養(yǎng)殖水域生態(tài)學(xué) - 食品伙伴網(wǎng)

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,*,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),水生生物學(xué),養(yǎng)殖水域生態(tài)學(xué),第 十章 初級(jí)生產(chǎn)力,第一節(jié),初級(jí)生產(chǎn)力及其測(cè)定方法,一、生物生產(chǎn)力及有關(guān)概念,二、水體中的初級(jí)生產(chǎn)過程,三、初級(jí)生產(chǎn)力的測(cè)定方法,一、生物生產(chǎn)力及有關(guān)概念,生物生產(chǎn)力是生態(tài)系統(tǒng)提供生物產(chǎn)品高低的一種性能，它既是生態(tài)系中能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)這兩大功能的綜合表征，又是生物種群通過同化作用生產(chǎn)或積累有機(jī)質(zhì)的能力。水體生物生產(chǎn)力是與土壤肥力相類似的概念，不僅取決于水體的特性，而且與種群的特性密切聯(lián)系。,現(xiàn)存量或生物量,現(xiàn)存量,(standing crop),或生物量,(bioma

2、ss),：,指水體單位面積或單位體積內(nèi)生物有機(jī)質(zhì)的重量。例如底棲生物用,g/m,2,或,kg/m,2,來(lái)表示；浮游生物量通常用,g/m,3,或,mg/L,來(lái)表示；魚類現(xiàn)存量通常用,kg/hm,2,來(lái)表示。水體單位面積內(nèi)所能維持的最高的魚重量稱為水體魚載力。,生產(chǎn)量,生產(chǎn)量,(production),：,指一定時(shí)間內(nèi)單位面積,(m,2,，,hm,2,),或單位水體積,(m,3,L),內(nèi)所產(chǎn)生的生物有機(jī)質(zhì)的重量，現(xiàn)存量和生產(chǎn)量也常用能量單位,(J,kJ),表示。,收獲量,收獲量,(yield),：,一定時(shí)間內(nèi)捕撈出的那一部分產(chǎn)量。池塘和其他小水體可以一次把魚全部捕出，收獲量和魚產(chǎn)量較接近,(,加上

3、死亡的魚就是生產(chǎn)量,),，大水面的漁獲量占生產(chǎn)量或多或小的一部分，它與捕撈技術(shù)和需要有關(guān)。,周轉(zhuǎn)率和周轉(zhuǎn)時(shí)間,周轉(zhuǎn)率,(turnover rate),：,一定時(shí)間內(nèi)新增加的生物量,(P),與這段時(shí)間內(nèi)平均生物量,(B),的比率,(,通稱,P/B,系數(shù),),。周轉(zhuǎn)率的倒數(shù),(B/P),就是周轉(zhuǎn)時(shí)間,(turnover time),，,它表示生物量周轉(zhuǎn)一次所需時(shí)間。,初級(jí)產(chǎn)量、次級(jí)產(chǎn)量,根據(jù)生物的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)，生產(chǎn)量可分為初級(jí)產(chǎn)量（,primary production,）,和次級(jí)產(chǎn)量,(secondary production),。,自養(yǎng)生物通過光合作用或化合作用在單位時(shí)間、,單位面積或容積內(nèi)所合成

4、的有機(jī)質(zhì)的量稱為初級(jí)產(chǎn)量，異養(yǎng)生物在單位時(shí)間內(nèi)同化、生長(zhǎng)和繁殖而增加的生物量或所貯存的能量，稱為次級(jí)產(chǎn)量。生產(chǎn)量是生產(chǎn)力的體現(xiàn)，一般說(shuō)來(lái)，初級(jí)產(chǎn)量和初級(jí)生產(chǎn)力是同義詞，但次級(jí)產(chǎn)量不一定代表次級(jí)生產(chǎn)力。,（四）,葉綠素法,在一定條件下光合作用強(qiáng)度與細(xì)胞內(nèi)葉綠素含量直接相關(guān)，因此根據(jù)葉綠素量和藻類的同化指數(shù)可計(jì)算其生產(chǎn)量。,測(cè)定葉綠素量目前已廣泛作為浮游植物的定量方法，與此同時(shí)測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)的同化系數(shù)進(jìn)而計(jì)算初級(jí)生產(chǎn)力，是簡(jiǎn)便又易掌握的方法。,第二節(jié) 決定初級(jí)生產(chǎn)力的因素,初級(jí)生產(chǎn)力取決于自養(yǎng)生物的現(xiàn)存量及其組成、養(yǎng)分、光、溫度、水的運(yùn)動(dòng)以及動(dòng)物的攝食等生態(tài)因子。,4.,季節(jié)分布,由于太陽(yáng)輻射能的周期性

