环境海洋学第二章

第二章海洋环境简介,2,授课目的,了解主要海洋环境的基础知识及分类特征，从而理解不同海洋环境中的污染物迁移、转化等规律的异同。,3,海洋的划分,根据形态特征和水文特征可分为：主要部分：洋附属部分：海，海峡或海湾,4,一、洋：远离大陆，面积广阔，水深20003000米以深的水域。特征：1、大洋离陆地遥远，不受陆地的影响。2、它的水文和盐度的变化不大。3、每个大洋都有自己独特的洋流和潮汐系统。4、大洋的水色蔚蓝，透明度很大，水中的杂质很少。5、大洋沉积多为深海特有的钙质软泥、硅质软泥和红黏土。,海洋的划分,5,主要海洋环境类型,2.1潮间带海洋环境,2.3海湾海洋环境,2.2河口海洋环境,2.4浅海海区海洋环境,2.5大洋区海洋环境,6,二、海紧靠陆地，水深较浅，一般在20003000米以浅的水域。特征：1、海临近大陆，受大陆、河流、气候和季节的影响，海水的温度、盐度、颜色和透明度，都受陆地影响，有明显的变化。在大河入海的地方，或多雨的季节，海水会变淡。由于受陆地影响，河流夹带着泥沙入海，近岸海水混浊不清，海水的透明度差。2、海没有自己独立的潮汐与海流。3、沉积物多为砂、泥砂。,海洋的划分,7,2.1潮间带海洋环境,潮间带(intertidalzone)是位于平均大潮的高低潮位之间的地带，是海洋与陆地之间的过渡地带。严格来说是大潮最高高潮线和大潮最低低潮线之间的海滨部分。,8,9,2.1潮间带海洋环境,潮间带的宽度受海岸坡降的控制:海岸的坡降越平缓，潮间带的宽度越大，反之，潮间带狭窄。其上部较高部分较长期出露水面，干燥泥裂作用与潮上带相似;其下部常被海水淹没，受潮流和波浪的冲刷。,10,2.1潮间带海洋环境,环境特征：由于潮间带交替暴露于空气中和淹没于海水中，温度变化（包括日变化和季节变化）最剧烈的区域。由于蒸发、降水和大陆地表径流的影响，潮间带区域海水的盐度也呈现很大的变化幅度。潮间带区域受波浪和周期性潮汐过程的影响，冲刷作用非常明显。潮间带底质状况很复杂，不同类型的底质栖息着与之相适应的生物，形成各具特点的生物群落。潮间带濒临大陆，污染物质容易在这里积累。,11,潮间带生物介于陆、海间，交替地受到空气和海水淹没的影响，且常有明显的昼夜、月和年度的周期性变化。,2.1潮间带海洋环境,12,潮间带生物特点：两栖性：表现为广温性、广盐性、耐干旱性和耐缺氧性等。节律性：一般生物的活动高峰与高潮期相一致。分带性：因不同生物适应的干湿条件不同而引起的分带分布现象。,潮间带可发展海带、多种藻类、贝类的人工养殖场。,2.1潮间带海洋环境,13,2.2河口海洋环境,入海河口（estuary）是一个半封闭性的海岸水体，它可自由地与开放的海洋相连接，在它之内，海水可以被内陆排出的淡水所稀释，而稀释的程度是可以被测量的。导则定义：入海河流终端受潮汐和径流共同作用的水域。广义的河口湾除真正的河口外，还包括半封闭的沿岸海湾、沼泽和沿岸沙坝后面的水体。,14,长江口,15,2.2河口海洋环境,河口环境特征：是海水和淡水交汇和混合的部分封闭的沿岸海湾；是海洋与河流两类水域生态系统之间的交替区和过渡带。河口段是河川的上游感潮点，河水盐度接近零；而下游终端点，则是河川影响的终结点，该处盐度接近海水。河口潮汐及其作用河口在海洋潮波的作用下，出现河口潮汐现象。