淡水生态学要点课件

1淡水生态学

Freshwaterecology源自暨南大学水生所1淡水生态学

Freshwaterecology源自暨南大2淡水生态学Freshwaterecologyisthestudyofthestructure,function,andchangeoforganismsinfreshwatersasaffectedbytheirdynamicphysical,chemical,andbioticenvironments..2淡水生态学Freshwaterecologyisth3湖泊分区

(Lakezones)沿岸带敞水带真光层透光层沉水植物浮叶植物挺水植物底栖带湖沼带3湖泊分区(Lakezones)沿岸带敞水带真光层4湖泊类型与起源

4湖泊类型与起源

5（一）构造湖Tectoniclakesbasinsformedbymovementsoftheearth’scrust（二）火山口湖Volcaniclakes（三）河成湖FluvialLakes5（一）构造湖Tectoniclakesbasinsf6（四）牛轭湖6（四）牛轭湖7（五）堰塞湖Landslidelakes

lakesformedbyrockslides,mudslidesdammingstreamsinvalleys7（五）堰塞湖Landslidelakeslakes8（六）冰川湖Glaciallakes

是由冰川挖蚀成的洼坑和水渍物堵塞冰川槽谷积水而成的一类湖泊8（六）冰川湖Glaciallakes是由冰9（七）岩溶湖Solutionlakes典型的岩溶湖是由碳酸盐类地层经流水的长期溶蚀所产生的岩溶洼地、岩溶漏斗或落水洞等被堵，经汇水而形成的一类湖泊。formedbytheslowdissolvingofsolublerockbywater.Mostformedinareaswithlimestonebedrock.9（七）岩溶湖Solutionlakes典型的岩溶湖是由10(八)海成湖Shorelinelakes

createdatirregularitiesorindentationsalongthecoastlineoflargelakes.Usuallyresultoflongshorecurrentsdepositingmaterialasaspitorbaratthemouthoftheindentation

10(八)海成湖Shorelinelakescreate11（九）风成湖Aeolianlakesformedbywindactivityinaridregionswhichmayerodebrokenrockorredistributesandformingdune由风吹起的沙丘lakes.Generallytemporary.

。11（九）风成湖Aeolianlakesformedb12（十）人工湖Anthropogeniclakesdamsandexcavationsbyhumans12（十）人工湖Anthropogeniclakesda13AnimalactivityBeaverDam13AnimalactivityBeaverDam14(十一)陨石湖Meteoritelakescraterfrommeteoriteimpacts,e.g.,largeoneinnorthernQuebec14(十一)陨石湖Meteoritelakescrater15Limnologicalmeandepth=V/AoMaximumdepth(zmax)

15Limnologicalmeandepth16

Relativedepth(zr)expressesthezmaxasapercentageofthemeandiameter平均直径ofthelake.16Relativedepth(zr)express17岸发展系数

Shorelinedevelopment(DL)岸发展系数（岸线长与相同面积圆形湖泊岸线长之比）ShorelinedevelopmentiscalculatedasDL=L/(2*sqrt(*Ao))17岸发展系数

Shorelinedevelopment18河道及流域的主要特征

河流长度L（km）：自河源沿河道至河口的长度称为河流长度，或称河长。落差：河段两端的河底高程差。

18河道及流域的主要特征19河网密度:单位面积内的河流总长度称为河网密度。它表示一个地区河网的疏密度。

19河网密度:单位面积内的河流总长度称为河网密度。它表示一20河流连续体理论RCCRivercontinuumconcept由源头集水区的第一级河流起，河水向下流经各级河流流域，形成一个连续的、流动的、独特而完整的系统，称为河流连续体。20河流连续体理论RCC21ComparisonofAquaticSystems21ComparisonofAquaticSystem22Photosyntheticallyactiveradiation(PAR),i.e.,radiantenergybetween400~700nmwavelengths.Always46~49ofallenergy.22Photosyntheticallyactivera23光在水中的传播

Lightpenetration[,peni'treiʃən]inwaterThepercentageofthesurfacelightabsorbedorscatteredina1mlongverticalcolumnofwater,iscalledtheverticalextinctioncoefficient.Thisparameterissymbolizedby"k".23光在水中的传播

