20.4: 水生和海洋生物群落
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与陆地生物群落一样，水生生物群落也受到非生物因素的影响。 就水生生物群落而言，非生物因素包括光、温度、流动状态和溶解固体。 水生介质——水——具有与空气不同的物理和化学特性。 即使池塘或其他水体中的水非常清澈（没有悬浮颗粒），水本身也会吸收光线。 当一个人下降到足够深的水域时，最终会有一个阳光无法到达的深度。 尽管陆地生态系统中有一些遮挡光线的非生物和生物因素（例如雾、尘埃或昆虫群），但这些因素通常不是环境的永久特征。 光在水生生物群落中的重要性对于淡水和海洋生态系统中发现的生物群落至关重要，因为它通过光合作用控制生产力。
除光外，太阳辐射还会使水体变暖，许多水体在不同的温度下表现出不同的水层。 水温会影响生物体的生长速度和可用于呼吸的溶解氧量。
水的运动在许多水生生物群落中也很重要。 在河流中，生物显然必须适应周围水的持续移动，但即使在海洋等较大的水体中，规律的潮流和潮汐也会影响养分、食物资源的供应以及水本身的存在。
最后，所有天然水都含有溶解的固体或盐。 淡水所含的此类溶解物质含量很低，因为水通过蒸发和沉淀可以快速回收利用。 海洋的盐含量相对稳定。 海洋和淡水生态系统交界处的水生栖息地具有复杂多变的盐环境，介于淡水和海洋水平之间。 这些环境被称为咸水环境。 位于封闭流域的湖泊将盐浓缩在水域中，盐含量可能极高，只有少数高度专业化的物种能够居住。
海洋生物群落
海洋是一个连续的盐水体，其化学成分相对均匀。 它是矿物盐和腐烂生物物质的弱溶液。 在海洋中，珊瑚礁是第二种海洋生物群落。 河口是盐水和淡水混合的沿海地区，构成了第三个独特的海洋生物群落。
海洋按几个区域分类（图\(\PageIndex{2}\)）。 海洋的所有开阔水域都被称为中上层区域（或区域）。 底栖区域（或区域）沿着海底从海岸线延伸到海底最深处。 从表面到底部或光合作用的极限是光区（大约 200 m 或 650 英尺）。 在深度大于 200 米时，光无法穿透；因此，这被称为无光区。 海洋的大部分是无光的，缺乏足够的光线进行光合作用。 海洋最深的部分是挑战者深海（位于西太平洋的马里亚纳海沟），深度约为11,000米（约6.8英里）。 为了给出这条海沟的深度，海洋的平均深度为4267米或14,000英尺。
海洋
海洋的物理多样性对生活在其中的生物的多样性有重大影响。 根据光线进入水中的距离，海洋被分为不同的区域。 每个区域都有一组不同的物种，适应该区域特有的生物和非生物条件。
潮间带（图\(\PageIndex{2}\)）是离陆地最近的海洋区域。 在每个潮汐周期中，潮间带在被水淹没和高空干燥之间交替出现。 通常，大多数人认为这部分海洋是沙滩。 在某些情况下，潮间带确实是沙滩，但也可能是岩石、泥泞或茂密的红树林中根部纠结。 由于潮汐的影响，潮间带是一个变化极大的环境。 生物可能在退潮时暴露在空气中，而在涨潮时则在水下。 因此，在潮间带茁壮成长的生物通常会适应长时间干燥。 潮间带的海岸也反复受到海浪的冲击，在那里发现的生物已经适应了海浪冲击作用造成的伤害（图\(\PageIndex{1}\)）。 海岸线甲壳类动物（例如岸蟹、Carcin us maena s）的外骨骼很坚固，可以保护它们免受干燥（变干）和海浪伤害。 冲击海浪的另一个后果是，很少有藻类和植物在不断移动的沙子或泥土中生存。
