鹽度生態學
① 浮游生物按大小分類有何生態學意義
浮游生抄物按大小分類有何生態學襲意義
海洋生態系統由海洋和海洋生物組成。海洋中的植物絕大部分是微小的浮游植物;動物種類很多,大都能在水中游動。森林生態系統分布在較濕潤的地區,動植物種類繁多,喲涵養水源、保持水土的作用,植物以喬木為主動物主要營樹棲和攀援生活,有綠色
浮游植物是海洋生態系統中重要的生產者,是食物鏈的基礎環節,在海洋生態系的物質循環和能量轉化過程中起著重要作用。為海洋中的生命活動提供了能量。其生長繁殖除主要受到自身生物學特性影響外,還受到周圍環境因素如海流、擾動、溫度、鹽度、營養鹽和其他生物因素的影響。
浮游動物是海洋生態系統中非常重要的一大生態類群,種類組成繁殖、數量大、分布廣,有著極其重要的生態學意義。浮游動物通過捕食作用控制浮游植物的數量,同時作為魚類等高層營養者的餌料,其數量變化可以直接影響魚類等的資源量,在海洋生態系統的結構和功能中起著重要的調控作用。浮游動物既是初級生產的消費者,也是次級生產者,在浮游植物和游泳動物食物鏈之間扮演重要角色,在海洋生態系統動態變化中起著重要的調控作用。
② !生態學水質pH的生態學意義
水樣PH值的測定
PH值是最常用的水質檢測指標之一,天然水的PH值多在6-9范圍內;飲用水PH值要求在6.5-8.5之間;某些工業用水的PH值應保證在7.0-8.5之間,否則將對金屬設備和管道有腐蝕作用。PH值和酸度、鹼度既有區別又有聯系。PH值表示的水的酸鹼性的強弱,而酸度或鹼度是水中所含酸或鹼物質的含量。水質中的PH值的變化預示了水污染的程度。
水的PH值測定方法有比色法和玻璃電極法。
一、 比色法
PH試紙法是一種簡單的粗略測定方法。常用的PH試紙有兩種,一種是廣泛PH試紙,可以測定的PH范圍為1-14;另一種是精密PH試紙,可以比較精確的測定一定范圍的PH值。 測定步驟:
(1)取一條試紙剪成4-5塊,放在干凈乾燥的玻璃板上,
(2)用干凈的玻璃棒分別沾少許待測水樣於PH試紙上,
(3)片刻後,觀察試紙顏色,並與標准色卡對照,確定水樣的PH值。
一、 玻璃電極法
1、測定原理
玻璃電極法測定水樣的PH值是以飽和甘汞電極為參比電極,以玻璃電極為指示電極,與被測水樣組成工作電池,再用PH計測量工作電動勢,由PH計直接讀取PH值。
玻璃電極法測PH准確、快速,受水體色度、濁度、膠體物質、氧化劑、還原劑及鹽度等因素的干擾少。
2、儀器、試劑
(1)儀器
a、 酸度計或離子計。
b、 玻璃電極、飽和甘汞電極
(2)試劑
a、 標准緩沖溶液的配製
① PH標准緩沖溶液甲(PH4.008,25℃):稱取先在110-130℃乾燥2-3h的鄰苯二甲酸氫鉀(KHC8H4O4)10.12g,溶於水並在容量瓶中稀釋至1L。
② PH標准緩沖溶液乙(PH6.865,25℃):分別稱取先在110-130℃乾燥2-3h的磷酸二氫鉀(KH2PO4)3.388g和磷酸氫二鈉(Na2HPO4)3.533g,溶於水並在容量瓶中稀釋至1L。
3、操作步驟
(1)采樣 按采樣要求,採取具有代表性的水樣。
(2)儀器校準 操作程序按儀器使用說明書進行。
(3)測定水樣PH 先用蒸餾水沖洗電極,在用水樣沖洗,然後將電極浸入樣品中,小心搖動試杯或進行攪拌,以加速電極平衡,靜置,待讀數穩定時記下PH值。
一、 注意事項
(1)測量結果的准確度,首先決定於標准緩沖溶液PH標准值的准確度。因此,應按GB11076-89《PH測量用緩沖溶液制備方法》制備、保存緩沖溶液。
(2)應按規范選擇、處理和安裝玻璃電極和甘貢電極。
(3)測定水樣的PH值最好在現場進行,否則,應在采樣後把樣品保持在0-4℃,並在采樣後6h之內進行測定。
③ 海洋生態學的基本內容
海洋生態學的研究對象是生物的個體、種群、群落以及整個海洋生態系。它研究各類海洋生物的繁殖生長、棲息營養、數量分布及其與有機、無機環境因子之間的相互關系,海洋生物群落的自然組合的特點和規律,不同生態類群(浮游生物、游泳生物、底棲生物等)的組成、分布、數量變化及其與海洋環境的關系,等等。包括個體生態、種群生態、群落生態和生態系生態。 個體生態學 以生物個體為研究對象,探討生物與環境之間的關系,特別是生物體對環境的適應。它通過控制條件下的實驗研究,檢驗生物體對各種海洋環境因子(如水溫、鹽度、光線、營養物和其他條件)的需要、耐受和適應范圍。實驗的結果可與自然觀察相對照。其研究內容和方式屬於實驗海洋生物學范圍。