潮波在河口传播的过程中，发生变形，潮差递减，涨潮历时缩短，落潮历时加长。在河口水体中，盐水和淡水的混合，使悬浮物质絮凝而沉降，河口泥沙发生强烈的淤积。另外，细颗粒物质受海洋生物的作用而聚集成团，也促使河口泥沙的沉积。,16,2.2河口海洋环境,河口环境特征：盐度的周期性和季节性变化。周期性变化与潮汐有密切的关系，其变化呈现为从高潮区至低潮区递减。盐度的季节性变化与降雨有关，也与蒸发有关。河口底质是柔软的泥质，富含有机质，可作为河口生物的重要食物来源。营养物质的富集：河口区除了有来自陆地的营养盐补充之外，更重要的是具有滞留营养物的水文和生物机制。因此，河口区是一个生产力水平很高的区域。,17,2.2河口海洋环境,生物特征：由于河口区环境条件比较恶劣，所以生物种类组成比较贫乏。广盐性、广温性和耐低氧性是河口生物的重要生态特征。河口区的生物组成主要有三种成分：海洋动物，来自海洋入侵种类（主要的）半咸水动物，是已适应于低盐条件的特有种类淡水动物，由广盐性淡水生物移入（少数）,18,2.2河口海洋环境,生物特征：河口湾有利于各种各样的植物在整年内都能进行光合作用，它们包括浮游植物、小型底栖藻类和海草、沼泽草和海藻等大型水生植物。河口有时由于甲藻大量繁殖容易发生“赤潮”。河口浮游动物的特点是季节浮游动物种类较多，而终生浮游动物的种类较少。河口底栖动物多是广盐性种类，能忍受盐度较大范围的变化。例如牡蛎和蟹等.游泳生物终生生活在河口区的只有鲻(z)科鱼类等一些少数种类。,19,2.2河口海洋环境,人类活动对河口区环境的影响：河口受到人类和自然的双重影响，与人类的活动密切有关。一方面，河口是重要的水产养殖区。另一方面，河口区也是最容易受人类活动破坏的区域。河口具有丰富的渔业、港口、交通、三角洲土地、淡水等资源，并且都是高生产力海域和海洋生态环境敏感区。全世界80%以上的大城市都分布在河口区。随着社会经济的发展，河口区的城市建设和人口趋海等日益加快，由此引发的海洋污染、生态环境损害和资源过度开发等环境问题日益严重。,20,2.2河口海洋环境,人类活动对河口区环境造成影响的污染因素：随着河口区城市人口的急剧增加，工厂的污水和居民生活废水大量倾泻到河口海区；河流所经过的农田施用的肥料和农药有相当部分被冲刷，经河流流入河口区。河口湾过度的人工养殖产生的废水（包含人工投饵的残饵、养殖对象的各种排泄物和养殖过程中使用的各种药物）通过进排水交换进河口海区。围海造地和修堤筑坝阻碍河口区的水流畅通和增加淤泥沉积。停留在河口湾的的船舶所产生的燃油泄漏和生活废水倾倒入海等等。,21,2.3海湾海洋环境,联合国海洋法公约：海湾是伸入陆地的水曲，其水曲的面积大于或等于以湾口宽度为直径的半圆。海洋科学：海湾是指延伸入大陆，深度逐渐减小的海或洋的一部分水域。通常以湾口附近两个对应海角的连线作为海湾最外部的分界线。世界上大大小小海湾甚多，主要分布在北美洲、欧洲和亚洲沿岸，比较大的海湾有240多个，较为重要的大约有50个。,22,2.3海湾海洋环境,Gulf：通常指长度比宽度大的海湾，例如芬兰湾、加利福尼亚湾等。Bay：通常指处于两个宽阔海岬之间的水域，例如哈德孙湾、孟加拉湾。Bight：一般指海岸线略为弯曲的海湾，含义与bay差不多，例如大澳大利亚湾等。