5、變化和隨之而來(lái)的其他環(huán)境條件的變化，導(dǎo)致浮游植物生產(chǎn)力和生物量的季節(jié)變化，變化狀況與水體所處的緯度、深度和營(yíng)養(yǎng)類型等有密切關(guān)系。,冬季初級(jí)生產(chǎn)力,在溫帶中或富營(yíng)養(yǎng)型湖泊，冬季在低光照、短日照和低溫下，浮游植物生產(chǎn)力和生物量一般較低。當(dāng)水面封冰時(shí)，如果冰層不厚且無(wú)積雪復(fù)蓋，冰下的照度通常遠(yuǎn)高于藻類的補(bǔ)償點(diǎn)，光合作用仍可不同程度地進(jìn)行著。如黑龍江省一些越冬池明冰時(shí)，甚至冰下,1,2 m,深的水層，照度仍有,3000,10 000 lx,，,接近于某些藻類的最適光照，一晝夜產(chǎn)氧量常在,1 mg/L,以上，最高達(dá),2.71 mg/L,，,浮游植物量可達(dá),10 mg/L,以上,(,李永函等，,1979)

6、,。又如印度東北部,Sylvar,湖，冰下,3,個(gè)月浮游植物生產(chǎn)量可占全年的四分之一,(Wetzel,1975),。,當(dāng)冰層由厚的烏冰組成或冰上長(zhǎng)期覆雪時(shí)，凈產(chǎn)量轉(zhuǎn)為負(fù)值，由于冰下無(wú)湍流藻類易下沉，生物量降到最低點(diǎn)。冰下浮游植物主要由隱藻、甲藻、金藻等鞭毛藻類組成。,春季,春季隨著冰層融化，在對(duì)流和風(fēng)力混合下產(chǎn)生水層的垂直流轉(zhuǎn)，養(yǎng)分從底層上升，加上光照和溫度的升高，為浮游植物的發(fā)展創(chuàng)造良好的條件。首先是硅藻種群的大量增長(zhǎng)。硅藻高峰期一般不超過,3,個(gè)月，此后由于硅酸鹽枯竭,(,0.5 mg/L,或其他原因,(,動(dòng)物濾食、菌類寄生等,),，種群開始消退并為綠球藻類或某些甲藻所取代。這段時(shí)期如果生

7、產(chǎn)層的養(yǎng)分能及時(shí)得到補(bǔ)充，生產(chǎn)力仍然很高。但由于浮游動(dòng)物的強(qiáng)烈濾食，生物量難以增長(zhǎng)。,夏、秋季節(jié),隨著綠藻的發(fā)展，水中含氮量降到極低點(diǎn)，因而中夏以后固氮藍(lán)藻,(,魚腥藻、束絲藻等,),取代綠藻而急劇增長(zhǎng)。藍(lán)藻此時(shí)占優(yōu)勢(shì)的原因還與高的溫度,(25,以上,),、強(qiáng)光照、高,pH,以及較少被食等有關(guān)。藍(lán)藻水華期生物量很高，但生產(chǎn)力通常下降。,秋后光照的減弱和溫度下降等原因，引起藍(lán)藻種群突然性地消退。此后隨著秋季水層的垂直混合，環(huán)境條件又和春季類似，因而出現(xiàn)了硅藻的第二次高峰，在湖泊秋季高峰一般不及春季。,評(píng)述,上述浮游植物季節(jié)分布是溫帶中等深度湖泊的模式，其中所有環(huán)節(jié)不一定都能出現(xiàn)，有時(shí)硅藻高峰之前

8、有一個(gè)金藻的優(yōu)勢(shì)期，有時(shí)硅藻水華以后直接出現(xiàn)藍(lán)藻水華而沒有綠藻和甲藻的優(yōu)勢(shì)期。在貧營(yíng)養(yǎng)型湖硅藻全年占優(yōu)勢(shì)通常在晚春或初夏有一個(gè)弱的高峰。在水淺的富營(yíng)養(yǎng)型湖，從春到秋都保持高的生產(chǎn)力和生物量，隨著優(yōu)勢(shì)種的更替，生產(chǎn)力和生物量都呈不規(guī)則的波動(dòng)，藍(lán)藻的作用增強(qiáng)。超富營(yíng)養(yǎng)型湖和肥水池塘中鞭毛藻類、藍(lán)藻、綠藻占極大優(yōu)勢(shì)，高的生物量常達(dá)到自蔭程度，生產(chǎn)力和生物量形成相互消長(zhǎng)的顫動(dòng)狀態(tài)。熱帶湖泊浮游植物季節(jié)變化較不顯著，極地湖泊生產(chǎn)力和生物量的高峰常在夏季。,底生藻類和浮游植物,底生藻類和浮游植物在光和養(yǎng)分方面的競(jìng)爭(zhēng)也極為明顯，養(yǎng)魚池早春清塘注水施肥后，如果水綿之類底生藻類先繁殖起來(lái)，浮游植物由于養(yǎng)分被吸收