研究對象有常見的經濟種和有些類群的代表種,如軟體動物的貽貝、牡蠣,甲殼類的哲水蚤、鹵蟲,各種蝦、龍蝦和蟹,棘皮動物的海膽,多毛類的小頭蟲等。70年代以來,則應用於環境污染研究的生物測試,特別是對水產養殖對象(魚、蝦、貝、藻等經濟種),海洋污著生物(船蛆、藤壺等)和水產養殖用的餌料生物(單細胞藻類、輪蟲、鹵蟲和一些橈足類等)的測試。通過實驗研究,掌握和控制重要經濟種的性腺成熟、產卵、孵化,幼體發育和生長所需的適宜環境條件,對餌料及營養的需求,以達到能夠大規模培育種苗和進行養殖生產,控制和防治養殖病害。實驗證明,影響幼蟲成活、發育和生長的限制因子,是棲息環境的溫度、水質因子(O2、pH、代謝產物、有害金屬離子的含量等)以及餌料的種類和它們在水體中的密度。闡明生物體的生理生態機制,提高人對動植物棲息環境及生存條件的控制能力,促進水產養殖生產的發展,是個體生態學研究的主要目的。 研究動植物種的群體所具有的特性,包括種群的年齡組成、性比例、數量變動、成活率、死亡率、生長(增長潛力)和種群調節、空間分布、遷移、洄遊、及其與海洋環境因子的關系;也包括種群內不同個體和各種群間的相互關系。這些研究與經濟動植物的資源開發、利用和管理,以及有害生物的控制和防除密切相關。研究對象目前主要是游泳生物、游泳性底棲生物和某些浮游生物,對一些可供漁業捕撈生產的經濟種(如鯡、鯷、沙丁魚、鱈、鰈、大小黃魚、槍烏賊和蝦等)研究較多。
種群生態是合理開發生物資源的重要依據,特別是種群補充規律。高齡魚在群體或種群中所佔比例的下降是判斷魚類資源開發過度的重要標志。分析1935年以來大西洋鯡 (Clupea harengus)在東安哥拉海域種群年齡組成的結果表明:自1952年以來,高齡魚在魚群中的比例已逐漸下降,顯示出捕撈已影響到鯡魚的年齡組成,資源開發過度現象已經產生。其他傳統魚種也有高齡魚比例下降的趨勢。根據漁業管理和資源估計的需要,已確立憑借鱗片和耳石上的環紋,鑒別魚的個體年齡和魚群的年齡組成;確立了一些魚種的年齡-長度關系;建立了捕撈量和魚群密度大小的估算方法;進行分布洄遊、繁殖生長、種群補充及其與環境因素的關系分析等。
中國近海經濟種類的種群生態研究自50年代開始全面展開,已對重要漁業經濟種大黃魚 (Pseudosciaenacrocea)、帶魚(Trichiurushaumela)、對蝦(Penaeusorientalis)和中國毛蝦 (Acetes chinensis)等作了系統的研究,發布的一些種的資源和漁情預報,在生產上已見效益。 研究在一定生境內棲息的多種海洋動植物的組合特點,它們之間及其與環境間的相互關系。群落中的每個種都是其中的成員,各成員間保持著相對穩定的數量關系,並存在著密切的生物學聯系。群落是一個生態單元,能量在群落中消耗,物質在群落內循環。群落生態研究在底棲生物方面進行較多,特別是在海岸帶和淺海底棲生物方面。包括平底生物群落、熱帶海域的珊瑚礁生物群落和紅樹林生物群落。浮游生物和游泳生物由於種類組合不穩定,群落生態研究做得較少。
海洋生物群落生態學的創始人C.G.J.彼得松在1913年,將丹麥斯卡格拉克海域的底棲生物劃分為 8個群落,並以優勢種和特徵種的種名給群落命名。彼得松的工作影響很大,直到20世紀50年代,多數底棲生物學家仍然依據他用優勢種區分海洋生物群落的方法廣泛地研究生物群落。
在北方寒溫帶和暖溫帶海域,包括鄰近中國的黃海在內,群落中有些種的數量很大,優勢十分明顯。但在熱帶海域,生物群落組成較為復雜,其多樣性高,優勢種不明顯,難以用優勢種的方法進行分析研究。60年代以來,多用數學方法計算各成對樣品之間的相似度,再以聚類分析組合站組或種組,劃分出生物群落。亦可計算樣品中種的多樣度(或分異度)、種的豐富度、均勻度和優勢度等,作為群落結構研究的參數,按照這些參數可以比較不同的群落。70、80年代以來,電子計算機技術的應用,大大簡化、方便了數學研究法。用數學方法研究生物群落,已得到多數科學家的支持。
群落結構和功能的研究,是把群落作為一個獨立的生態系統進行研究。主要是分析系統的組成及其內部能量流動和物質循環的規律,分析、預測主要成員的數量變動與環境因子變數參數及其相互關系,提出數學模式。 研究生物群落及其棲息環境相互作用所構成的生態系。它是海洋生物群落研究的深入和發展,從20世紀60年代中、後期發展起來。海洋生態系的空間范圍常超出一個群落的生境,包括一個相對獨立的水體,如內灣、河口、邊緣海、遠洋區,甚至整個海洋。研究這個系統的結構和功能,能量流動和物質(營養鹽類、DDT等)循環及其各個環節的轉換效率,數量變動與環境因子的關系。
④ 生態系統怎麼分類
一、自然生態系統
1、陸地生態系統
(1)熱帶雨林
分布於赤道南北緯5 ~10度以內的熱帶氣候地區(熱帶輻合帶)。動植物種類繁多,群落結構復雜,種群密度長期處於穩定。
(2)熱帶草原
分布於乾旱地區。年降水量少,群落結構簡單,受降雨影響大;不同季節或年份種群密度和群落結構常發生劇烈變化,景觀差異大。
(3)荒漠
分布於南北緯15°~50°之間的地帶。終年少雨或無雨,年降水
量一般少於250mm,降水為陣性,愈向荒漠中心愈少。氣溫、地溫的日較差和年較差大,多晴天,日照時間長。風沙活動頻繁,地表乾燥,裸露,沙礫易被吹揚,常形成沙暴,冬季更多。荒漠中在水源較充足地區會出現綠洲,具有獨特的生態環境。