neritic 区（图\(\PageIndex{2}\)）从潮间带的边缘延伸到大陆架边缘约 200 米（或 650 英尺）的深度。 当水相对清澈时，光合作用可能发生在 neritic 区域。 水中含有淤泥，氧气充足，压力低，温度稳定。 这些因素都促成了 neritic 区域拥有海洋中最高的生产力和生物多样性。 浮游植物，包括光合细菌和较大种类的藻类，是这种初级生产力的主要来源。 浮游动物、原生动物、小鱼和虾以生产者为食，是世界上大多数渔业的主要食物来源。 这些渔业大多存在于尼罗特区内。
在 neritic 区域之外是被称为海洋区的公海区域（图\(\PageIndex{2}\)）。 在海洋区内存在热分层。 丰富的浮游植物和浮游动物为鱼类和鲸鱼种群提供支持。 养分稀缺，这是海洋生物群落中生产力相对较低的部分。 当光合生物和以其为食的生物死亡时，它们的身体会掉到海底，留在那里；公海缺乏将有机营养物质带回地表的过程。
中上层区域之下是底栖区域，即大陆架以外的深水区域（图\(\PageIndex{2}\)）。 底栖世界的底部由沙子、淤泥和死亡生物组成。 温度随着水深的增加而降低。 这是海洋中营养丰富的部分，因为死亡生物从海洋的上层掉下来。 由于这种高水平的营养，存在着各种各样的真菌、海绵、海葵、海洋蠕虫、海星、鱼类和细菌。
海洋最深的部分是深海区域，其深度在 4000 米或以上。 深海区域（图\(\PageIndex{2}\)）非常寒冷，压力非常高，氧含量高，营养含量低。 在该区域发现了各种各样的无脊椎动物和鱼类，但深海区域没有光合生物。 化学合成细菌使用从深层热液喷口排放的硫化氢和其他矿物质。 这些化合细菌使用硫化氢作为能量来源，并作为通风口周围食物链的基础。
艺术连接
您希望在以下哪个地区找到光合生物？
- 无光区、neritic 区域、海洋区和底栖领域。
- 光区、潮间带、neritic 带和海洋区。
- 光区、深海区、neritic 区域和海洋区。
- 远洋领域、无光区、neritic 区域和海洋区。
珊瑚礁
珊瑚礁是由生活在海洋光区内温暖浅水区的海洋无脊椎动物形成的海脊。 它们位于赤道以北和以南 30 度以内。 大堡礁是一个著名的珊瑚礁系统，位于澳大利亚东北海岸几英里处。 其他珊瑚礁是与陆地直接相邻的边缘岛屿，或者环礁是环礁，环礁是环绕着一个以前的岛屿现在处于水下的岛屿的圆形珊瑚礁。 形成珊瑚的生物群落（phylum Cnidaria 的成员）会分泌碳酸钙骨架。 这些富含钙的骨骼会慢慢积聚，从而形成水下珊瑚礁（图\(\PageIndex{3}\)）。 在较浅的水域（深度约为60米或约200英尺）中发现的珊瑚与光合单细胞原生生物具有相互关系。 这种关系为珊瑚提供了它们所需的大部分营养和能量。 这些珊瑚生活的水域营养贫乏，如果没有这种互惠主义，大型珊瑚就不可能生长，因为它们可以赖以生存的浮游生物很少。 一些生活在更深和更冷的水中的珊瑚与原生生物没有互惠关系；这些珊瑚必须完全通过使用触手上的刺细胞以浮游生物为食来获得能量。
珊瑚礁是最多样化的生物群落之一。 据估计，有4000多种鱼类栖息在珊瑚礁中。 这些鱼类可以以珊瑚、隐形动物群（在珊瑚礁的碳酸钙结构中发现的无脊椎动物）或与珊瑚相关的海藻和藻类为食。 这些物种包括捕食者、食草动物或浮游动物。 捕食者是狩猎的动物物种，是食肉动物或 “食肉者”。 食草动物吃植物材料，浮游动物吃浮游生物。
行动中的演变：全球珊瑚礁的衰落