,23,2.3海湾海洋环境,海湾地处陆地边缘，人类从事海洋活动的重要场所(捕鱼和航海现代海洋开发的基地)大的海湾:海洋资源的复合区海洋开发海洋综合经济区小的海湾:根据各自特点不同类型的海洋开发(基岩海湾水深浪小，适于船只停泊，海港为主的开发区；地势平坦、潮间带辽阔、适宜滩涂养殖的海湾养殖为主的开发区；石油开采为主的开发区；以海滨旅游为主的开发区；海盐生产基地等),24,2.3海湾海洋环境,海湾特性：海水性质一般与其相邻海洋的海水性质相似特定的地形条件（深度和宽度向陆地逐渐变小）水文状况具有独特性质（主要表现在潮差较大）例如，北美洲的芬迪湾，是世界上潮差最大的地方。,25,2.3海湾海洋环境,人类活动的影响：世界上的人口居住在海岸带，它已成为全球生态系统中最有价值和最易受人类影响的地区之一。海湾作为海岸带地区重要组成部分，人类活动诸如近海油气的开发，港口建设，捕渔业和水产养殖业，沿海城市的工业废水和生活污水的排放，以及大面积滩涂围垦等已构成对海湾的生态环境和生物栖息地的严重威胁。,26,2.3海湾海洋环境,自然界的影响：El-Nino、Lanila现象，风暴潮等对海湾生态环境和生物资源也产生重大影响。海湾生态环境变化受人类活动与自然因素的双重影响。,27,2.4浅海海区海洋环境,浅海海区（littoral/neriticzone）：水深小于200米/500米的区域。大陆周围较平坦的浅水海域，即大陆架。其平均宽度75公里。深度从数十米到几百米不等，平均130米左右，总面积27，000，000平方公里，占海洋总面积的7.6%。由于浅海带始终处于海水面以下，水动力条件较弱。波浪影响地区主要是大陆架上部。潮流和洋流可影响整个大陆架，但流速较低，主要起搬运作用。由于有大量经由河流等外动力搬运来的沉积物质和海蚀作用剥蚀下来的物质，浅海带沉积物来源十分丰富，加上浅海带生物丰富，浅海成了最重要的沉积场所。,28,2.4浅海海区海洋环境,环境特征：由于浅海带始终处于海水面以下，水动力条件较弱。波浪影响地区主要是大陆架上部。潮流和洋流可影响整个大陆架，但流速较低，主要起搬运作用。由于有大量经由河流等外动力搬运来的沉积物质和海蚀作用剥蚀下来的物质，浅海带沉积物来源十分丰富，加上浅海带生物丰富，浅海成了最重要的沉积场所。,29,2.4浅海海区海洋环境,生物特征：这里阳光比较充足，适合绿色植物生长，许多微生物和浮游植物都生长在这里，它们直接或间接地为海洋中的动物提供食物。在漂泳区的上半部喜光性浮游植物进行着活跃的一级生产，在它的下半部和底部只生长着暗光性的植物。在浅海区生产者之中，浮游生物所占的比率较海滨区高，由于可得从陆地输送来的营养盐的补给，其一级生产的速度平均高达比起外洋海域的高得多，特别在涌流发达的区域。,30,2.4.1海藻场生态系统,海藻场（KelpBed）是由在冷温带大陆架区的硬质底上生长的大型褐藻类与其他海洋生物群落所共同构成的一种近岸海洋生态系统。,31,2.4.1海藻场生态系统,生态系统特征：海藻场生态系统有着丰富的生物多样性，除了大型褐藻类，在海藻场内生活着许多海绵动物、腔肠动物、甲壳动物、棘皮动物及鱼类等。尽管大型海藻类有很高的生产力，但是只有少数无脊椎动物（如海胆和植食性腹足类）能够直接啮食这些海藻，据估计只有10%的初级产量直接通过摄食而进入食物网，其余90%通过碎屑或溶解有机质进入食物链。,32,2.4.1海藻场生态系统,生物特征：形成海藻场的大型藻类主要有马尾藻属、巨藻属、昆布属、裙带菜属、海带属和鹿角藻属。