测定.海洋通报.1989,8(3):51-56.
此部分为课堂讨论。课堂讨论是本课程教学的重要组成部分， 旨在激发同学们的积极性和创造性。要求每一位学生每堂课 都参加讨论或回答问题1次以上，教师记录学生的课堂表现 情况，课堂表现结果占考核成绩的30%。
• 问题3: 请举例你经常使用的某一个数学模型和方法，看 看有没有可改进之处？如何改进？没有标准答案，越创新 越好！
此部分为课堂讨论。课堂讨论是本课程教学的重要组成部分， 旨在激发同学们的积极性和创造性。要求每一位学生每堂课 都参加讨论或回答问题1次以上，教师记录学生的课堂表现 情况，课堂表现结果占考核成绩的30%。
本堂课结束。谢谢！
前人采用分裂细胞频率来估算，并提出很多公式。通 过总结经验，取长补短，提出新的方法。
问题的分析 方法的选择
在原有方法上进行改进和创新。
资料的收集
室内分析数据和游植物种群生长率。
结果的应用
应用本模型的应用，在海上考察时，便可立即根据现场 获得的资料来求出生长率，便可估算它们的生产量并根 据其时间和空间的变化来估算海区的初级生产力。
第七章 浮游植物生长率的计算模型
数学是结果量化的工具 数学是思维方法的应用 数学是研究创新的钥匙 数学是科学发展的基础 ——杨东方
内容提要
• • • • 背景和意义 模型的组成和结构 建模过程和技巧 问题与讨论
本课程的核心不在于数学公式本身，而在于数学思维。 本文的数学公式相对复杂，请同学们不必纠缠于公式 本身，而应该释放自己的想象力！