建造珊瑚礁需要很长时间。 创造珊瑚礁的动物历时数千年，继续缓慢沉积碳酸钙，形成它们独特的海洋家园。 珊瑚动物及其共生原生伙伴沐浴在温暖的热带水域中，进化为在海水温度的上限下生存。
气候变化和人类活动共同对世界珊瑚礁的长期生存构成双重威胁。 杀死珊瑚礁的主要原因是地表水比平时温暖。 随着全球变暖提高海洋温度，珊瑚礁正在遭受损失。 过度的温暖会导致珊瑚生物驱逐其内共生、产生食物的原生生物，从而产生一种被称为漂白的现象。 珊瑚的颜色是特定原生物 endosymbiont 的结果，当原生生物离开时，珊瑚会失去颜色并变成白色，因此被称为 “漂白”。
大气中二氧化碳含量的上升以其他方式进一步威胁珊瑚；随着二氧化碳溶解在海水中，pH值降低，从而增加海洋酸度。 随着酸度的增加，它会干扰钙化，钙化通常发生在珊瑚动物建造碳酸钙家园时。
当珊瑚礁开始死亡时，随着动物失去食物和庇护所，物种多样性直线下降。 珊瑚礁也是经济上重要的旅游目的地，因此珊瑚礁的减少对沿海经济构成严重威胁。
人口增长也以其他方式破坏了珊瑚。 随着人类沿海人口的增加，沉积物和农用化学品的径流量增加，导致一些曾经清澈的热带水域变得浑浊。 同时，对流行鱼类的过度捕捞使食用珊瑚的捕食者物种不受控制。
尽管未来几十年全球气温升高1°C—2°C（保守的科学预测）可能看起来并不大，但对这个生物群落来说意义重大。 当变化迅速发生时，物种可能会在进化导致新的适应物种之前灭绝。 许多科学家认为，全球变暖及其迅速（就进化时间而言）和不可阻挡的温度升高使平衡超出了世界上许多珊瑚礁可以恢复的水平。
河口：海洋与淡水交汇的地方
河口是发生在河流（淡水来源）与海洋交汇处的生物群落。 因此，淡水和盐水都存在于同一附近；混合会产生稀释（微咸的）盐水。 河口形成保护区，甲壳类动物、软体动物和鱼类的许多后代从那里开始生命。 盐度是影响河口生物和生物适应性的重要因素。 河口的盐度各不相同，取决于其淡水源的流速。 每天一到两次，涨潮将盐水带入河口。 以相同频率发生的低潮会逆转盐水的潮流（图\(\PageIndex{4}\)）。
对于居住在河口的动植物来说，每天混合淡水和盐水是一项生理挑战。 许多河口植物物种都是盐生植物，可以耐受咸味条件。 Halophytic 植物适应于处理根部的盐水喷雾和盐水。 在一些盐生植物中，根部的过滤器会去除植物吸收的水中的盐分。 贻贝和蛤蜊（phylum Mollusca）等动物已经形成了行为适应能力，消耗了大量精力才能在这个瞬息万变的环境中发挥作用。 当这些动物暴露于低盐度环境时，它们会停止喂食，关闭外壳，然后从有氧呼吸（它们使用）转向厌氧呼吸（这种过程不需要氧气）。 当涨潮回到河口时，水中的盐度和氧气含量增加，这些动物会打开贝壳，开始喂食，然后恢复有氧呼吸。
淡水生物群落
淡水生物群落包括湖泊、池塘和湿地（积水）以及河流和溪流（流动的水）。 人类依靠淡水生物群落为饮用水、农作物灌溉、卫生、娱乐和工业提供水生资源。 这些不同的角色和人类利益被称为生态系统服务。 湖泊和池塘存在于陆地景观中，因此与影响这些陆地生物群落的非生物和生物因素有关。
湖泊和池塘
湖泊和池塘的面积可以从几平方米到数千平方公里不等。 温度是影响湖泊和池塘中发现的生物的重要非生物因素。 夏季，在温带地区，当上层水被太阳加热并且不与更深、更冷的水混合时，就会发生深湖的热分层。 这个过程在上面的温水和下面的冷水之间产生了急剧的过渡。 在降温和风分解分层并且湖中的水从上到下混合之前，这两层不会混合。 在分层期间，大部分生产力发生在温暖、光线充足的上层，而死亡的生物则慢慢地降入下方寒冷的黑暗层，那里存在分解细菌和适应寒冷的物种，例如湖鳟等。 像海洋一样，湖泊和池塘也有光层，可以在其中进行光合作用。 这里发现了浮游植物（藻类和蓝细菌），它们是湖泊和池塘食物网的基础。 浮游动物，例如轮虫和小型甲壳类动物，会消耗这些浮游植物。 在湖泊和池塘的底部，无光区的细菌会分解沉入海底的死亡生物。