(4)凍原
分布於歐亞大陸和北美北部邊緣地區,包括寒溫帶和溫帶的山地與高原。冬季漫長而嚴寒,夏季溫涼短暫,最暖月平均氣溫不超過14℃。年降水200~300mm。
2、水域生態系統
(1)濕地
分布於大部分地區。可作為生活、工農業用水的水源;補充地下水;水禽的棲息地,魚類的育肥場所。
(2)海洋
分布於太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋。生物群落受光照、溫度、鹽度、等非生物因素影響較大。
(3)淡水
分布於河流、湖泊、池塘等。淡水生態系統不僅是人類資源的寶庫,而且是重要的環境因素,具有調節氣候,凈化污染及保護生物多樣性等功能。
二、人工生態系統
1、農田
農作物為主,昆蟲,鳥類,雜草,被廢棄後,農田生態系統將發生次生演替,成為自然生態系統。
2、城市
除人工生態系統的共同特點外,城市生態系統以化石燃料為直接的能量來源,開放度高。
(4)鹽度生態學擴展閱讀:
人類對生態系統的影響:
一、破壞
1、對植被的破壞。
伐木業在引入大型作業機器後,工作效率迅速提高,這是植被破壞的重要原因。有些地區由於長期以木柴為燃料,長年累月導致了植被的嚴重破壞,黃土高原就是一個例子。
2、對食物鏈與食物網的破壞。
物種入侵。大規模捕殺
3、對無機環境的污染。
二、重建與改進
生態系統在遭到破壞後對其進行恢復需要運用恢復生態學原理。恢復生態學是研究生態整合性的恢復和管理過程的科學,生態整合性包括生物多樣性、生態過程和結構、區域及歷史情況、可持續的社會實踐等廣泛的范圍。恢復生態學的目標是重建某一區域歷史上曾有的生物群落,並將其生態功能恢復到受干擾前的狀態。
⑤ 請問鹽度與電導率換算有出處
鹽度與電導率換算出自1978年實用鹽標。該鹽標定義的鹽度與電導率之間的公式和關系。
實用鹽標依然是用電導的方法測定海水的鹽度,與1969年電導鹽度定義不同之處是,它克服了海水鹽度標准受海水成分變化的影響問題。在實用鹽標中採用了高純度的KCl,用標準的稱量法制備成一定濃度(32.4357‰)的溶液,作為鹽度的准確參考標准,而與海水樣品的氯度無關,並且定義鹽度:在一個標准大氣壓下,15℃的環境溫度中,海水樣品與標准KCl溶液的電導比:
(5)鹽度生態學擴展閱讀:
影響海水鹽度的主要因素:
1、降水量與蒸發量的對比關系。降水量大於蒸發量,則鹽度較低;
2、有暖流經過的海區鹽度較高,有寒流經過的海區鹽度較低;
3、有大量淡水注入的海區鹽度偏低;
4、海區形狀越封閉,鹽度就會越趨向於更高或更低。
⑥ 按個體大小可將浮游生物分為哪些類型這種劃分類別有何生態學意義
浮游生物按大小分類有何生態學意義
海洋生態系統由海洋和海洋生物組成。海洋中的植物絕專大部分屬是微小的浮游植物;動物種類很多,大都能在水中游動。森林生態系統分布在較濕潤的地區,動植物種類繁多,喲涵養水源、保持水土的作用,植物以喬木為主動物主要營樹棲和攀援生活,有綠色
浮游植物是海洋生態系統中重要的生產者,是食物鏈的基礎環節,在海洋生態系的物質循環和能量轉化過程中起著重要作用。為海洋中的生命活動提供了能量。其生長繁殖除主要受到自身生物學特性影響外,還受到周圍環境因素如海流、擾動、溫度、鹽度、營養鹽和其他生物因素的影響。
浮游動物是海洋生態系統中非常重要的一大生態類群,種類組成繁殖、數量大、分布廣,有著極其重要的生態學意義。浮游動物通過捕食作用控制浮游植物的數量,同時作為魚類等高層營養者的餌料,其數量變化可以直接影響魚類等的資源量,在海洋生態系統的結構和功能中起著重要的調控作用。浮游動物既是初級生產的消費者,也是次級生產者,在浮游植物和游泳動物食物鏈之間扮演重要角色,在海洋生態系統動態變化中起著重要的調控作用。
⑦ 有關指標的環境影響分析
為了使采樣的指標測定更為科學,本書選擇影響水體環境的幾個主要因子進行環境影響分析(王振紅,2005)。
2.1.2.1 透明度
水體中透明度大小是決定水體生產力高低的重要因子之一,也是測定最方便的富營養化指標。現已證明,射入水中的光強度大體上隨水深呈指數關系減少(Beer定律):
煤礦塌陷塘環境生態學研究
式中:I0為表層水的光照度;It為深度為t的吸光度;α為吸光系數。
在貧營養湖中由於藻類等漂浮物質很少,α值較小,所以,入射光可以到達很深的部位。與此相反,在富營養湖中,如果藻類的現存量增加,則入射光急劇減少,透明度降低。美國環境保護署(EPA)把透明度作為湖泊分類的一個標准,即:透明度>3.7m的湖泊為貧營養,2.0~3.7m為中營養,<2.0m則為富營養。同時透明度還受外界污水注入和魚類養殖的影響。
2.1.2.2 pH值
一般淡水水體由於碳酸系統的緩沖作用,pH值多在6~9之間變化,有時由於浮游植物強烈的光合作用,pH值在午後一段時間可達9~10以上(大連水產學院,1989)。
