海洋生態(tài)學(xué)-第11章-深海區(qū)、熱液口和極地講課教案

1、學(xué)習(xí)目的：了解沿岸、淺海區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的一般特征；掌握潮間帶沙灘、巖岸、河口、鹽沼、紅樹林、大型海藻場、珊瑚礁、沿岸上升流區(qū)以及大洋區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境、生物群落(shn w qn lu)和能流、物流基本特征；了解熱液口這類特殊生物群落(shn w qn lu)的特點及其與海洋其他生物群落(shn w qn lu)在有機物生產(chǎn)等方面的重要區(qū)別。第十一章 深海(shn hi)區(qū)、熱液口和極地第一頁，共18頁。 深深 海海 區(qū)區(qū) 一、概述一、概述 （一）生境特征（一）生境特征 相對于近岸淺海區(qū)而言，大洋區(qū)的環(huán)境是相對穩(wěn)定相對于近岸淺海區(qū)而言，大洋區(qū)的環(huán)境是相對穩(wěn)定(wndng)的。的。表層溶解氧高，在表層

2、溶解氧高，在500800 m之間出現(xiàn)最小值，之間出現(xiàn)最小值，大洋更深的水體含氧量增高。到了深海底部，大洋更深的水體含氧量增高。到了深海底部，氧含量又有下降，因為那里生物棲息密度相對氧含量又有下降，因為那里生物棲息密度相對地高一些。地高一些。鹽度基本上是恒定的，壓力隨深度的增加而增加。鹽度基本上是恒定的，壓力隨深度的增加而增加。深海底部的廣大面積都覆蓋以微細的沉積物深海底部的廣大面積都覆蓋以微細的沉積物第二頁，共18頁。（二）深海動物的適應(yīng)機制（二）深海動物的適應(yīng)機制 1對黑暗對黑暗(hi n)的適應(yīng)的適應(yīng) 許多深海動物通過發(fā)光器產(chǎn)生它們自己的光許多深海動物通過發(fā)光器產(chǎn)生它們自己的光線（如燈籠魚

3、和星光魚等）。線（如燈籠魚和星光魚等）。 2對食物稀少的適應(yīng)對食物稀少的適應(yīng) 廣食性，很大的口、尖銳的牙齒和可高度伸廣食性，很大的口、尖銳的牙齒和可高度伸展的頜骨，背鰭上有發(fā)光器官。展的頜骨，背鰭上有發(fā)光器官。 3對種群稀少的適應(yīng)：對種群稀少的適應(yīng)： “補雄補雄” 4對高壓的適應(yīng)對高壓的適應(yīng) 多數(shù)深海動物缺少鈣質(zhì)骨骼，多數(shù)魚類沒有多數(shù)深海動物缺少鈣質(zhì)骨骼，多數(shù)魚類沒有鰾。鰾。5對柔軟底質(zhì)的適應(yīng)對柔軟底質(zhì)的適應(yīng) 長的附肢，豐富的刺、柄和其它的支持方式。長的附肢，豐富的刺、柄和其它的支持方式。第三頁，共18頁。（三）生物群落組成（三）生物群落組成 生產(chǎn)者以生產(chǎn)者以“微微型浮游植物微微型浮游植物”占

4、優(yōu)勢占優(yōu)勢 ，生產(chǎn)力低于近，生產(chǎn)力低于近海。海。浮游動物基本上是浮游動物基本上是“終生浮游生物終生浮游生物”。大洋上層的動物最為豐富，經(jīng)濟價值比較大的有烏賊、大洋上層的動物最為豐富，經(jīng)濟價值比較大的有烏賊、金槍金槍 魚、鯨等。魚、鯨等。 大洋水層食物鏈長，營養(yǎng)物質(zhì)基本上在透光層礦化和大洋水層食物鏈長，營養(yǎng)物質(zhì)基本上在透光層礦化和再循環(huán)。再循環(huán)。深海也有許多深海也有許多(xdu)種類，包括多個門類種類，包括多個門類第四頁，共18頁。AnglerfishSquidHatchetfish圖10-22 示深海魚第五頁，共18頁。二、深海底棲動物的多樣性二、深海底棲動物的多樣性 現(xiàn)在調(diào)查已表明，深海有較

5、高的多樣性。現(xiàn)在調(diào)查已表明，深海有較高的多樣性。據(jù)報道深海底是發(fā)現(xiàn)新種的重要地方。據(jù)報道深海底是發(fā)現(xiàn)新種的重要地方。 在超過在超過6,000 m的超深淵也有很多種類，即使在的超深淵也有很多種類，即使在10,000 m的深處，也發(fā)現(xiàn)有?？?、海參、多毛的深處，也發(fā)現(xiàn)有?？?、海參、多毛類、雙殼類等底棲動物。類、雙殼類等底棲動物。 解釋：解釋： 1、環(huán)境長期穩(wěn)定導(dǎo)致小生境的分化，每個種有狹、環(huán)境長期穩(wěn)定導(dǎo)致小生境的分化，每個種有狹窄生態(tài)窄生態(tài)(shngti)位；位； 2、是捕食性動物不加區(qū)別地捕捉被食動物，避免、是捕食性動物不加區(qū)別地捕捉被食動物，避免了產(chǎn)生競爭排斥。了產(chǎn)生競爭排斥。 3、有的學(xué)者認為

