[理学]2012海洋生态学第8章-海洋生态系统的分解作用与生物地化循环.ppt

第八章 海洋生态系统的分解作用与生物地化循环 学习目的 生态系统分解作用的概念及意义 海洋主要分解者和微型生物食物环在有机质分解过程的贡献 海洋生物泵概念及作用、 DMS的来源、去向与作用 大洋和近岸水层颗粒有机物的沉降分解过程差异及原因 氮、磷、硫等营养物质生物地化循环的基本过程 第一节 海洋生态系统的分解作用 第二节 海洋水层有机颗粒物的沉降与分解 第三节 沉积环境中有机物质的分解和营养盐再生 第四节 碳循环和海洋生物泵 第五节 营养物质循环 第一节 海洋生态系统的分解作用 一、有机物质的分解作用及其意义 （一）什么叫分解作用 动物、植物和微生物不断产生死的有机物质，包括排泄的废物以及死亡后的各种残体，这些有机物质储存一定的潜能，在生态系统中通过分解者生物的作用逐渐降解，最终无机元素从有机质中释放出来（矿化作用），同时能量也以热的形式逐渐散失，这个过程就是生态系统的分解作用。 厌氧呼吸 （二）有机物质的分解过程 包括可溶性物质的沥滤、微生物的降解和异养生物的消耗等 1. 沥滤阶段（leaching phase）：不需细菌 2. 分解阶段（decomposition phase）：有机物 3. 耐蚀阶段（refractory phase）：有机物，海洋腐殖土 特征和强度决定于分解者生物（主要是细菌和微型原生动物）、被分解者的组分和理化环境条件三类变量。 1.维持生态系统生产和分解的平衡；（1000亿t） 2.维持大气氧气与二氧化碳浓度比例；营养物质再生和循环； 3.分解过程中产生环境激素；产生有机颗粒物提供食物来源，对维持生态系统物种多样性有重要意义 ； 4.陆地：改善土壤物理性状，改造地球表面惰性物质。 （一）细菌:重要的分解者，特别是对一些难分解物质。 （二）微型食植者 ：重要的营养物质再生者 ①数量丰富；②代谢速率很高；③不吸收NH4+。 （三）后生动物：与原生动物和细菌等相比较为次要。 第二节 海洋水层有机颗粒物的沉降与分解 一、水层中颗粒有机物的沉降与分布 来源：浮游生物的粪粒、皮壳、尸体等，细菌、浮游植物、原生动物和浮游动物等可视为活的颗粒有机物。 POM的沉降速率与粒径大小有关。 POC数量在大洋区：表层及次表层数量丰富，下方逐渐减少，在深洋水中一直保持相对恒定的低含量状态。 POC从真光层向下输出通量在不同海区以及同一海区的不同季节有很大差别。 二、海洋水层营养盐再生效率 （二）真光层下方的营养物质再生 第三节 沉积环境中有机物质的分解和营养盐再生 一、底栖―水层系统耦合（benthic-pelagic coupling） 海洋生态系统通过能流和物流的传递而将水层系统和底层系统融为一体的各种相互作用的过程。 1．食物来源、生活基质。 2．水层生物摄食浅水区底栖生物，而后者及其所形成的渗出物、颗粒物等可充当浮游生物的食物源。 3．海洋浮游生物和底栖生物通过其不同的生活史阶段既利用水层又利用底栖环境。 4．从表层下沉到达底层的有机物质不仅为深水底栖生物群落提供食物来源，同时通过生物的分解作用释出无机营养盐，最终又回到表层水为浮游植物所利用。 二、海洋沉积物及其栖息生物的垂直结构 三、沉积物中有机物质分解作用和营养物质循环特征 第四节 碳循环和海洋生物泵 不同系统的碳库容量比较 Carbon pool (Pg, 1Pg=1015 g) 一、碳的生物地球化学循环 （一）全球碳循环 （1）生物的同化和异化过程，主要是光合作用与呼吸作用； （2）大气和海洋之间的碳交换； （3）碳酸盐的沉积作用。 在碳循环研究中：释放CO2的库为源；吸收的CO2库为汇。当前人类活动释放到大气中的碳约为6.9×1015 gC／a(总源），其中主要是化石燃料的使用（ 6.0×1015 gC／a )。 （二）海洋生物泵 碳向海底的转移（沉降）： ①尸体、粪团、蜕皮（主要是浮游植物、浮游动物） ② DOM：微食物网 ③有机聚集体 ④碳酸盐泵(carbonate pump)（如贝壳、有孔虫和钙板金藻的钙质板，造礁珊瑚） 由有机物生产、消费、传递、沉降和分解等一系列生物学过程构成的碳从表层向深层的转移，就称为生物泵（biological pump）。 二、海洋生物泵对海洋吸收大气CO2的作用 （二）海洋生物泵的效率估计 当前人类活动释放到大气中的碳约为69×108 t／a。 全球海洋初级生产的固碳能力（即初级生产力）超过200×108 tC／a。 据估计，全球海洋净吸收CO2约为20×108 t／a。 第五节 营养物质循环 一、氮循环 （一