內陸水體按pH值可分為三類:①中鹼性水體:pH值在6~10之間變化,塌陷塘的水屬於此類水體;②酸性水體:pH值低於5,系沼澤之類;③鹼性水體:pH值在9以上,一些鹽鹼性湖泊屬此類,如青海湖、達里湖等。
按照與pH值的關系,可在水生生物中分出兩種基本類型:
第一類為狹酸鹼性生物,它們主要出現於中鹼性水體,生活的 pH 值幅度為 4.5 ~10.5 之間。常見的淡水生物都屬於這一類。例如纖毛蟲中的彎豆形蟲 (Colpidium campy-lum) 生活的 pH 值幅度為 4.5 ~ 9,一種臂尾輪蟲 (Brachionus urceolaris) 適應 pH 值為4.5 ~ 11,鯉魚為 4.4 ~ 10.4,青、草、鰱、鱅四大類魚適宜的 pH 值均為 4.6 ~ 10.2。
某些酸性和鹼性水中的生物也是狹酸鹼性生物。前者稱喜酸生物,如某些輪蟲 (Elo-sauorallii) 、原生動物 (Hyalosphaenia) 和無色鞭毛類 (素裸藻) ,它們僅在 pH 值為 3.8的水蘚沼澤的中央部分出現; 後者稱喜鹼生物,如某些藍藻和軟體動物。
第二類稱為廣酸鹼性生物,它們在酸性水體和中鹼性水體中都可見到,例如長劍水蚤(Cyclops longuis) 和卵形盤腸溞 (C.ovalis) ; 某些昆蟲幼蟲是非常強的廣酸鹼性生物。
通常酸性條件對許多動物的代謝作用是不利的。許多研究資料指出,pH 值的變化影響魚類對氧的利用程度,並降低魚類對低氧條件的耐力,而且在 pH 值過低或過高時,都將提高其窒息點。在酸性條件下,大多數魚類對低氧耐力的減弱更為顯著。在淡水魚類中鯉魚對酸性環境的反應比鱸魚敏感,當 pH 值由 7.4 降至 5.5 時,鯉魚每克體重每小時的耗氧量從 0.24 ~0.27 mg 降至 0.16 ~0.26 mg,每次呼吸所吸收的氧約減低 1/3 ~2/3。
pH 值的變化影響代謝過程也可以從攝食情況中看出,通常在酸性條件下,魚類的食物吸收率降低。
pH 值的變化對水生生物繁殖和發育也有重要的影響。各種生物的生殖所要求的最適pH 值也不相同。例如某些剛毛藻 (Cladoora) 當 pH 值降至 7.2 ~ 7.4 時,即停止植物性繁殖而形成游動孢子; 而實球藻 (Pandorina) 則在弱鹼性環境 (pH 值 7.8) 中繁殖最好。也有一些藻類在微酸性環境繁殖良好,如卵隱藻 (Cryptomonas ovata) 在 pH 值 5 ~7的環境中繁殖最快。
pH值對有機體的影響和溶解氣體及某些離子濃度有關。當水中CO2濃度為10mg/L時,一種鮭魚(Salmo gairdneri)半致死的pH值為4.5;CO2濃度增高到20mg/L時,pH值的半致死值升高到5.7;藍鰓太陽魚當水中溶解氧為5mg/L時,pH值升高到9.6即開始死亡,當溶解氧為10mg/L時則pH值9.5時無不良影響;Ca2+濃度的升高可減小低pH值的毒性,斑點鮭(Salvelinus fontinalis)在pH值為4時的存活率隨鈣濃度的增加而延長。
必須指出,天然水體pH值的反應是水的化學性質和生物活動綜合作用的結果。因此,在研究pH值與生物關系時必須注意決定pH值的諸多因素,以及當pH值發生變化時所引起的其他因素的變化。例如在自然條件下,pH值的降低,同時伴隨著CO2含量的增加和含氧量的下降,而很多動物在酸性水中,不能忍受低氧條件,在這種情況下,顯然水中的含氧量、二氧化碳和pH值是同時對動物發生作用的。
此外,在pH值降低和氧氣惡化的環境中,也可能有其他不利因素(如H2S)的產生。鑒於此,把pH值作為反映水體綜合性質的特徵應該是合理的。
2.1.2.3 溶解氧
水中溶解氧是水生生物生活和分布的重要因素,它在水中的狀況直接決定著絕大多數水生生物能否生存。
絕大多數生物需要氧進行呼吸,缺氧可引起魚類和其他水生生物的大量死亡,甚至全部死亡。僅在極少數情況下,出現過多氧對水生生物有害的情況。
氧的來源主要為大氣溶解和水生植物的光合作用。在河川和貧營養型湖泊中,浮游植物較少,大氣溶解起主要作用。因為氧在水中的溶解度較氮大得多。因此溶解水中的氧和氮的比例大於在大氣中的比例:
煤礦塌陷塘環境生態學研究
氣體在水中的溶氧量還與溫度和鹽度有關,水溫和鹽度越低,氣體的溶解量越大。
大氣在水面的溶解過程除了結冰期外都在不斷地進行,但是如果沒有水團的各種混合(波動以及水平水流和垂直水流),這種過程的作用只限於表層。氣體在水中的擴散進行得很慢。根據粗略計算,平靜的水面在一定溫度下,每年只能擴散到6m深處,並且僅能使每升水含氧0.25mL。可見,僅憑借擴散作用不可能維持水中正常的含氧量。
因為大氣中含有約21%的氧氣,所以在水中也溶解著分子狀態的氧。在完全不存在生物生產的純水中,20℃下,水中溶解氧濃度約為8.8mg/L。在自然界里接近於純水的貧營養湖中也具有相同的溶解氧濃度。但是,越是生物生長旺盛的富營養湖,其含氧量越受生物活動的影響。所以,溶解氧濃度可作為富營養化的良好指標。