6、深海物種多樣性水平高是與水溫、有的學(xué)者認為深海物種多樣性水平高是與水溫低而導(dǎo)致生物代謝和生長率低，達到性成熟所經(jīng)低而導(dǎo)致生物代謝和生長率低，達到性成熟所經(jīng)歷的時間也長，減少了競爭優(yōu)勢種的出現(xiàn)機會。歷的時間也長，減少了競爭優(yōu)勢種的出現(xiàn)機會。另一個特點是土著種的比例很高另一個特點是土著種的比例很高 第六頁，共18頁。三、深海底棲動物的生物量三、深海底棲動物的生物量 食物稀缺，深海底棲動物的生物量明顯食物稀缺，深海底棲動物的生物量明顯(mngxin)隨深度隨深度而下降。而下降。 從生物量組成看，海綿、海參和海星常是深海底棲大型動物從生物量組成看，海綿、海參和海星常是深海底棲大型動物中最重要的種類（圖

7、中最重要的種類（圖10.20）。）。 四、深海底棲動物的食物源和產(chǎn)量四、深海底棲動物的食物源和產(chǎn)量 （一）食物源（一）食物源 1死亡動植物殘體下沉死亡動植物殘體下沉 季節(jié)性浮游植物水華形成的植物碎屑季節(jié)性浮游植物水華形成的植物碎屑沿岸的海藻、海草碎屑有相當部分能被輸送到外海沿岸的海藻、海草碎屑有相當部分能被輸送到外海大型動物（魚類、頭足類、哺乳類）的尸體。包括被漁民倒大型動物（魚類、頭足類、哺乳類）的尸體。包括被漁民倒回海中的漁獲物低值副產(chǎn)品。回海中的漁獲物低值副產(chǎn)品。第七頁，共18頁。2糞粒和甲殼類的蛻皮糞粒和甲殼類的蛻皮(tu p) 浮游動物糞粒很多和甲殼動物的周期性蛻皮浮游動物糞粒很多和

8、甲殼動物的周期性蛻皮(tu p) 糞粒和蛻皮糞粒和蛻皮(tu p)在沉降過程中可由微生物作用轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑸锷锪?，供在沉降過程中可由微生物作用轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑸锷锪浚┑讞珓游锢?。底棲動物利用?3動物的垂直遷移導(dǎo)致有機物質(zhì)的加快向下轉(zhuǎn)移動物的垂直遷移導(dǎo)致有機物質(zhì)的加快向下轉(zhuǎn)移 有垂直移動習(xí)性的海洋動物在表層攝食后在深層水中排出糞便，或在垂直有垂直移動習(xí)性的海洋動物在表層攝食后在深層水中排出糞便，或在垂直移動中本身被深水層的捕食者所獵獲。移動中本身被深水層的捕食者所獵獲。 某些深海魚類（如鮟鱇魚）在幼體階段是生活在表層，而后移棲到深層，某些深海魚類（如鮟鱇魚）在幼體階段是生活在表層，而后移棲到深層

9、，也可成為深海捕食者的食物。也可成為深海捕食者的食物。（二）深海底棲生物的生產(chǎn)力（二）深海底棲生物的生產(chǎn)力 由于低溫、高壓環(huán)境的限制，產(chǎn)量很低。由于低溫、高壓環(huán)境的限制，產(chǎn)量很低。 生物生長緩慢生物生長緩慢 第八頁，共18頁。熱液口區(qū)與冷滲口區(qū)熱液口區(qū)與冷滲口區(qū) 一、海洋中的獨特生態(tài)類型一、海洋中的獨特生態(tài)類型 1977年，加拉帕戈斯（年，加拉帕戈斯（Galapagos）群島）群島(qndo)附近附近2,500 m深處中央海脊的火山深處中央海脊的火山口周圍首次發(fā)現(xiàn)熱液口（口周圍首次發(fā)現(xiàn)熱液口（hydrothermal vents），出口處溫度），出口處溫度250400。周圍水。周圍水體溫度也明

10、顯高于正常海底。體溫度也明顯高于正常海底。淺水熱液口（淺水熱液口（shallow vents） 冷滲口（冷滲口（cold seeps） 硫化物含量高、缺氧，有豐富的硫化細菌，還有硫化物含量高、缺氧，有豐富的硫化細菌，還有一些巨大的蠕蟲及雙殼類。一些巨大的蠕蟲及雙殼類。第九頁，共18頁。a hydrothermal vent on the Axial volcano in the Pacific OceanHydrothermal ventA string of clams winds across a ventMenagerie at a hydrothermal ventMussels, w

