Sản xuất sơ cấp và sinh vật phù du biển

Các loài thực vật phù du trôi nổi, tuy vô hình khi đứng riêng lẻ nhưng lại vô cùng lớn về tổng thể, thực hiện khoảng một nửa quá trình quang hợp của Trái Đất, chuyển đổi ánh sáng mặt trời và chất dinh dưỡng thành vật chất hữu cơ nuôi dưỡng gần như toàn bộ sự sống dưới biển.

Definition

Sản xuất sơ cấp biển là quá trình tổng hợp vật chất hữu cơ từ carbon dioxide bởi các sinh vật quang hợp trong biển; sinh vật phù du là các sinh vật trôi nổi — thực vật phù du, động vật phù du và vi khuẩn — thực hiện và tiêu thụ sản phẩm này.

Scope

Chủ đề này bao gồm các loài thực vật phù du quang hợp và động vật phù du ăn chúng, việc đo lường sản xuất sơ cấp, các yếu tố kiểm soát năng suất là ánh sáng và chất dinh dưỡng, động lực học theo mùa của các đợt nở hoa của sinh vật phù du, và các nhóm sinh vật phù du chính cùng vai trò sinh thái của chúng.

Core questions

• Những sinh vật nào thực hiện sản xuất sơ cấp trong đại dương, và nó được đo lường như thế nào?
• Sự sẵn có của ánh sáng và chất dinh dưỡng quyết định tốc độ và vị trí sản xuất như thế nào?
• Điều gì kích hoạt và kết thúc các đợt nở hoa thực vật phù du theo mùa?
• Sự ăn thịt của động vật phù du và vòng tuần hoàn vi sinh vật định hình số phận của sản xuất sơ cấp như thế nào?

Key theories

Giả thuyết độ sâu tới hạn

Một đợt nở hoa thực vật phù du phát triển khi lớp hỗn hợp nông đi, sao cho ánh sáng trung bình trên lớp hỗn hợp vượt quá mức mà quá trình quang hợp cân bằng với hô hấp, liên kết vật lý cột nước với thời điểm nở hoa.

Giới hạn ánh sáng và chất dinh dưỡng

Sản xuất bị giới hạn đồng thời bởi ánh sáng, giảm dần theo độ sâu, và bởi chất dinh dưỡng, tăng dần theo độ sâu, giới hạn hầu hết sản xuất trong một lớp được chiếu sáng mà năng suất của nó phụ thuộc vào việc bổ sung chất dinh dưỡng.

Mechanisms

Thực vật phù du trong vùng quang hợp sử dụng ánh sáng mặt trời để cố định carbon dioxide và chất dinh dưỡng thành vật chất hữu cơ; sự phát triển của chúng bị hạn chế khi ánh sáng khan hiếm ở độ sâu hoặc chất dinh dưỡng khan hiếm ở bề mặt. Sự ấm lên theo mùa và giảm sự pha trộn giữ các tế bào trong lớp được chiếu sáng, kích hoạt các đợt nở hoa sau đó bị hạn chế bởi sự cạn kiệt chất dinh dưỡng và sự ăn thịt của động vật phù du.

Clinical relevance

Sản xuất sơ cấp quyết định năng suất của ngành thủy sản và sức mạnh của bể chứa carbon đại dương, trong khi những thay đổi trong quần xã sinh vật phù du và thời điểm nở hoa là những chỉ số nhạy cảm của biến đổi khí hậu; các đợt nở hoa tảo độc hại của một số loài sinh vật phù du gây rủi ro cho sức khỏe con người và nuôi trồng thủy sản.

History

Các cuộc đếm sinh vật phù du định lượng của Hensen vào những năm 1880 đã đặt nền móng cho nghiên cứu về năng suất đại dương; lý thuyết độ sâu tới hạn năm 1953 của Sverdrup đã liên kết sự bắt đầu nở hoa với sự pha trộn và ánh sáng, và việc cảm biến màu sắc đại dương bằng vệ tinh từ những năm 1980 trở đi đã cho phép lập bản đồ toàn cầu đầu tiên về sản xuất sơ cấp biển.

Key figures

• Harald Sverdrup
• Gordon Riley
• Paul Falkowski

Seminal works

• millerWheeler2012
• falkowskiRaven2007

Frequently asked questions

Bao nhiêu phần trăm quá trình quang hợp của Trái Đất diễn ra trong đại dương?

Thực vật phù du biển chiếm khoảng một nửa tổng sản xuất sơ cấp ròng toàn cầu, tương đương với tất cả các loài thực vật trên cạn cộng lại, mặc dù chúng chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong sinh khối quang hợp của hành tinh.

Tại sao các đợt nở hoa thực vật phù du lại xảy ra vào mùa xuân?

Khi sự ấm lên vào mùa xuân làm giảm sự pha trộn theo chiều dọc, thực vật phù du được giữ trong lớp bề mặt được chiếu sáng đủ lâu để phát triển nhanh hơn mức chúng bị mất đi, tạo ra sự gia tăng nhanh chóng về số lượng của chúng.