在富營養型湖泊和肥水池塘,浮游植物的光合作用是氧的主要來源,大氣溶解僅起次要作用。
水生動物的呼吸消耗大量的氧。冬季在透明的冰層下藻類仍可進行光合作用,為越冬的生物供給一定數量的氧氣。白天水生植物在光合作用的同時也進行呼吸,不過呼吸的強度遠低於光合強度,但在夜間,植物的呼吸(尤其是藻類)對於水中氣體狀況就有很大的影響。此外水中細菌的呼吸也是影響氣體狀況的極為重要的因素。在天然水中細菌的含量一般很高(約每毫升幾百萬個),平均每個細菌細胞一小時內可消耗0.3×10-11mg氧,若以重量計,則乾重1mg的細菌1小時消耗3.6~7.2mg氧。由此可見,細菌消耗氧之多,尤其是在有機質大量分解時。不過細菌的呼吸強度與營養情況有密切關系,當營養條件惡化時,細菌的呼吸強度可減小幾十倍。
2.1.2.4 營養鹽
天然水體中氮和磷的含量在一定程度上控制著藻類的生長和產量。這兩種元素的增加,最容易刺激藻類的生長。
氮是蛋白質的重要成分,是構成生物體的最重要的基本物質。除某些藍藻外,一般水生生物只能利用溶解的有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮,而不能利用溶解的氣體氮,因而水中氮的含量常不能滿足生物的需要。
磷也是蛋白質的重要成分,高等動物(包括魚類)的腦和神經中也需要磷。水中磷的含量通常很微小,因此浮游植物的繁殖和發育常因磷的不足而受限制。
磷和氮是水生生物需要而水中含量又很微量的物質,一般稱為營養鹽類或生源物質。
2.1.2.5 光照強度和光合作用
在水中,光線作為生態學的因子具有明顯的效果(林碧琴,1988)。Maucha(1937,1942)曾計算過,在地球上任何一處的水表面的光強度,對藻類的同化作用是足夠利用的,因此水表面的光線,對於藻類的出現來說不是一個限制的因素。只要有實際光照的一小部分,就足夠藻類進行適度的光合作用。在歐洲中部,夏天大概只有實際光照的1/20,藻類便可達到光合作用的最大限度。由於這個原因,許多浮游藻類,其發生的適宜條件決不是在水的表面,而是在一定的深度中。在湖泊或海洋的深處,光線很快被吸收,並且光的性質也有明顯的改變;在湖泊10m深處,光強度僅為水表面的10%,即使在最清潔的湖水中,也只有大約40%的光透入到1m深處。在海洋100m深處,則僅保留水表面光強的1%。
污染造成水中懸浮物質過多,由於懸浮物散射和吸收光線,妨礙光的透入,嚴重時可導致水環境光合作用的幾乎完全停止,因而使整個水生態系統趨於瓦解。當水體富營養化造成浮游藻類生長過多時,也影響光線透入水層,降低水的透明度,反過來又影響浮游藻類的生長,造成它們大量死亡,使水的透明度又提高。
淡水浮游藻類中綠藻的最適光照度最高,硅藻次之,藍藻更次之。光照過度對藻類是有害的,如小球藻在過強的光線下培養,細胞顏色為淡綠色,生長緩慢,最後會失綠而死亡。
由於水中光照強度隨水的深度而遞減,因此水層中的光合作用率也隨水的深度而逐漸減弱,到了某一深度,光照強度已減弱到使植物在光合作用中所生成的氧量,僅能滿足本身呼吸作用中的消耗,這時的光照度稱為這種植物的補償點。補償點所存在的深度稱為補償深度。在補償點的照度下植物尚能生存,但不能繁殖;補償深度是植物向水深層分布的界限。補償點隨溫度的降低而降低。
由於太陽輻射能因地理緯度、季節、晝夜等而有明顯的變化,所以補償深度不僅在不同地理區域內不同,而且同一水體在一年中的不同月份和同一月的不同時間內都有可能變化。一般來說,補償深度約為水透明度的1.5~2.5倍。
2.1.2.6 金屬元素(微量元素)
鎂是藻類葉綠素成分之一,但需要量較低,天然水體中一般不缺乏,但在極貧營養型的湖泊中,鎂不足時會成為限制浮游藻類生產力的因素。
鐵能促進葉綠素正常發育,植物缺鐵時常會發生缺綠現象。浮游藻類對鐵的利用能力很強,加上其體表常吸附有相當數量的鐵化合物,因此一般情況下不致缺鐵。鐵過多時則不利於藻類生長,在培養液中鐵超過1.4mg/L時,浮游藻類的產生即受到抑制,超過2.9mg/L時,大量藻類會死亡。但在天然水中有時超過5mg/L時仍無毒害,這可能與其他離子的解毒作用有關。
微量錳存在時對浮游藻類的生長有刺激作用,超過0.01~0.02mg/L時即對藻類產生毒害。
硅是硅藻細胞壁和某些動物骨骼所必需的成分,從朱樹屏(1949)的培養試驗看,天然水中硅的不足對硅藻有限製作用。Wetzel(1976)也認為春季末浮游藻類中硅藻種群的消退是由於硅酸鹽被消耗而降到0.5mg/L以下所致。但在一般情況下,淡水中硅的含量能滿足硅藻的需要。
鋅、硼、鈷、鉬、銅的微量存在對藻類生長有刺激作用,稍多量即有毒害。
2.1.2.7 葉綠素a