Lightpenetration[24透明度Transparency

Transparency:Depthtowhichvisiblelightpenetrates24透明度TransparencyTransparency25PhoticorEuphoticZone-extendsfromsurfacetodepthwherelightis1%ofincidentlightatsurface.RegionofnetO2productionduringthedayduetophotosynthesis(P/S)O2declinesduringnight-respiration(decompositionprocesses).AphoticZone-extendsfrombottomofphoticzonetobottomoflake.LightlevelstoolowforphotosynthesissorespirationprocessesdominateoverproductionprocessesandaphoticzoneusesO2.25PhoticorEuphoticZone-ex26CompensationDepth：depthatwhichincidentlightisreducedtoabout1%soP/S=respiration.26CompensationDepth：depthat27Epilimnion湖上层湖面温水层warmupperlayer;Metalimnion-layer斜温层水体变温层ofrapidchangeintemperature(e.g.,thermocline);Hypolimnion:均温层、深水层coldbottomlayer,about4℃;27Epilimnion湖上层湖面温水层warmupp28Lakestratificationandseasonalturnover

生态学意义28Lakestratificationandseas29Thispattern(springturnover—summerstratification—fallturnover—winterstratification)istypicalfortemperate温带的深水湖泊deeplakes.29Thispattern(springturnove30LAKEDEPTHMATTERSDeepLakes Stratify分层ShallowLakes ContinuousNutrientRecycling30LAKEDEPTHMATTERSDeepLakes31水的特性Characteristicsofwater热容量很大热容量SpecificheatTheamountofheatrequiredtoraisetemperatureofaunitmassofasubstance1℃.31水的特性Characteristicsofwate32密度Density

Nonlinear非线性relationofdensitytotemperatureisuniquetowater.Maximumdensityofpurewateris1.000g/cm3at3.94℃.Densityofpurewaterat0℃is0.99987g/cm3.Astemperatureincreasesbeyond4℃densitydecreasesatanincreasingrate.

32密度DensityNonlinear非线性relat33Shiftfromlaminar层流toturbulent紊流flowinafluidinasmoothtubeisrelatedtotheviscosity粘度anddensityofthefluid,itsvelocity,andthesizeofthechannelortubethroughwhichthefluid流体flows.ReynoldsNumber雷诺系数,Re,isusedtodetermineifflowislaminarorturbulentinatube.Re=(pDv)/µpisdensity,Disthediameterofthechannelortube,visvelocity,andµisviscosity.Re<1,000flowislaminar；Re>1,000flowisturbulent.33Shiftfromlaminar层流toturb34surfaceseiches.34surfaceseiches.35河水流RiverCurrents.Inflowmovementsrelatedtotemperature,dissolvedsubstances,andsuspendedparticles.35河水流RiverCurrents.363typesofinflowmovement:Overflow-riverwaterislessdensethanlakewaterandsostaysatthesurface,Underflow-riverwaterdensityisgreaterthanlakewaterandsoflowsalongthebottom,e.g.,springmeltrunoff.Interflow-riverwaterdensityisgreaterthanepilimnionbutlessthanmeta-orhypolimnion.363typesofinflowmovement:37Thewatershed,alsocalledthedrainagebasin,isallofthelandandwaterareasthatdraintowardaparticularriverorlake.Thus,awatershedisdefinedintermsoftheselectedlake(orriver).Therecanbesubwatershedswithinwatersheds.Forexample,atributary支流toalakehasitsownwatershed,whichispartofthelargertotaldrainageareatothelake(orriver).3738

天然水体的pH值在6-8之间，是一个很好的缓冲体系，碳酸化合物是水体缓冲作用的重要因素。缓冲能力38

天然水体的pH值在6-8之间，是一个很好的39溶解氧（DO）DissolvedOxygen

溶解于水中的分子态氧mg/L化学需氧量（COD）

ChemicalOxygenDemand

氧化水中有机物(或其它还原性物质)所需化学氧化剂的量，以mgO2/L计重要指标39溶解氧（DO）DissolvedOxygen重要指标40

好气条件下水中有机物被微生物所氧化，在一定期间内所消耗的溶解氧的量，单位mg/L，BOD5称五日生化耗氧量。

生化需氧量(BOD)Biochemicaloxygendemand40生化需氧量(BOD)41

水中有机物完全氧化所需氧的量（燃烧法），单位是mg/L。

总需氧量（TOD）TotalOxygenDemand41水中有机物完全氧化所需氧的量（燃烧法），单位是m42水体中氧气大主要来源与消耗？42水体中氧气大主要来源与消耗？43Redfield比A.C.Redfield(1958)