海藻场的主导植物适应温度较低，故多分布在冷水区，在南、北太平洋沿岸有冷水涌生的海域也有分布，在暖温带和热带海区则不出现大型海藻场。海水清澈的海区，海藻场可以延伸至2030m深处；如果海底坡度小，藻场可延伸至离岸几公里。,33,2.4.1海藻场生态系统,生物特征：浮游植物：多样性低、优势种明显和生物量较大。浮游动物：多样性大、生物量高、稀有种较多。游泳动物主要是一些经济鱼类，主要包括鲶科鱼类、狗鱼类、鹦咀鱼类、刺尾鱼类等。底栖动物较少，因海藻场生态系统以基岩石块为主，不适宜沙蚕等泥沙穴居类生物生存,但海藻场近底层茂密的植被系统基质可为多种贴底生物提供栖息场所，如海胆、海参、海葵等个体较大的棘皮动物，,34,2.4.1海藻场生态系统,生态功能：海洋生物的栖息场所：海藻场对波浪具有消减作用，可以改变海流动力学，使海藻场内形成静稳海域，水温较周围变化小，有利于海洋生物的养息，并成为其灾害天气时的避难场所。海藻场内的大型海藻及其附生生物可作为鱼类等多种海洋生物的饵料，藻体的死亡与分解导致海水的富营养化，有利于饵料生物的繁殖，使海藻场成为了海洋生物的索饵场。海藻场内具有丰富的鱼类卵的附着基和稚鱼孵化的饵料，是多种鱼类的产卵场。,35,2.4.1海藻场生态系统,生态功能：改善海域环境：由于海藻场内的褐藻类个体通常较大，并以叶片直接吸收海水中的营养盐类，其吸收面积大，对一些无机盐类、金属及重金属等的吸收作用明显。在近岸排污口附近海域，一些大型褐藻类仍然能够很好生长。研究表明，1km2马尾藻场的氮处理能力大约相当于一个5万人的生活污水处理厂。,36,2.4.1海藻场生态系统,生态功能：缓冲作用：对藻场内的水流、pH、溶解氧以及水温的分布和变化具有缓冲作用。在水湾中，马尾藻场对湾内水域pH分布的影响起主导作用，这主要是通过藻类在日间的光合作用和夜间的呼吸作用来实现的。马尾藻场尤其是茂盛期的马尾藻场使藻场内部水温的上升或下降延迟，如藻场下方的水温分布模式受茂盛期马尾藻场的高度和密度的影响。,37,2.4.2海草场生态系统,海草场（seagrassbed）：中、低纬度海域潮间带中、下区和低潮线以下数米乃至数十米浅水区海生显花植物(海草)和草栖动物繁茂生长的软相平坦海底场所。上世纪末,人们曾经估算全球海草场面积约为0.6106km2,约相当于海洋面积的0.15%。但随着全球气候变化以及人类活动的影响,世界范围内海草场面积不断萎缩。,38,2.4.2海草场生态系统,生态系统特征：海草还具有较高的初级生产力，相对于其分布区域而言,其在海洋中的生物量比浮游植物高,占海洋植物总生物量的约1%。海草场是高产生态系统，是地球生物圈最高产的生态系统之一。海洋浮游植物生产量的大部分被其他海洋动物所消耗，海草场生产量中的一部分(海草场总储量的15%左右)则会被掩埋在海底，如果被长期掩埋,则表示其变成海草生态系统的一个碳汇(Carbonsink)。因此,海草是海洋生物圈中碳循环的一个重要组成部分,是其中重要的二氧化碳吸收者。,39,2.4.2海草场生态系统,生物特征：系统内生存着大量的海草附生藻类底栖大型藻类浮游生物研究表明：这些附生生物的初级生产力可能会超过海草本身。,40,2.4.2海草场生态系统,生态功能：如同陆地上的森林可以影响到空气的运动,海草场可以影响到水的流动。