藻類和其他綠色植物一樣具有葉綠素、葉黃素和胡蘿卜素等多種色素。而葉綠素含量最大,而且幾乎存在於所有藻類中,藻類中最常見的三種葉綠素是葉綠素a、b、c。由於葉綠素a在活的藻類中含量高,約佔有機物乾重的1%~2%,因此把葉綠素a的測定作為藻類現存量的一個重要指標,也可作為生物量的重要指標。此外,葉綠素a的測定方法簡單,葉綠素a含量通常可以表示藻類含量的高低。葉綠素a含量隨藻類類群而有不同,同時還受年齡、生長率、光和營養條件的影響。同時生物量和葉綠素a之比(自養指數)是很有價值的水質指標。在未受污染的水體中,浮游生物種群主要是自養的綠色藻類組成,隨著水體污染,水中有機質逐漸增加,異養生物,如絲狀細菌和著生原生動物的比例隨之增加。
葉綠素a是富營養化水體監測中的一個重要生物學參數,同時也是水質動態變化的綜合反映指標。該指標峰值的分布對湖泊水質管理具有重要作用。了解葉綠素a的含量及其主控因子分析是水體富營養化評價的重要前提,是治理水體富營養化的基礎,對水體水質的管理很有意義。
⑧ 生態學家P.A.Haefner對褐蝦在不同含鹽量和不同溫度條件下的耐受能力進行了研究.其研究的部分數據繪成
A、比較15℃水來溫和5℃水溫時源的曲線可知,5℃水溫時褐蝦對鹽度耐受范圍窄,A正確;
B、在20℃水溫條件,30‰左右的鹽度時,褐蝦死亡率為0,故最適宜其生存,B正確;
C、在25℃水溫、30‰鹽度時,只有10%的褐蝦死亡,C錯誤;
D、據圖分析可知,溫度和鹽度等因子共同影響生物的生命活動,D正確.
故選:ABD.
⑨ 生態學問題
1.水流對水生生物學的意義:
生存因素之一。
2.影響動物食性變異的因素:
水流實左右著海水中之溶氧量、水溫、鹽度、食物來源等。
水流是對水溫、鹽度這二大因素有著關鍵性的影響,故而水流也就因此而左右著動物食性了。
3.生態學意義:
水流的強度與方向變化,這些水流運動來自洋流、海浪、潮汐等現象所造成,
這些水流運動是不固定方向、不固定強度,是有變化的水流運動。
水流是進行新陳代謝的關鍵,藉由水流為他們帶來食物與營養,
水流帶來的浮游生物,同時,排泄物也藉由水流被帶走。
水流更是進行地盤擴張的重要功臣,受精卵得藉由水流傳播到其他地方。此外,水流更是決定了呼吸作用與光合作用的效率。
水流也決定了生物成長與存活重要因素之一。
例如:如果水是靜止的狀態,氧分子就會產生一個明顯的濃度梯度,在珊瑚不斷利用氧氣的情形下,濃度差會越來越大,結果就會使細胞逐步缺氧死亡,而二氧化碳移動的方向恰好和氧氣相反,如果水流太弱,便會使細胞二氧化碳濃度偏高而使造成負面的生理影響。在鈣化作用上,水中的鈣離子和氧分子移動的方向相似,如果水流太弱,珊瑚得到鈣離子的效率就會變差,進而使鈣化作用變緩,珊瑚成長自然遲緩。從上述可了解,適當強度的水流對珊瑚是不可或缺的。
⑩ 地質-生態學研究存在的問題與主要發展趨勢
一、地質-生態理論認識和體系的形成
國際上現階段地質-生態學研究與環境地質研究有相當程度上的相似性,但已經逐步體現出其研究特色,並有逐漸強化地質生態研究的發展趨勢。但到目前為止相關研究成果還不夠豐富,還不能認為系統的地質生態學作為獨立學科已經建立。許多理論問題和應用技術方法尚不夠完善。由於社會需要的推動,地質-生態學作為新興的交叉學科發展方向,正在逐步成為研究熱點和活躍點,但其內涵和研究范疇還沒有形成廣泛共識,地質生態指示性指標的研究、多目標的評價技術方法、地質生態設計與治理系統工程技術等許多方面需要進一步研究。
雖然地質-生態學作為一門獨立存在的學科尚未成立,但作為一種學科交叉現象具有很大的發展空間,將來能否產生獨立的地質生態學科,取決於能不能取得合理的、有廣泛認可的學科定位。但無論形成獨立學科,還是保持學科交叉的混合特色,都需要就其理論基礎、研究范疇取得一定的共識,否則又會出現如同環境地質學形成後的「廣義」概念與「狹義」概念的爭論,難以在學科認同上統一。因此,需要對地質-生態理論認識和學科體系進行研究和討論。
盧耀如先生將地質-生態環境的研究方向根據目的的不同分成如下幾個方向:
綜合性研究方向:該方向主要研究地質-生態環境的演變,需要在探索自然界存在的有利與不利這兩方面的條件與因素的基礎上,密切結合人類活動影響與工程效應,而加以綜合的研究,這是研究地質-生態環境的最基本的准則與最重要的研究方向。
全球性的研究方向:地質-生態環境問題涉及到地球的自然演化、各種災害的發生與發展,以及人類活動對環境的效應,這樣,就需全球性的研究方向。
宇宙性的研究方向:對地球這一生態系統的演化與起源還不很了解,所以應用現代科學技術以研究宇宙中星球,特別是太陽系的起源和演化,這對探索和研究地球自身的形成與演化,也是非常主要的研究途徑。
石建省認為,地質-生態學的系統發展應考慮在如下幾個方面推進:基礎地質-生態學理論研究、區域地質-生態學與比較地質-生態學研究、實驗地質-生態學研究、專門地質-生態學(脆弱帶地質-生態學、農業地質-生態學、城市地質-生態學等)研究、地質-生態經濟與規劃研究、地質-生態系統控制研究與工程實踐。
二、地質環境-生態系統相互關系研究和剖析