9、而增長(zhǎng)極慢，反之當(dāng)浮游植物已經(jīng)大量出現(xiàn)，導(dǎo)致透明度降低，底生藻類也難于孳生。,一向認(rèn)為附生藻類和水草之間是偏利關(guān)系：藻類附著在水草莖葉上生活，使本身處在光照和溫度條件較好的環(huán)境中，并且還能從水草腐朽的組織的淋濾中得到養(yǎng)分，而水草并未受到不良的影響，然而現(xiàn)在已覺察到，情況要復(fù)雜些。水草的分泌物可能對(duì)附生藻類產(chǎn)生不良影響，藻類的分泌物也可能克制水草的生長(zhǎng)。藻類大量附著在沉水植物體和浮葉植物根系上，可能對(duì)水草生長(zhǎng)不利。但總的現(xiàn)象是：不同水體和同一水體中，底生藻類的生產(chǎn)力通常隨沉水植物的生物量而升高。,四、生物圈的初級(jí)生產(chǎn)力和光能利用效率,養(yǎng)生物通過光合和化合作用合成的有機(jī)質(zhì)，是人類賴以生存的食物和其

10、他原料的基礎(chǔ)，生物圈初級(jí)生產(chǎn)力的大小規(guī)定了地球能養(yǎng)活多少人口的限度，水圈初級(jí)生產(chǎn)力的大小則規(guī)定了海洋捕魚業(yè)發(fā)展的限度。,據(jù),Whittaker,和,Likens,估算，全地球包括海陸在內(nèi)所有生態(tài)系統(tǒng)，每年初級(jí)凈產(chǎn)量約,1640,10,8,t,有機(jī)質(zhì)干重，其中,1/3,在海洋，,2/3,在陸地,(,包括內(nèi)陸水體,),，從海洋面積接近陸地,2.5,倍來(lái)看，應(yīng)當(dāng)說(shuō)海洋初級(jí)生產(chǎn)力是比較低的。,從表,8,12,可見，年均初級(jí)凈產(chǎn)量陸地幾乎為海洋的,5,倍，雖然海藻床和珊瑚礁、河口灣的年均凈產(chǎn)量,(,dw,),達(dá)到,1500,2500 g/m,2,，,和陸地的森林、泡沼相近，上升流和大陸架也可與湖泊和河流

11、相比，但占海洋總面積,90%,以上的大洋生產(chǎn)力極低，只相當(dāng)于陸地的荒原、高山、荒漠等的水平。若按生物量計(jì)，海洋更低得多，不及陸地的千分之一，這是因?yàn)楹Ｑ蟮纳a(chǎn)者幾乎全是微型藻類，而陸地則以大型植物為主。,光合利用率,通常以單位地面,(,或水面,),植物光合作用所積累的能量,(,初級(jí)產(chǎn)量,),和同一時(shí)間所接受的有效輻射能,(,約相當(dāng)于可見光部分，大致為太陽(yáng)總輻射的,50%),的百分比來(lái)表示光能利用率。,從理論上說(shuō)，,8,10,個(gè)量子可以使,1,個(gè)水分子的水分解并和一個(gè)分子的二氧化碳合成碳水化合物。按此計(jì)算，以毛產(chǎn)量估計(jì)的光能利用率可達(dá)到,10%,以上。但實(shí)際上遠(yuǎn)低于此值。,地球和森林的光能利用率

12、,計(jì)算,(Stern,1975),全球地表每年進(jìn)入的有效輻射能約為,100,10,22,J,，,自養(yǎng)生物年總產(chǎn)量約為,100,10,9,t,碳，相當(dāng)于,170,10,19,J,，,因此全球的光能利用率平均僅,0.2%,，在生長(zhǎng)最快季節(jié)可達(dá),3%,4%,。,在陸生態(tài)系中，溫帶森林凈產(chǎn)量,(,dw,)(,不計(jì)地下根系部分,),約,5,10 t/hm,2,a,到,20,t/hm,a,，,熱帶森林凈產(chǎn)量,(,dw,),可達(dá),30,t/hm,a,以上，毛產(chǎn)量,(,dw,),達(dá),40,t/hm,a,。,按此計(jì)算凈產(chǎn)量的光能效率,1%,1.5%,，毛產(chǎn)量,(,dw,),也不過,2.0%,3.5%,。草本植物

