海洋初级生产与浮游生物
浮游植物个体微小,肉眼不可见,但总量巨大,它们完成了地球上大约一半的光合作用,将阳光和营养物质转化为有机物,为海洋中几乎所有的生命提供食物。
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Definition
海洋初级生产是指海洋中光合生物利用二氧化碳合成有机物的过程;浮游生物是漂浮的生物——包括浮游植物、浮游动物和微生物——它们进行并消耗这种生产。
Scope
本主题涵盖了进行光合作用的浮游植物和以其为食的浮游动物、初级生产的测量、光照和营养物质对生产力的控制、浮游生物水华的季节性动态,以及主要的浮游生物类群及其生态作用。
Core questions
- 哪些生物在海洋中进行初级生产,以及如何测量?
- 光照和营养物质的可用性如何决定生产的速率和位置?
- 什么因素触发和终止季节性浮游植物水华?
- 浮游动物的摄食和微生物环路如何影响初级生产的命运?
Key theories
- 临界深度假说
- 当混合层变浅,使得混合层内的平均光照超过光合作用与呼吸作用平衡的水平时,浮游植物水华就会发生,这表明水体物理特性与水华时间之间存在关联。
- 光照和营养限制
- 生产受到光照和营养物质的共同限制,光照随深度减弱,而营养物质随深度增加,这使得大部分生产局限于一个有阳光的层,其生产力取决于营养物质的再补给。
Mechanisms
真光层中的浮游植物利用阳光将二氧化碳和营养物质固定为有机物;当深层光照不足或表层营养物质匮乏时,它们的生长会受到限制。季节性变暖和混合减弱将细胞滞留在有光照的层中,从而引发水华,随后水华会因营养物质耗尽和浮游动物的摄食而减少。
Clinical relevance
初级生产决定了渔业的生产力和海洋碳汇的强度,而浮游生物群落和水华时间的 shifts 则是气候变化的敏感指标;某些浮游生物中的有害藻华对人类健康和水产养殖构成风险。
History
Hensen 在19世纪80年代进行的浮游生物定量计数奠定了海洋生产力研究的基础;Sverdrup 在1953年提出的临界深度理论将水华的发生与混合和光照联系起来;20世纪80年代以来的卫星海洋颜色遥感首次实现了全球海洋初级生产的绘图。
Key figures
- Harald Sverdrup
- Gordon Riley
- Paul Falkowski
Related topics
Seminal works
- millerWheeler2012
- falkowskiRaven2007
Frequently asked questions
- 地球上多少光合作用发生在海洋中?
- 海洋浮游植物约占全球净初级生产的一半,与所有陆生植物的总和相当,尽管它们仅占地球光合生物量的一小部分。
- 为什么浮游植物水华发生在春季?
- 随着春季变暖减少垂直混合,浮游植物在有阳光的表层停留的时间足够长,其生长速度快于损失速度,从而导致其丰度迅速增加。