44.4: 水生生物群落
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- 202954
培养技能
- 描述非生物因子对水生生物群落中动植物群落组成的影响
- 比较和对比海洋区域的特征
- 总结积水和流动水淡水生物群落的特征
影响水生生物群落的非生物因素
与陆地生物群落一样，水生生物群落也受到一系列非生物因素的影响。 但是，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。 当一个人降入深水体时，最终会有阳光无法到达的深度。 尽管陆地生态系统中有一些非生物和生物因素可能会掩盖光线（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。 在淡水系统中，密度差异引起的分层可能是最关键的非生物因素，与光的能量方面有关。 水的热特性（加热和冷却速率）对海洋系统的功能非常重要，对全球气候和天气模式有重大影响。 海洋系统还受到海流等大规模物理水流的影响；在大多数淡水湖泊中，这些运动不太重要。
海洋按几个区域或区域分类（图\(\PageIndex{1}\)）。 海洋的所有开阔水域都被称为远洋区域（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。 远洋区域内是光区，这是光线可以穿透的海洋部分（大约 200 米或 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。 这些领域和区域也与淡水湖有关。
艺术连接
您希望在以下哪个地区找到光合生物？
- aphotic 区域、neritic 区域、海洋区和底栖领域
- 光区、潮间带、neritic 区和海洋区
- 光区、深海区、neritic 区和海洋区
- 远洋领域、无光区、neritic 区域和海洋区
海洋生物群落
海洋是最大的海洋生物群落。 它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
海洋的物理多样性对植物、动物和其他生物有重大影响。 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。
潮间带是高潮和低潮之间的区域，是离陆地最近的海洋区域（图\(\PageIndex{1}\)）。 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，但也可能是岩石或泥泞。 由于潮汐的影响，潮间带是一个变化极大的环境。 生物在退潮时暴露在空气和阳光下，大部分时间都在水下，尤其是在涨潮期间。 因此，在潮间带茁壮成长的生物可以适应长时间干燥。 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\(\PageIndex{2}\)）。 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岩石、沙子或泥土中生存。
neritic 区（图\(\PageIndex{1}\)）从潮间带延伸到大陆架边缘约 200 米（或 650 英尺）的深度。 由于光可以穿透这个深度，因此光合作用可以发生在 neritic 区域。 这里的水含有淤泥，氧气充足，压力低，温度稳定。 浮游植物和漂浮的 Sargassum（一种自由漂浮的海藻）为在 neritic 区域发现的一些海洋生物提供了栖息地。 浮游动物、原生动物、小鱼和虾都存在于 neritic 区域，是世界上大多数渔业食物链的基础。
在 neritic 区域之外是被称为海洋区的公海区域（图\(\PageIndex{1}\)）。 在海洋区内存在热分层，由于洋流，温水和冷水混合在一起。 丰富的浮游生物是鲸鱼和海豚等大型动物食物链的基础。 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原生生物和动物死亡时，它们的身体会掉到海底，留在那里；与淡水湖不同，公海缺乏将有机营养物质带回地表的过程。 无光区的大多数生物包括海参（phylum Echinodermata）和其他依靠光区生物尸体中所含营养物质生存的生物。
中上层区域之下是底栖区域，即大陆架以外的深水区域（图\(\PageIndex{1}\)）。 底栖世界的底部由沙子、淤泥和死亡生物组成。 随着水深的增加，温度降低，保持在冰点以上。 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\(\PageIndex{1}\)）非常寒冷，压力非常高，氧含量高，营养含量低。 在这个区域发现了各种各样的无脊椎动物和鱼类，但由于光线不足，深海区域没有植物。 热液喷口主要位于深海区；化合细菌利用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，并作为深海区域食物链的基础。
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。 其他珊瑚礁系统是与陆地直接相邻的边缘岛屿，或者环礁是环礁系统，环礁是围绕着以前的陆地现在处于水下的陆地的圆形珊瑚礁系统。 珊瑚生物（phylum Cnidaria 的成员）是分泌碳酸钙骨架的咸水息肉菌落。 这些富含钙的骨骼会慢慢积聚，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藻类具有相互关系。 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，没有这种互惠主义，大型珊瑚就不可能生长。 一些生活在更深和更冷的水中的珊瑚与藻类没有互惠关系；这些珊瑚利用触手上的刺细胞来捕捉猎物，从而获得能量和营养。
据估计，有4,000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（在珊瑚礁的碳酸钙基质中发现的无脊椎动物）或与珊瑚相关的海藻和藻类为食。 此外，一些鱼类栖息在珊瑚礁的边界上；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。
进化联系：全球珊瑚礁的衰落
建造珊瑚礁需要很长时间。 创造珊瑚礁的动物已经进化了数百万年，它们继续缓慢沉积碳酸钙，形成它们独特的海洋家园。 珊瑚动物及其共生藻类伙伴沐浴在温暖的热带水域中，进化为在海水温度的上限生存。
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。 随着化石燃料排放导致的全球变暖提高了海洋温度，珊瑚礁正在遭受损失。 过度的温暖导致珊瑚礁驱逐其共生的、产生食物的藻类，从而产生一种被称为漂白的现象。 当漂白发生时，珊瑚礁会失去大部分特有的颜色，因为如果共生的 zooxanthellae 的消失时间延长，藻类和珊瑚动物就会死亡。
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，它会降低pH值并增加海洋酸度。 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也有所增加，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—2摄氏度（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