水-土-生態三大要素(三個子系統)的存在形式、利用現狀、形成演化規律、要素之間的相互作用以及對人類社會經濟發展的制約和影響是地質-生態研究的主要對象。但目前對地質要素的生態意義和生態保護的地質依據都缺乏系統和科學的認識。地質環境-生態系統的相互作用應是地質-生態學研究的重要內容。
以地下水為例,以往的水文地質研究主要揭示地下水的來源、運移演化規律,地質-生態學研究則要探討水對生態系統的控制,即「生態水位」的問題。「生態水位」是維持區域生態系統穩定所需的地下水位區間,高於這個水位區間上限臨界值,地表土壤就會發生鹽漬化,低於這個水位區間下限臨界值,就很容易觸發沙漠化。但這一水位區間又是一個復雜要素集合的函數,同時是一個時空動態變化的函數,它受到地質結構、地貌單元、氣候條件、土壤類型、種植結構、植物種群特性、人為影響程度等的影響,需要進行系統相應分析。
三、地質一生態指標體系研究
脆弱性判別的實施是建立在利用科學的指標體系對脆弱地質生態環境進行結構表述的基礎上的。指標體系選取指標的原則是以最少指標達到完整描述系統特徵的目的,既要謀求科學性原則、完備性原則和獨立性原則,大致需要如圖10-3的步驟。
圖10-3地質-生態指標體系的選取過程
地質-生態指示性指標體系的篩選是進行地質-生態分析的基礎和關鍵,也是目前研究較少,需要予以重視的主要方面。國外曾經組織過國際間合作計劃,集中探討了為多目標可持續發展服務的「地質指示指標」篩選問題,並認真分析了這一問題的復雜性和深入研究的必要性,在他們的初步成果中,提出如下地質指示指標:珊瑚化學和生長方式、沙漠表面結皮和裂縫、沙丘的形成和再活動、塵暴的規模/延時和發生頻率、地表凍融作用、冰川波動、地下水水質、非飽和帶地下水化學、地下水位、岩溶作用、湖泊水位和鹽度、相對海平面、堆積物層序和成分、地震、海岸線位置、邊坡失穩(滑坡)、土壤和堆積物侵蝕、土壤質量、溪流、水流、通道形態、水流堆積的存儲和運載、地下溫度體系、表層轉運、地表水水質、火山活動、濕地的擴張/結構和水文學、風力侵蝕,並且認為一些其他指標也應考慮在內,如:地磁場及其他地球物理參數、岩石應力狀態、岩石風化、岩石-微生物相互作用、土壤/粘土膨脹、地表過火、湖泊/海洋堆積物的放氣作用、非可再生資源指標等。這些成果的研究思路值得借鑒,但它的目的和對象與本文所要討論的並不一致,尚需進一步研究總結。
四、尺度問題和時空演化研究(古地質-生態學研究)
由於地質-生態系統的復雜動態特徵,在研究中必須注意其尺度效應,重視時空演化分析,加強對古地質-生態特徵的研究,用地質歷史演化的眼光看待我們目前的地質-生態狀況。
1.尺度效應問題
自然過程和人為作用,都是在一定的空間和時間尺度內發生的,在不同的尺度上,其表現和描述的特徵具有明顯差異,描述其特徵的指標也不一定一致。所以必須注意尺度問題。在上述分析中(見表10-1),曾論述過在不同區域尺度上控制地質-生態脆弱性的主導要素的不同,如在大的區域范圍內,主導要素是大地構造單元,而在局部區域范圍內,主導因素可能是氣候條件和地貌單元等。同樣,由於幾十年來地質-生態環境的巨大變化,其時間尺度的對比也應高度重視,把不同年代的資料混合起來作為現狀分析是不科學的。
2.時空演化研究方法
動態復雜系統的研究,要立足於幾個基本觀點:系統的觀點,綜合的觀點,信息的觀點。採取如下策略:
「以靜表動」:抓住時空演變中有限個特徵時期的靜態狀態,達到系統描述其動態特徵的目的;
「由點到面」:突出深入研究空間中具有典型意義和帶動作用的若干個點上的特徵,來刻劃面上的輪廓和規律;
「將古論今」:通過系統研究地質時期的地質-生態演化,認識當前所處演化階段,推測其自然發展趨勢,結合人為影響的強度,預測系統的變化趨勢;
「時空融合」:將時間上的認識和空間上的認識集合起來,利用現代信息處理技術,進行時空總和分析和建模研究。
主導研究方法包括:實驗、監測、調查與3S技術相結合。
3.古地質-生態分析的重要性
「將古論今」是地質-生態研究的重要手段。由於我們所處的自然環境是地質演化過程的階段性表現,其今後發展趨勢必然首先受制於地質演化規律,我們對現今地質-生態系統的認識也是非常零散的,很難形成時間序列,從而建立演化規律的認識。因此,開展古地質-生態研究顯得格外重要。
五、脆弱帶地質-生態系統研究
對地質-生態環境的認識是復雜的系統科學問題,涉及具有動態結構的多維信息體,尤其是脆弱地質生態環境的敏感性特徵,決定了需要對多因素關系及其易變性進行研究,這種多因素關系構成「鏈式」結構,一種因素的變化可以觸發相關聯的其他因素發生變化,並且具有明顯的臨界值。認識地質生態環境的復雜性、「鏈狀」關聯結構是對其特徵進行表述的重要前提。
確定描述這些內容的指標體系、分類標准、參數獲取方法和精度控制要求是重要的前期工作,需要專門開展研究。趙躍龍認為,脆弱生態環境的成因,包括自然因素和人為因素兩個方面,自然因素又分為地質脆弱因子、地貌脆弱因子、氣候脆弱因子、水文脆弱因子,人為因素主要是不合理開發利用資源和環境產生的影響。但這些因素的脆弱表現和具體指標,特別是地質脆弱因子的表述研究的還十分不足。
