水生生态系统

水生生物群落与水环境构成的生态系统

水生生态系统就是指水生生物群落与水环境构成的生态系统。水生生态系统在人类的生活环境中起着十分重要的作用。一方面，它在维持全球物质循环和水循环中具有重要的作用；另一方面，它还承担着水源地、动力源、交通运输、污染净化场所等功能。

基本介绍

分类

海洋生态系统

海洋生态系统是生物圈内面积最大、层次最丰富的生态系统。全球海洋总面积3.6×10km2，占全球面积的70.8%，全球海洋总储水量约1.34×10km3，占全球总储水量的96.5%。海洋平均含盐度32‰～38‰，盐类中以氯化物为主要成分。

海洋生态系统的生产者，主要包括海岸带高大而常绿的红树林、大小不一的藻类及大量的浮游植物，它们生活在浅海几米到几十米的深处，在海洋生态系统中占有非常重要的地位，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的环节。消费者包括海洋中所有动物，一级消费者有甲壳类和桡足类，其他消费者包括海洋鱼类、哺乳类、爬行类、海鸟以及某些软体动物(乌贼)和一些虾类等。

由于海水深度的不同，水体的物理、化学性质的差异，影响着生物种类和数量的分布，因此，海洋生态系统又可分为3个亚系统类型。

海岸带或潮间带是海陆之间的群落交错区，其特点是有周期性的潮汐，此带营养物质受陆地输入的影响而较为丰富，生产力高。

浅海带主要是大陆架部分，此带的营养物质，也因陆地输入而较为丰富。浮游植物是主要生产者。我国的渤海、黄海、东海及南海的大陆架部分属浅海区域。生产力较高，常见的经济动物有对虾、毛虾、墨鱼、带鱼、大小黄鱼等。

远洋带是海洋生态系统的正体，占海洋面积的90%以上，平均水深4 000m，远洋带生态系统虽有大量的生物资源，但生产力很低。远洋带的动物种类比较少，但也有些特殊种类，如有柄的海百合和一些硅质海绵等。

淡水生态系统

淡水生态系统通常是互相隔离的，它包括大多数江河、湖泊、池塘和水库等。水体中含盐度在0.001%～0.05%之间，盐类中以碳酸盐为主。淡水水域中物理化学因素极其复杂，水域间的差异也很大，深度超过100m的湖很少，全世界水深超过1000m的只有贝加尔湖和坦噶尼喀湖。全球淡水水域总面积为4500×10km2，仅占地球总面积的0.5%，水的来源主要靠降水补给。但它是人类利用时间最长、利用率最高的一类水域。

淡水生态系统中的生产者，包括体积极小的浮游植物，如硅藻、绿藻和蓝藻等；水面生活的大型水生植物，如紫背浮萍、水浮莲及凤眼莲等；岸边植物如芦苇和香蒲等。以这些植物为食的枝角类、桡足类和草食性鱼类是一级消费者，以植食性动物为食的肉食性动物为二级及二级以上消费者，如青鱼、狗鱼等。

根据水的流动性，还可以把淡水生态系统分为流动水域和静水水域生态类型。

流水生态系统包括江河、溪流。一般情况下，河流上游流速快，下游流速较缓慢。在河的源头，多达99%的能量由河外供应。到下游后，河水流速渐缓，深度增加，对外界的依赖性减少。急流生态系统中水的含氧量高，水底没有污泥，栖息在那里的生物多附着在岩石表面或隐藏于石下，以防止被水冲走。缓流生态系统的水底多淤泥，底层易缺氧，浮游动物多，底栖种类多埋于底质之中。

静水生态系统包括是陆地上的淡水湖泊、池塘和水库。湖泊生态系统是一个典型的静水生态系统。任何一个湖泊生态系统在结构上都可分为3个层次：沿岸带、表水层和深水层。在沿岸带，湖水较浅，阳光较强，O2充足，温度也高，营养物质丰富。因此，沿岸带聚集着大量的植物和动物。其中，水生绿色维管植物和浮游藻类等生产者尤为繁盛，并且由湖岸向湖心的方向深入，植物带呈同心圆状分布。浅水层也称湖沼带，阳光依然很充足，温度较高，浮游植物及其他自养生物占优势，包括硅藻、蓝藻、绿藻、双鞭甲藻等，它们的光合作用旺盛，水域中的O2含量高，因此吸引了许多消费者，如浮游动物中的原生动物、轮虫、枝角类或桡足类等。而浮游生物又为自游生物-各种鱼类提供了丰富的食饵，因此很多鱼类也在表水层中生活。在深水层中，因为光线微弱，不能满足绿色植物光合作用的需要，所以深水层以异养动物和兼气性细菌为主。异养动物以各种小型浮游动物为食饵，细菌则分解沉落下来的有机残体。所产生的无机物质一部分再度为藻类利用，由此可见表水层和深水层之间存在着复杂的影响关系。

湿地生态系统

湿地是指不论其为天然或人工、长久或暂时的沼泽地、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动，或淡水、半咸水或咸水水体者，包括低潮时水深不超过6m的水域，是介于陆地和水生环境之间的过渡区域。由于水陆相互作用形成了独特的生态系统类型，兼有两种生态系统的某些特征，广泛分布于世界各地。据统计，全世界共有湿地8.56×10km2，占陆地面积的6.4%(不包括海滨湿地)，其中，以热带比例最高，占湿地总面积的30.28%，寒带占29.89%，亚热带占25.06%，亚寒带占11.89%。湿地生态系统主要包括湖泊湿地、沼泽湿地和海滨湿地3种类型，被一些科学家称为“地球之肾”。