实验证明,海草场的存在,可以明显减小海流和波浪的水动力以及该海域的流场特性。促进海底底质的增加,并具有稳定底质的作用。研究发现,海草场内部比外部水体具有更多的有机物质和颗粒更细小的泥沙成分,一般认为这是被海草从水体中拦截的沉积物。,41,2.4.2海草场生态系统,生态功能：降低水体固体颗粒物的携带能力,加速颗粒物的沉降。海底沉积物的再悬浮也明显减少。海洋动物的食物供给地，在海草场中,海草叶的最主要摄食者为海胆、鱼类、水鸟、绿龟、海牛和儒艮等。形成复杂的海草场食物网。海洋动物的庇护所和栖息场所。微生物循环的支持者。脱落的海草叶在分解过程中,会释放出大量的可溶性有机碳,这些有机碳会被细菌吸收利用,而这些细菌又被一些微生物捕食者利用。,42,2.4.3红树林生态系统,红树林（Mangrove）指生长在热带、亚热带的海岸潮间带上部，受周期性潮水浸淹，以红树植物为主体的常绿灌木或乔木组成的潮滩湿地木本生物群落。组成的物种包括草本、藤本红树。它生长于陆地与海洋交界带的滩涂浅滩，是陆地向海洋过度的特殊生态系统。,43,2.4.3红树林生态系统,生态系统特征：红树林生长于淤泥沉积的热带亚热带海岸和海湾，或河流出口处的冲积盐土或含盐沙壤土。它一般分布于高潮线与低潮线之间的潮间带（见潮间带生态）。红树林植物是喜盐植物,通常它们不见于海潮达不到的河岸。例外的现象也有。温度对红树林的分布和群落的结构及外貌起着决定性的作用：温度高的地区的红树林一般高、物种多。,44,2.4.3红树林生态系统,生态系统特征：胎生现象很多植物的种子还没有离开母体的时候就已经在果实中开始萌发，长成棒状的胚轴。掉落到海滩的淤泥中，几小时后就能在淤泥中扎根生长而成为新的植株。特殊根系具有密集而发达的支柱根，很多支柱根自树干的基部长出，牢牢扎入淤泥；多具有呼吸根，呼吸根外表有粗大的皮孔，内有海绵状的通气组织，满足了红树林植物对空气的需求。泌盐现象红树林植物多具有盐生和适应生理干旱的形态结构，植物具有可排出多余盐分的分泌腺体，叶片则为光亮的革质，利于反射阳光，减少水分蒸发。,45,2.4.3红树林生态系统,生态系统特征：红树林里的动物主要是海生的贝类。在红树林水域有多种浮游生物,常见的硅藻有根管藻、角毛藻、半管藻、辐杆藻、三角藻、圆筛藻等浮游藻类。浮游动物则有新哲水蚤、波水蚤、真哲水蚤、丽哲水蚤、隆哲水蚤、真刺水蚤、胸刺水蚤、平头水蚤等。红树林里还有各种岛类,多半属水鸟和海鸥一类,也有一部分陆栖鸟类出没于红树林带。在发育良好的红树林还偶有野猪、狸类及鼠类等小型哺乳类出没其间。红树林里也招致了某些蜂类、蝇类和蚂蚁等栖息。它们对红树植物的传粉和受精起着一定的作用。,46,2.4.3红树林生态系统,生态功能：红树以凋落物的方式，通过食物链转换，为海洋动物提供良好的生长发育环境。红树林区内潮沟发达，吸引深水区的动物来到红树林区内觅食栖息，生产繁殖。红树林区是候鸟的越冬场和迁徒中转站，更是各种海鸟的觅食栖息，生产繁殖的场所。防风消浪、促淤保滩、固岸护堤、净化海水和空气的功能。盘根错节的发达根系能有效地滞留陆地来沙，减少近岸海域的含沙量。红树林的工业、药用等经济价值也很高。,47,2.4.4珊瑚礁生态系统,珊瑚礁（coralreef）是指造礁石珊瑚群体死后其遗骸构成的岩体。珊瑚礁的主体是由珊瑚虫组成的。