對脆弱地質-生態環境進行評價的關鍵是脆弱性判別。這種判別體現在不同空間和時間尺度上,服務於不同的目的。單指標脆弱性判別一般適用於小的空間尺度和比較具體的服務目標,而綜合脆弱性判別主要適用於較大空間尺度和多目標綜合需要的判別,如脆弱地質生態環境對區域經濟發展綜合影響程度的判別。
六、地質-生態系統評價方法模型
1.地質-生態系統研究步驟
從研究階段和程序上看,地質-生態系統研究的步驟見表10-2。
表10-2地質-生態工作劃分與工作方法
2.地質-生態研究的方法體系
在地質-生態研究中,除了需要把3S技術與傳統工作方法有機結合,大規模採用野外原位測試快速取得信息等技術支撐條件外,在多源信息綜合評價過程中需要採用許多數學計算方法,通過這些計算方法及其組合應用,對地質生態類型做出量化判別,對地質生態狀況做出綜合評價。這些方法主要包括:
(1)加權綜合指數法。根據實測值和評價標准求取分指數,然後由分指數計算總指數。計算綜合指數的方法有疊加法、均方根法、權重法等。
(2)模糊綜合評判。利用地質生態環境質量分級中間過渡的模糊性,按不同分級標准通過建立隸屬函數在閉區間[0,1]內連續取值來進行評價。
主要步驟有:對單項指標分別建立隸屬函數,求出隸屬度;建立模糊關系矩陣;計算各因子的權重;進行模糊聚類,綜合評判,取聚類系數最大者為該評價點所屬級別。
(3)灰色系統分析。基於地質生態環境系統的灰色性,考慮多因子的綜合影響,利用灰色系統理論進行因子之間的灰色關聯分析、灰色聚類(等斜率法、倍斜率法)、灰色預測、灰色控制等操作。
(4)層次分析(AHP)。AHP是一種系統工程方法,它根據各類指標及各類指標諸因子在環境中的相對重要性,經過層次結構、構造判斷矩陣、層次單排序、層次總排序、一致性檢驗等步驟,分別算出指標之間的相對重要性,以此作為「權」。
(5)有限元與有限差分。進行參數場模擬和環境穩定性分析,在參數比較充分的情況下可以使用有限元等數值法。通過分析調研、模型抽取、模型建立、模型計算與檢驗等步驟進行分析應用。
(6)神經網路模型。可以應用誤差反向傳播人工神經網路模型(B-P網路)。它包括有多個節點的輸入層(多要素)、多個節點的中間層(相互關聯)、一個或幾個節點的輸出層組成。利用該模型解決地質生態環境評價分析中的模式識別和系統辨識問題。人工神經網路理論通過對代表性樣本的學習自學習、自適應,掌握事物的本質特徵,易於作出客觀、正確的判斷。B-P網路的學習過程就是一個網路權系數的自適應、自調整過程,通過反復訓練後,網路具有對學習樣本的記憶、聯想的能力。
(7)分形計算。地質生態環境系統中的一些分析對象,可能具有自相似性幾何特徵,而且這種自相似性可以用分數維(D)來表示。
(8)多元統計分析。統計分析是常用、成熟的計算機數值處理方法,考慮到本系統對統計分析的要求,將在系統開發中融入必要的數據處理和回歸分析功能,如一元線性回歸分析、多元線性回歸分析、逐步回歸分析、平滑與擬合、主成分分析、排序等。
(9)人工智慧與可信度分析。地質生態環境系統的不確定性決定了在分析過程中需要一定的非確定性專家知識的支持,需要以決策支持系統的思路,通過人機對話方式進行智能處理。一些模型運算結果或中間處理過程需要進行可信度分析。
3.綜合地質-生態模型分析體系
(1)農業地質-生態適宜性分析模型。農業是我國最重要的基礎產業,隨著人口增長,經濟發展,國家對農業的發展越來越重視。農業地質生態作為地質生態環境研究的重要方面,主要研究農業生態與地質環境的相互關系,研究開發農業地質資源及其利用、改造和調控的措施,研究農業地質生態環境污染與防治、農業地質災害防治及農業地質環境區劃等問題。
作為農業地質-生態分析的輔助分析工具,本模型應提供一系列分析方法,使用戶能夠對所研究的區域農業環境問題的各種影響因素進行分析,尤其是對表層地質結構、岩土元素地球化學、生物、水文地質特徵等與農業生產的關系進行系統分析,取得對控制性因子的認識。然後選擇綜合評價方法,進行農業地質生態適宜性綜合評價,生成適宜性分區圖。
(2)地質-生態質量綜合評價模型。地質-生態質量綜合評價是一個復雜的分析過程,由於地質生態環境系統的復雜特點,難以用一種統一的方法和規范的計算過程進行評價。從實際需要的靈活性出發,這方面的模型分析採取優化組織的方法集合方式,通過與信息系統資料庫和圖形庫的緊密連接,以人機對話方式由用戶選擇模型運行機制、計算方法、參數提供方式、結果輸出方式與流向等,進行模型實際運作。
(3)區域地質-生態環境承載力分析研究。區域地質-生態承載力表徵模型與求解;區域地質-生態承載力綜合評估;區域地質-生態承載力飽和度;區域地質-生態綜合敏感度與觸發因素分析。
(4)土地質量退化與侵蝕控制分析模型。