氮，尤其是磷，是限制湖泊和池塘中养分的重要因素。 因此，它们是决定湖泊和池塘中浮游植物生长量的因素。 当大量输入氮和磷（例如，来自污水和受精草坪和农场的径流）时，藻类的生长会激增，导致藻类大量积聚，称为藻华。 藻华（图\(\PageIndex{5}\)）可能会变得如此广泛，以至于会减少光线在水中的穿透。 结果，湖泊或池塘变得无光现象，光合植物无法生存。 当藻类死亡和分解时，水会出现严重的氧气消耗。 因此，需要氧气的鱼类和其他生物更有可能死亡。
河流和溪流
河流和流入河流的较窄溪流是不断移动的水体，这些水体将水从源头或源头输送到湖泊或海洋的河口。 最大的河流包括非洲的尼罗河、南美的亚马逊河和北美的密西西比河（图\(\PageIndex{6}\)）。
河流和溪流的非生物特征随河流或溪流的长度而变化。 溪流始于被称为源水的起点。 源水通常很冷，营养含量低，而且很清澈。 这里的河道（河流或溪流的宽度）比河流或溪流长度上的任何其他地方都要窄。 源头溪流的海拔必须高于河口，并且通常起源于坡度陡峭的地区，导致流速高于海拔较低的河段。
流动速度更快的水和距离其起源地很短的距离使源头溪流中的淤泥含量降至最低；因此，水是清澈的。 这里的光合作用主要归因于生长在岩石上的藻类；快速的潮流抑制了浮游植物的生长。 树木覆盖物越过狭窄的溪流可能会进一步减少光合作用。 这种阴影还可以降低温度。 额外的能量输入可能来自落入河流或溪流中的树叶或其他有机物质，这些物质来自与水接壤的树木和其他植物。 当叶子分解时，叶子中的有机物质和营养物质会返回到水中。 叶子还支撑着无脊椎动物的食物链，这些无脊椎动物吃掉它们，反过来又被掠食性无脊椎动物和鱼类吃掉。 植物和动物已经适应了这种快速流动的水。 例如，水蛭（phylum Annelida）的身体很长，两端都有吸盘。 这些吸盘附着在基质上，使水蛭固定在原位。 在温带地区，淡水鳟鱼（phylum Chordata）可能是这些快速移动、较冷的河流和溪流中的重要捕食者。
随着河流或溪流从源头流出，河道的宽度逐渐扩大，水流减慢，温度典型地升高。 宽度的增加是由于来自越来越多的支流的水量增加造成的。 河流沿岸的梯度通常较低，这是流量减慢的原因。 随着体积的增加，淤泥可能会增加，随着流速的减慢，淤泥可能会沉淀，从而增加沉积物的沉积。 浮游植物也可以悬浮在缓慢移动的水中。 因此，水不会像水源附近那样清澈。 由于暴露在阳光下的时间更长，而且河岸之间更宽的土地上没有树木覆盖，水也变暖了。 可以发现蠕虫（phylum Annelida）和昆虫（phylum Arthropoda）在泥里挖洞。 掠食性脊椎动物（phylum Chordata）包括水禽、青蛙和鱼类。 在淤泥密布的河流中，这些捕食者必须在浑浊的海水中寻找食物，而且，与源头清澈海水中的鳟鱼不同，这些脊椎动物不能将视觉作为寻找食物的主要感官。 相反，他们更有可能使用味觉或化学线索来寻找猎物。
当河流到达大海或大湖时，水通常会急剧减速，河水中的任何淤泥都会沉淀下来。 淤泥含量高的河流以最小的海流和波浪作用排入海洋，随着淤泥沉淀到海底，将形成三角洲，即低海拔的沙泥区域。 淤泥含量低的河流或洋流或海浪作用较高地区的河流会形成淡水和盐水混合的河口区域。