珊瑚虫是海洋中的一种腔肠动物在生长过程中能吸收海水中的钙和二氧化碳，然后分泌出石灰石，变为自己生存的外壳。每一个单体的珊瑚虫只有米粒那样大小，它们一群一群地聚居在一起，一代代地新陈代谢，生长繁衍，同时不断分泌出石灰石，并粘合在一起。这些石灰石经过以后的压实、石化，形成岛屿和礁石，也就是所谓的珊瑚礁。,48,2.4.4珊瑚礁生态系统,生态系统环境：水温珊瑚生长的水温约为2030C。盐度造礁珊瑚生长在盐度为2740的海水中，最佳盐度范围是3436。水深一般认为造礁珊瑚生长的水深范围是050米，最佳水深为20米以浅。许多学者认为这实际上是与造礁珊瑚共生的虫黄藻进行光合作用所需的深度。,49,2.4.4珊瑚礁生态系统,光照也是虫黄藻光合作用的需要，一般热带光照强，时间长，平均光照率在50%以上，有利于珊瑚礁的发育。风和风浪一般迎风浪一侧礁发育较好。过强的风浪使珊瑚虫难以在基底上固着，不发育礁。河流河流入海处，海水盐度低，泥沙含量大，混浊度高，海水透明度低，会使珊瑚窒息而死，所以有大量泥沙入海的河口处一般不发育岸礁。,50,2.4.4珊瑚礁生态系统,藻类与珊瑚礁的关系虫黄藻与造礁珊瑚共生，它吸收造礁珊瑚排出的CO2，为珊瑚虫提供钙质，形成骨骼中甲壳质的有机成分，它们构成一个相互依存的生态系统。红藻中的珊瑚藻是完全钙化藻，可形成层状骨架，参与造礁。藻屑是珊瑚礁中常见的组分，一般占2050%。藻类还可粘结礁骨架和生物屑，并有富镁作用，形成高镁方解石。但钻孔藻(Bringalgal)在珊瑚礁中起破坏作用。,51,2.4.4珊瑚礁生态系统,珊瑚礁为海洋中一类极为特殊的生态系统，保持有较高的生物多样性和初级生产力，被誉为“海洋中的热带雨林”、“蓝色沙漠中的绿洲”，一般认为达到了海洋生态系统发展的上限。在澳大利亚的大堡礁，造礁珊瑚有350种，海洋鱼类有15002000种，软体动物超过4000种。在更小区域范围内，Gibbs曾报道过在一块死礁岩内发现220种8265个隐生生物个体；Grassle曾在一活珊瑚群体上发现103种多毛类生物。,52,2.4.4珊瑚礁生态系统,生态功能：提供海产品:珊瑚礁系统每年每平方公里渔业产量达35t，全球约10的渔业产量源于珊瑚礁地区。药品：海藻、海绵、软体动物和某些珊瑚体内含有高效抗癌、抗菌的化学物质，有广阔的药物开发潜力；建筑和工业原材料：珊瑚礁系统内的碳酸钙常被用作建筑材料；防岸护堤、保护环境。由珊瑚礁生物参与的生物化学过程和营养物质循环对于维持和促进全球碳循环有重要作用。同时，也维持了全球钙平衡。,53,2.5大洋区海洋环境,大洋区（oceanicprovince）是海洋的主体，包括太平洋（PacificOcean）、大西洋（Atlantic）、印度洋（IndianOcean）和北冰洋（ArcticOcean）。,54,2.5大洋区海洋环境,环境特征：大洋区的不同深度，其环境条件也有很大不同。上层（epipelagiczone）：从海面至150200m深，这里不仅光照强度随深度增加而呈指数式下降，有的海区温度也有明显的昼夜和季节差异。很多海域温度出现所谓不连续面或温跃层。,55,2.5大洋区海洋环境,环境特征：中层（mesopelagiczone）：从上层的下限至约8001000m深的水层，这里光线极为微弱或几乎没有光线透入，温度梯度不明显，且没有明显的季节变化，由于不能进行有效的光合作用，加之上