河口是发生在淡水源（例如河流）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幼后代从那里开始生命。 盐度是一个非常重要的因素，它会影响河口中发现的生物和生物的适应性。 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。 以相同频率出现的低潮会逆转盐水的潮流。
淡水和盐水的混合导致盐度的短期快速变化，对于居住在河口的动植物来说，这是一项艰巨的生理挑战。 许多河口植物物种都是盐生植物：能够耐受咸味条件的植物。 Halophytic 植物适应于应对根部盐水或海浪产生的盐度。 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。 其他植物能够将氧气泵入其根部。 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和池塘（积水）以及河流和溪流（流动的水）。 它们还包括湿地，稍后将对此进行讨论。 人类依靠淡水生物群落为饮用水、农作物灌溉、卫生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。 在夏季，湖泊和池塘的热分层发生在太阳的照射下，当上层的水被太阳加热并且不与更深、更冷的水混合时。 光可以穿透到湖泊或池塘的光区内。 这里发现了浮游植物（藻类和蓝细菌）并进行光合作用，为湖泊和池塘的食物网提供了基础。 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。
氮和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。 当大量的氮和磷（例如来自受精草坪和农场的污水和径流）输入时，藻类的生长会激增，导致藻类大量积聚，称为藻华。 藻华（图\(\PageIndex{4}\)）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，鱼类和其他需要氧气的生物更容易死亡，由此产生的死亡区域遍布全球。 伊利湖和墨西哥湾代表淡水和海洋栖息地，磷控制和雨水径流对环境构成重大挑战。
河流和溪流
河流和溪流是不断移动的水体，将大量的水从源头或源头输送到湖泊或海洋。 最大的河流包括非洲的尼罗河、南美洲的亚马逊河和北美的密西西比河。
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。 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。 因此，这里的水流通常比河流或溪流的任何其他点都要快。
快速流动的水使河流或溪流底部的淤泥积聚量降至最低；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。 额外的能量输入可能来自落入河中的树叶或其他有机物质，或者来自与水接壤的树木和其他植物的溪流。 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。 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。 淡水鳟鱼物种（phylum Chordata）是这些快速移动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。 这种缓慢移动的水是由梯度减小和支流联合后体积增加造成的，其沉积量更大。 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。 水也变暖了。 可以发现蠕虫（phylum Annelida）和昆虫（phylum Arthropoda）在泥里挖洞。 高阶捕食者脊椎动物（phylum Chordata）包括水禽、青蛙和鱼类。 这些捕食者必须在缓慢移动、有时是黑暗的水域中找到食物，而且，与源头水域中的鳟鱼不同，这些脊椎动物可能无法将视觉作为寻找食物的主要感觉。 相反，他们更有可能使用味觉或化学线索来寻找猎物。
湿地
湿地是指土壤永久或周期性地被水饱和的环境。 湿地与湖泊不同，因为湿地是浅水体，而湖泊的深度各不相同。 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\(\PageIndex{5}\)）。 这些类型的三个共同特征（使它们成为湿地）是它们的水文学、水生植被和水分土壤。
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。
摘要
水生生态系统包括咸水和淡水生物群落。 对水生生态系统结构至关重要的非生物因素可能与陆地系统中的非生物因素不同。 阳光是森林结构背后的推动力，也是水体中的一个重要因素，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。 密度和温度决定了水生系统的结构。 根据水深、与海岸线的距离和光线穿透率，可以认为海洋由不同的区域组成。 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\(\PageIndex{1}\)：您希望在以下哪个区域找到光合生物？
- aphotic 区域、neritic 区域、海洋区和底栖领域
- 光区、潮间带、neritic 区和海洋区
- 光区、深海区、neritic 区和海洋区
- 远洋领域、无光区、neritic 区域和海洋区
- 回答
-
C. 光合作用生物将出现在光区、深海区、海底区和海洋区。
词汇表
- 深渊地带
- 深度为 4000 米或更深的海洋最深处
- 藻华
- 水生系统中藻类的快速增加
- 无光区
- 没有光线穿透的海洋的一部分
- 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海洋部分
- 渠道
- 河流或溪流从一岸到另一岸的宽度
- 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
- 在珊瑚礁的碳酸钙基质中发现的无脊椎动物
- 生态系统服务
- 自然生态系统提供的人类惠益和服务
- 新兴植被
- 植根于土壤但有一部分叶、茎和花延伸到水面以上的湿地植物
- 河口
- 淡水源（例如河流）与海洋交汇的生物群落
- 潮间带
- 离陆地最近的海洋的一部分；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的一部分
- 海洋区
- 海洋的一部分，始于海上，水深达 200 米或更深
- 远洋领域
- (亦称中上层区域) 不靠近海底或靠近海岸的公海水域
- 光区
- 光线可以穿透的海洋部分
- planktivore
- 吃浮游生物的动物物种
- 捕食者
- 狩猎的动物物种，是食肉动物或 “食肉者”
- Sargassum
- 自由漂浮的海洋海藻的类型
- 源水
- 河流或溪流的起点