通过研究海洋浮游植物发现的。磷往往是淡水生态系统的限制因子43Redfield比磷往往是淡水生态系统的限制因子44Fe-P相互作用Fe-Pinteractions

Underoxygenatedconditions(e.g.,intheepilimnionoratoverturn)ferrous(Fe2+)isoxidizedtoferric(Fe3+).Fe3+formsFe(OH)3orFePO4ifphosphateispresent.44Fe-P相互作用Fe-PinteractionsU45PO43-PO43-Fe+++Fe(OH)3PO43-Dissolvediron(Fe3+)inthewaterandsedimentscanbindtoPandcreateaninsolubleprecipitateCalledthe“irontrap”,andhappensonlywhenthehypolimnioncontainsoxygenPP>95%PO4<<<3%45PO43-PO43-Fe+++Fe(OH)3PO43-D46Asthehypolimnionbecomesanoxic,Fe+++gainsanelectronandisreducedtoFe++Fe+++Fe+++Fe(OH)3Fe++formssolublesaltswithPO4

Fe++Fe(OH)2UnderanoxicconditionsgetnetfluxofPoutofthesedimentsPO43-PO43-Thisiscalled

internalloading内源污染

andincreasesPconcentrationsinthewatercolumnatturnover46Asthehypolimnionbecomesa47Ammonification:蛋白质通过水解降解为氨基酸,然后氨基酸中的碳(不是氮)被氧化而释放出氨(NH3)的过程。

2、氨化作用蛋白质NH3氨化作用47Ammonification:蛋白质通过水解降解为氨基酸483、硝化作用

是氨的氧化过程。第一步：硝化菌把氨（或铵）转化成NO2-第二步：硝化菌把NO2-氧化成NO3-

NO2-NH3,

NH4+NO3-亚硝化细菌硝化细菌483、硝化作用是氨的氧化过程。NO2-NH3,NH4+49Somenitrogenislosttotheairbydenitrification.Here,bacteriaconvertnitrateornitritetogaseousnitrogenandabitofnitrousoxide.4、反硝化作用NO2-NO3-NO↑N2O↑NO2-N2↑第一步：反硝化菌把硝酸盐还原为亚硝酸盐，释放出NO；第二步：反硝化菌把亚硝酸盐进一步还原成N2O和N2；N2O（笑气）与2个全球变化过程相关：在同温层与氧反应，破坏臭氧，增加大气中的紫外辐射；在对流层作为温室气体，促进气候变暖。49Somenitrogenislosttothe50浮游植物phytoplankton

是一个生态学概念，是指在水中营浮游生活的微小植物，通常就是指浮游藻类。50浮游植物phytoplankton是一个生态学概念51有些种类在小水体和浅水水体中常大量繁殖，使水体呈现色彩，这一现象称为“水华”(waterbloom)。有些藻类在海水中大量繁殖，形成“赤潮”（redtide）。

5152蓝藻生态分布特征蓝藻类分布很广，淡水、内陆盐水、湿地都有分布。蓝藻一般喜高温好强光，喜高pH和静水，喜低氮高磷。水平分布上下风位多于上风位，静水易孳生。52蓝藻生态分布特征蓝藻类分布很广，淡水、内陆盐水、湿地都有53Attachedalgae–periphytoncont.

附着藻类EcologicaldifferencesfromphytoplanktonFixeddepthrelight,waveactionandtemperaturezonesClosertosedimentnutrientsourcesExposedtohigherlevelsofnutrientsfromwatershedMayactasbiofilter生物过滤器onthesedimentsinunproductivelakesInteractionswithmacrophytes53Attachedalgae–periphyton545455二、大型水生植物的生态作用PLANT1.初级生产者：物质循环、能量流动、信息传递55二、大型水生植物的生态作用PLANT1.初级生产者：物质562、原材料562、原材料57

3、。57584.丰富饵料资源584.丰富饵料资源595.提供栖息地595.提供栖息地606.防风固堤防侵蚀防侵蚀606.防风固堤防侵蚀617、水文功能HydrologicalProcessofEcosystemRainfallCanopyinterceptionThroughfall,stemflowUnderstoryinterceptionLitterinterceptionSoilstorageEvaportranspirationEvaporationRunoffTranspiration617、水文功能HydrologicalProcesso628、Lightextinction628、Lightextinction639639641064106511、Sedimentationandresuspension6511、Sedimentationandresuspe6612、Purification