11、orms and spider crabs in a seep community of the Gulf of Mexico圖10-13 示熱液口區(qū)環(huán)境(hunjng)及生物第十頁，共18頁。 含硫化物的熱水 多毛類 煙囪 螃蟹 巨大的貽貝 死亡的煙囪 圖10-23 深海熱液口及大型動物（Haymon & McDonald 1985，轉(zhuǎn)引自邵廣昭 1998） 第十一頁，共18頁。二、化學(xué)合成生產(chǎn)二、化學(xué)合成生產(chǎn)(shngchn) 第十二頁，共18頁。另一種占優(yōu)勢的蛤（另一種占優(yōu)勢的蛤（Calyptogena magnifica）其身體長度可達其身體長度可達3040 cm，血液中也有血

12、紅，血液中也有血紅蛋白，而不是象多數(shù)軟體動物那樣是血清蛋白。蛋白，而不是象多數(shù)軟體動物那樣是血清蛋白。血紅蛋白是一種更有效的攜氧者，具有這種血血紅蛋白是一種更有效的攜氧者，具有這種血色素的動物可能是對海水中氧含量低的一種適色素的動物可能是對海水中氧含量低的一種適應(yīng)機制應(yīng)機制(jzh)。 這類群落的物種多樣性并不高，不過某些種類這類群落的物種多樣性并不高，不過某些種類生物量很大。生物量很大。第十三頁，共18頁。四、熱液口環(huán)境特征及生態(tài)學(xué)研究意義四、熱液口環(huán)境特征及生態(tài)學(xué)研究意義 熱液口只有熱液口只有2030年的活動期限，經(jīng)歷一段時間后會關(guān)閉，而年的活動期限，經(jīng)歷一段時間后會關(guān)閉，而在另一些地方則

13、出現(xiàn)新的熱液口。熱液口環(huán)境以高溫、高在另一些地方則出現(xiàn)新的熱液口。熱液口環(huán)境以高溫、高H2S含量和低氧含量為主要含量和低氧含量為主要(zhyo)特征，另外，超熱水會形成特征，另外，超熱水會形成有毒的金屬硫化物沉淀。有毒的金屬硫化物沉淀。 某些細菌具有能氧化某些細菌具有能氧化H2S的酶系統(tǒng)，并且從中獲得化學(xué)的酶系統(tǒng)，并且從中獲得化學(xué)能。能。 有的蠕蟲血液有特殊的結(jié)合硫的蛋白質(zhì)，體壁中有特殊有的蠕蟲血液有特殊的結(jié)合硫的蛋白質(zhì)，體壁中有特殊的酶系統(tǒng)可氧化進入細胞的游離硫，從而產(chǎn)生對硫的解毒作用。的酶系統(tǒng)可氧化進入細胞的游離硫，從而產(chǎn)生對硫的解毒作用。 r選擇特征適應(yīng)生境短期的問題選擇特征適應(yīng)生境短期

14、的問題.研究熱液口的環(huán)境與生物組成及其適應(yīng)機制具有重要的生態(tài)學(xué)研究熱液口的環(huán)境與生物組成及其適應(yīng)機制具有重要的生態(tài)學(xué)意義：意義： 有人認為，因為化學(xué)合成細菌是在光合作用藻類生物之前出現(xiàn)有人認為，因為化學(xué)合成細菌是在光合作用藻類生物之前出現(xiàn)的古老種類，因此，最早的海洋食物鏈應(yīng)是以化能合成為基礎(chǔ)的古老種類，因此，最早的海洋食物鏈應(yīng)是以化能合成為基礎(chǔ)的。的。 第十四頁，共18頁。 極地極地(jd)海區(qū)海區(qū)一、浮冰一、浮冰 與淡水冰體不同，海冰(hi bn)是一種含大量孔隙和通道的、固-液兩相共生的混合體。在海冰(hi bn)形成過程中，生長的冰晶排除鹽分，形成高濃度鹵水，鹵水和空氣在海冰(hi bn)內(nèi)部形成鹽囊，鹽囊通過鹵道彼此相連。第十五頁，共18頁。二、海冰中的生物二、海冰中的生物包括病毒、細菌、硅藻、鞭毛藻、原生包括病毒、細菌、硅藻、鞭毛藻、原生動物（鞭毛蟲、纖毛蟲）和后生動物（鞭毛蟲、纖毛蟲）和后生(hu shng)動物，成動物，成為由微小生物組成的為由微小生物組成的“海冰生物群落海冰生物群落”。 冰藻是海冰中最重要 的生產(chǎn)者，能夠維持很高的生物量。對北冰洋、南大洋生