湿地
湿地是指土壤永久或周期性地被水饱和的环境。 湿地不同于湖泊和池塘，因为湿地呈现出近乎连续的新兴植被覆盖。 新兴植被由湿地植物组成，这些植物植根于土壤中，但部分叶子、茎和花延伸到水面之上。 湿地有几种类型，包括沼泽、沼泽、沼泽、泥滩和盐沼（图\(\PageIndex{7}\)）。
淡水沼泽和沼泽的特点是水流缓慢而稳定。 沼泽是在水流量低或没有水流的低洼地中形成的。 沼泽通常出现在粘土底部渗透不良的地区。 渗流是指水在土壤或岩石中的孔隙中流动。 沼泽中发现的水停滞不前，氧气耗尽，因为有机物分解过程中使用的氧气没有被替换。 随着水中氧气的耗尽，分解速度变慢。 这会导致有机酸和其他酸积聚并降低水的pH值。 在较低的 pH 值下，植物无法获得氮气。 这给植物带来了挑战，因为氮是一种重要的限制资源。 某些类型的沼泽植物（例如沙露草、猪笼植物和金星捕蝇器）会捕获昆虫并从体内提取氮气。 沼泽的净初级生产率很低，因为沼泽中发现的水中的氮和氧含量很低。
章节摘要
水生生物群落包括咸水生物群落和淡水生物群落。 对水生生物群落结构至关重要的非生物因子可能与陆地生物群落中的非生物因子不同。 阳光是水体中的重要因素，尤其是那些非常深的水体，因为光合作用在维持某些生物方面起着作用。 其他重要因素包括温度、水流和盐含量。 根据水深、与海岸线的距离和光线穿透率，海洋可以被认为由不同的区域组成。 不同种类的生物适应每个区域的条件。 珊瑚礁是独特的海洋生态系统，是各种物种的家园。 河口位于河流与海洋交汇的地方；河口的浅水为幼甲壳类动物、软体动物、鱼类和许多其他物种提供营养和庇护所。 淡水生物群落包括湖泊、池塘、河流、溪流和湿地。 沼泽是一种有趣的湿地，其特征是积水、较低的pH值和缺氮。
艺术联系
图\(\PageIndex{2}\)：您希望在以下哪个区域找到光合生物？
答：无光区、neritic 区域、海洋区和海底领域。
B. 光区、潮间带、neritic 区和海洋区。
C. 光区、深海区、Neritic 区和海洋区。
D. 中上层区域、无光区、neritic 区和海洋区。
- 回答
-
B. 光区、潮间带、neritic 区和海洋区。
词汇表
- 深渊地带
- 深度为 4000 米或以上的海洋最深处
- 藻华
- 水生系统中藻类的迅速增加
- 无光区
- 海洋中无法进行光合作用的部分
- 底栖领域
- (也称底栖区) 是沿海底从海岸线延伸到海底最深处的部分
- 渠道
- 河流或溪流的河床和河岸
- 珊瑚礁
- 由生活在光区内温暖浅水区的海洋无脊椎动物形成的洋脊
- 隐形动物
- 在珊瑚礁碳酸钙基质中发现的无脊椎动物
- 生态系统服务
- 自然生态系统为人类带来的益处
- 新兴植被
- 生活在水体中的植物，这些植物植根于土壤，但有一部分叶、茎和花延伸到水面之上
- 河口
- 淡水和盐水混合的地区，河流流入海洋或大海
- 潮间带
- 海洋中最接近陆地的部分；退潮时部分延伸到水面上方
- neritic 区域
- 从退潮一直延伸到大陆架边缘的海洋部分
- 海洋区
- 从近海开始的海洋部分，水深达 200 米或更深
- 远洋领域
- (也称中上层区域) 不靠近海底或靠近海岸的公海水域
- 光区
- 能够进行光合作用的海水的上层
- planktivore
- 一种吃浮游生物的动物
- 源水
- 河流或溪流的起点
- 湿地
- 土壤永久或周期性地被水饱和的环境