[,pjuərifi‘keiʃən]净化提纯6612、Purification[,pjuərifi‘k671367136814、化感作用化感作用：植物和微生物通过释放化学物质促进或抑制其他个体或自体的现象；6814、化感作用化感作用：植物和微生物通过释放化学物质促进6915景观美学教育6915景观美学教育7016、小气候调节功能7016、小气候调节功能7117、生物多样性和生态系统稳定性生态系统的稳定性7117、生物多样性和生态系统稳定性生态系统的稳定性72

湖泊生态系统的主要消费者之一，个体小，数量多，代谢活动强烈，能以浮游植物、细菌、碎屑等为食，控制着藻类和细菌的种群数量和群落结构；蚤状水蚤Zooplankton

主要生态功能72湖泊生态系统的主要消费者之一，个体小，数量多，代谢活73浮游植物通过浮游动物被转化成次级生产73浮游植物通过浮游动物被转化成次级生产74食物网中更高营养级的鱼类和其它水生动物的饵料，在生态系统的物质循环中起到承上启下的作用74食物网中更高营养级的鱼类和其它水生动物的饵料，在生态系统75通过排泄和分泌作用，参与物质循环排放的无机磷和无机氮能供给初级生产和细菌繁殖所需，强烈影响着湖泊生态系统食物网中营养级动态。总之，种群动态变化和生产力的高低:湖泊生态系统结构,功能生态过程维持生态系统的平衡75通过排泄和分泌作用，参与物质循环767677底栖动物（zoobenthos或benthicanimal）是指生活史的全部或大部分时间生活于水体底部的水生动物群，一般包括水生环节动物、水生软体动物、甲壳动物和水生昆虫。77底栖动物（zoobenthos或benthicanim783按照成体大小:不能通过500μm孔径筛网的动物称为大型底栖动物（marofauna）。能通过500μm孔径筛网但不能通过42μm孔径筛网的动物为小型底栖动物（meiofauna）。能通过42μm孔径筛网的动物为微型底栖动物（nanofauna）。783按照成体大小:79底栖效应1.通过对营养物质的吸收、转化、降解、排泄等过程参与生态系统的物质循环;79底栖效应1.通过对营养物质的吸收、转化、降解、排泄等过程802.

影响着水体对污染物的容纳量和自净能力;802.影响着水体对污染物的容纳量和自净能力;813.限制着浮游植物的生长;

4.通过摄食细菌和真菌而调整水体中有机物的分解。5.生物扰动者,进行有机物、颗粒物和微生物的混合并重新分配到水体或底泥深处813.限制着浮游植物的生长;826.有可能通过食物链向上传递，产生生物放大效应。7.调整着溶解氧的含量826.有可能通过食物链向上传递，产生生物放大效应。838.次级生产者,进行生物物质的第二次生产，是食物链的重要成员、能量流动的主要渠道，几乎所有的底栖动物都是次级生产者。838.次级生产者,进行生物物质的第二次生产，是食物链的重要849.粉碎者,能破碎有机物质，增大其表面积，为下一步的腐烂、分解做好准备;849.粉碎者,能破碎有机物质，增大其表面积，为下一步的腐烂8510.自然界的滤水器，尤其是双壳类和螺类能通过滤食和分泌物絮凝作用控制和沉降浮游植物和悬浮物，增加水体透明度，降低营养盐含量等；8510.自然界的滤水器，尤其是双壳类和螺类能通过滤食和分泌8611水生态系统能量流动的中间环节；12.水生态环境质量优劣的重要表征；8611水生态系统能量流动的中间环节；87淡水生态系统中的鱼类

Fishinfreshwaterecosystem87淡水生态系统中的鱼类

Fishinfreshwate88终生生活在水里、用鳃呼吸、用鳍游泳的脊椎动物。88终生生活在水里、用鳃呼吸、用鳍游泳的脊椎动物。89Ofthemigratoryspecies（回游种类）therearetwogeneraltypesofmigration:Anadromous（溯河）-fishfeedandgrowintheoceansandmigrateintofreshwatertospawn,如中华鲟.Catadromous（降河）-fishfeedandgrowinfreshwaterandmigrateintotheoceantospawn,如鳗鱼.89Ofthemigratoryspecies（回游90Fish–feedingguildsMostfisharesomewhatopportunisticintheirfeedinghabitsbutingeneral,themajorityofthefoodtheyeatenablesfisher