叶绿素法

原理

叶绿素(chlorophyll)是一类与光合作用有关的最重要的色素，包括叶绿素a、b、c、d、f以及原叶绿素和细菌叶绿素等。高等植物主要有叶绿素a和叶绿素b两种，均不溶于水，可溶于有机溶剂，如乙醇、丙酮及乙醚等。叶绿素a呈蓝绿色，而叶绿素b呈黄绿色。在一定的光照强度下，叶绿素a的含量与光合作用强度之间存在密切关系，因此，可用分光光度法测定叶绿素a的含量作为判断水生生态系统初级生产力大小的指标，也可用于水体富营养化水平的评价，是水质检测的常规项目。

仪器与材料

采水器，抽滤器，离心机，透明度盘，研钵，乙酸纤维滤膜(孔径0.80μm、0.45 μm)，滤纸，玻璃棒，分光光度计，离心机，漏斗，90%丙酮，碳酸镁粉末，石英砂。

实验步骤

用透明度盘测定水体透光深度，确定采样水深。

用采水器取适量水样，加少量碳酸镁粉，放于暗处，迅速带回实验室测定。

在抽滤器上装好乙酸纤维滤膜，先用0.80μm，再用0.45μm光面在下，粗糙面在上。

向抽滤器中倒入500 mL的水样进行抽滤，抽滤时负压应不大于50 kPa，抽完后，继续抽1～2 min，以减少滤膜上的水分。

将载有浮游植物样品的滤膜放入研钵中，加入少量碳酸镁粉末和少量石英砂及2～3 mL 90%丙酮，充分研磨，提取叶绿素a。

将研磨后的匀浆物移入离心管中，用离心机(3000 r/min)离心10min。将上清液移入10mL的容量瓶中。再用2～3 mL 90%丙酮，继续研磨提取，离心10min，并将上清液转入容量瓶中。重复1～2次后，在用90%丙酮定容为10mL，摇匀。

将定容好的提取液在分光光度计上，用1cm光程的比色皿，以90%丙酮作空白，分别读取750 nm、663 nm、645 nm、630 nm波长的吸光度，其中，750 nm的光密度用作校正样品的浑浊度，而663 nm、645 nm、630 nm吸光度则用以测定叶绿素a。

结果计算

叶绿素a含量的计算

式中： D——吸光度；

V1——提取液定容后的体积(V1=10 mL)；

V——抽滤水样体积(V=0.5 L)；

δ——比色皿光程(δ=1 0 mm)。

初级生产力的估算

表层水(1 m以内)中浮游植物的潜在生产力(Ps)根据表层水叶绿素A的含量计算：

Ps[mg/(m3▪h)]=1000Ca ▪Q

式中 Ca——表层叶绿素a的含量(mg/m3)；

Q——同化系数(mgC/mgChla·h)，表层水的同化系数为3.7。

特点

水体为水生生物的繁衍生息提供了基本的场所，各种生物通过物质流和能量流相互联系并维持生命，形成了水生生态系统(aquatic ecosystem)。其构成要素有生产者、消费者、分解者和非生物类物质四类。非生物类物质是指水、氧气、二氧化碳、氮和磷营养物质等作为生物生长原料的无机物质以及生物排泄物和死体等有机物质。生产者是指利用光能或无机物，合成有机细胞物质的生物，称为一级生产者。水环境中有代表性的生产者是光合自养型的藻类及部分水生植物。另外。利用氧化能的化学合成自养型硝化细菌也属于生产者范畴。消费者是以生产者产生的有机物为食料的异养型生物，称为捕食者。浮游生物、鱼类、哺乳类动物等是典型的消费者，其中直接捕食生产者的称为一级消费者，捕食一级消费者的称为二级消费者，依此类推。分解者都是异养型生物，如细菌、真菌、放线菌及原生动物和一些小型无脊椎动物。它们分解生物死体和排泄物，使之成为简单的无机物质，供生产者再利用。

上述表明，维持生命所必需的物质是在生态系统中循环往复利用的。一般来讲，水体中的生物大致划分为脊椎动物、底栖生物、浮游生物和水生高等植物四大生态类群。它们各自组成水生生态系统十分重要的生命单元，形成错综复杂的相互依存而且相互制约的食物链(food chain)。

食物链中各种生物与它们生存的环境之间通过能量流动和物质循环保持着相互依存的关系，这种关系在一定的空间范围和一定时间内呈现稳定状态，即保持生态平衡(ecological balance)。

天然水体对排入其中的某些物质具有一定限度的自然净化能力，使污染的水质得到改善。但是如果污染物过量排放，超过水体自身的环境容量，这种功能就会丧失，从而导致水质恶化。

水体受到严重污染后，不但直接危害人体健康。首当其冲受害的是水生生物。因为在正常的水生生态系统中，各种生物的、化学的、物理的因素组成高度复杂、相互依赖的同一整体，物种之间的相互关系都维持着一定动态平衡，也就是生态平衡。如果这种关系受到人为活动的干扰，如水体受到污染，那么这种平衡就会受到破坏，使生物种类发生变化，许多敏感的种类可能消失，而一些忍耐型种类的个体大量繁殖起来。如果污染程度继续发展和加剧，不仅导致水生生物多样性的持续衰减，最终还会使水生生态系统的结构和功能遭到破坏，其影响十分深远。

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