13、凈產(chǎn)量,(,dw,),約,4,13,t/hm,a,，,光能效率約,0.5%,1%,，但在最適時(shí)期和最適條件下短期計(jì)算可達(dá),8%,10%,。,海藻、水草和浮游植物的效率,海帶、巨藻等大型海藻凈產(chǎn)量,(,dw,),達(dá),25,50,t/hm,a,，,光能效率達(dá),4%,6%,。,淡水挺水植物凈產(chǎn)量,(,dw,),約,7,11,t/hm,a,，,沉水植物僅,0.8,2.0,t/hm,a,，,馬來(lái)西亞一種蒲草的生物量,(,dw,),達(dá),370,520,t/hm,a,，,毛產(chǎn)量,(,dw,),達(dá),25,g/hm,a,以上，如呼吸消耗按,25%,，生長(zhǎng)期按,300 d,計(jì)算，則凈產(chǎn)量,(,dw,),為,60,

14、t/hm,a,，,光能效率達(dá),4%,6%,。,海洋浮游植物光能效率不過,0.16%,0.20%,，淡水浮游植物最高產(chǎn)量達(dá),10 gC/m,2,d(Talling,1975),，,但在印度一個(gè)藍(lán)藻水華池曾報(bào)導(dǎo),13,24 gC/m,2,d,的高產(chǎn)量，約相當(dāng)于,40,70,t/hm,a(dw,),，,光能效率達(dá)到,3.7%,7%,。,淡水微藻在大量培養(yǎng)條件下，據(jù)捷克報(bào)導(dǎo)柵藻的最高產(chǎn)量,(,dw,),達(dá),44 g/m,2,d,，,5,7,月間平均日產(chǎn)量,(,dw,),為,22.8 g/m,2,，,光能效率平均,4.8%,，最高值達(dá),10%,11%,。,光能低于理論值的原因,由此可見，除人工培養(yǎng)的特殊

15、條件下，各類生態(tài)系統(tǒng)光能利用效率都遠(yuǎn)低于理論值，主要原因包括：,(1),射到植物體上的光能一部分被反射，一部分透過植物體，僅部分被吸收；,(2),有時(shí)光照過強(qiáng)，起了抑制作用；,(3),二氧化碳供應(yīng)不足，特別是在水生態(tài)系中；,(4),養(yǎng)分的限制；,(5),環(huán)境壓力；,(6),植物體老化。,復(fù)習(xí)思考題,1.,弄清現(xiàn)存量或生物量、生產(chǎn)量、收獲量、周轉(zhuǎn)率、周轉(zhuǎn)時(shí)間、生物生產(chǎn)力、初級(jí)生產(chǎn)力、次級(jí)生產(chǎn)力、初級(jí)凈產(chǎn)量、初級(jí)毛產(chǎn)量、群落或生態(tài)系凈產(chǎn)量等概念的含意和彼此間的關(guān)系。,2.,初級(jí)生產(chǎn)力的測(cè)定方法有哪些,?,各有何優(yōu)缺點(diǎn),?,適宜在什么條件下采用,?,3.,決定初級(jí)生產(chǎn)力的因素有那些,?,作用如何,?

16、,4.,湖泊和水庫(kù)浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力的分布規(guī)律如何,?,中國(guó)有何特點(diǎn),?,5.,養(yǎng)魚池初級(jí)生產(chǎn)力主要受那些因素的影響,?,6.,何謂胞外產(chǎn)物,?,一般占多大比例,?,7.P/R,值指什么,?,有何生態(tài)意義,?,8.,生物量和生產(chǎn)量之間的關(guān)系如何,?P/B,值與那些因素有關(guān),?,9.,淡水浮游植物量可分為那些等級(jí),?,各級(jí)水的漁業(yè)意義如何,?,10.,浮游植物的生物量和生產(chǎn)力的時(shí)空分布有何趨勢(shì),?,11.,水草和底生藻類的現(xiàn)存量和生產(chǎn)力分布有何特點(diǎn),?,12.,浮游植物、水草和底生藻類在生產(chǎn)力上相互關(guān)系如何,?,13.,生物圈中各類生物群落對(duì)光能的利用效率達(dá)到什么程度,?,為什么遠(yuǎn)低于理論值,?,