为何关注海洋生态系统？

地球的表面约有71％的部分被蔚蓝色的海水所覆盖，地球可以说是是一个海洋的星球。浩瀚无边的海洋，蕴藏着极其丰富的各类资源：海水中存在80多种元素，生存着17万余种动物和2.5万余种植物。21世纪是海洋世纪，海洋蕴藏着丰富的自然资源，它是地球所有生命的摇篮。

浩瀚无边的海洋，蕴藏着极其丰富的各类资源

它以无比的壮观和无尽的宝藏让人类亲近，然而，它在气候变化和环境污染面前却又是那么脆弱不堪。关注海洋，善待海洋，可持续开发利用海洋也成为全人类刻不容缓的责任。

近年来，重视海洋、关注海洋已在国际性组织、国家政府间全面展开。1997年7月，联合国教科文组织政府间海洋学委员会召开第19届大会，通过了将“海洋——人类的共同遗产”作为“国际海洋年”主题的建议，要求各国以各种形式积极参与国际海洋年的活动，同时将7月18日定为“世界海洋日”。世界上已有不少国家和地区设立了与海洋有关的节日。例如，英国将8月24日定为英国海洋节；每年的5月22日是美国的海洋节。在我国，每年7月，青岛市都要举行青岛海洋节；中国海洋文化节也已在浙江岱山县成功举办了4届。

大海洋生态系统

近二三十年来，由于对近海渔业资源的过度开发，已经导致很多传统经济鱼类资源衰退、渔业资源结构发生很大变化。人们逐渐发现，只进行单品种鱼类资源管理，往往难以达到顶期的管理效果，而只有将鱼类作为整个海洋生态系统中的一个组成部分，研究同一海域多种鱼的相互关系海底世界及其数量变动，并采取相应的严格管理措施，才能增加产量并提高经济效益。

海底世界

而很多海洋生物(尤其是鱼类)具有洄游习性，只有通过国际间协调、综合管理海洋生物资源，才可能收到真正的管理效果。大海洋生态系统的概念就是在以上两个背景基础上形成的。

大海洋生态系统的概念最初是由美国海洋大气局的K.Sherman和罗德岛大学的L.Alexander等在20世纪80年代提出的。作为大海洋生态系统，应符合以下条件：(1)大海洋生态系统的面积一般要在20万平方千米以上；(2)具有独特的海底深度、海洋学特征和生产力特征；(3)生物种群之间形成适宜的繁殖、生长和营养(食物链)的依赖关系，组成一个自我发展的循环系统；(4)污染、人类捕捞和环境条件等因素的压力对其具有相同的影响和作用。

目前全球范围内划定的大海洋生态系统共64个，在水深、海洋学、生产力和海洋生物类群等方面各具有其独特性。毗邻我国的黄海、东海和南海都被列入64个大海洋生态系统之中。虽然大海洋生态系统支撑着世界海洋渔业总产量的95％，但是也是受人类活动干扰最严重的海域。目前大海洋生态区面临的主要威胁仍旧是各种污染、过度捕捞、对栖息地的改变和破坏。

岛屿生态系统

岛屿生态系统具有明显的海域隔离特征，有别于典型的陆地生态系统，特点主要有：(1)明显的海洋边界及不连续的地理分布；(2)海域隔离降低了岛屿间的有效基因流；(3)不同岛屿间具有异质化的生境条件；(4)海洋岛屿面积相对狭小；(5)火山和侵蚀活动等随机事件致使岛屿在长期的地质过程中处于动态变化中。生物学家常把岛屿作为研究生物地理学与进化生物学的天然实验室或微宇宙。这是因为，岛屿与大陆隔离，它们的动物种群和植物种群的进化都发生在相对封闭的环境中，可以免受其他物种在大陆所面临的残酷竞争，并朝着特殊的方向进化。许多偏僻的岛屿上都拥有一些世界上最奇特的植物，这些植物甚至未曾在其他地区被发现。这些物种因其具有地理隔离、种群边界清晰、分布范围狭窄及种群规模较小等特点，成为物种分化、起源研究的模式种。相应的，随着岛屿生态学及生物多样性研究的不断深入，岛屿生态系统被视为模式生态系统。

海底生态系统

海底生态系统又称深海生态系统，是指在海底黑暗、低温(或高温)和高压等极端环境下，以化学能和地热能为基础而存在的特殊生态系统。

深海通常是指水深1000米以下的海洋，这里缺乏阳光，静水压力高，温度低至1℃，或是高达350℃，靠光合作用生长的植物以及相应的高营养级动物在如此恶劣的环境条件下根本无法生存，因此，长期以来深海一直被认为是没有生机的“荒芜沙漠”。然而，海底的生命远比我们的想象要丰富得多。1977～1979年，美国研究人员利用“阿尔文”号深潜器最早对加拉帕戈斯群岛附近2500米深的海底热泉进行调查，在其周围发现了完全不依赖光合作用而生存的深海生物群落，包括10个门类，500多个种属，构成一个五彩缤纷、生机勃勃的复杂生态系统。与我们经常看到的水生生态系统相似，这个生态系统中的能量和物质也能通过各种生物之间的取食和被食的关系而逐级传递，构成完整的海底食物链。

在亿万年的物竞天择过程中，深海生物虽然失去了许多与浅海生活相适应的结构特征，如色素退化(通体深海通常是指水深1000米以下的海洋，这里缺乏阳光，静水压力高白色或粉红色)、内脏可视、视觉系统退化等，但是同时具备了耐盐性、耐低温、耐高温、耐高压、高渗透性、触觉发达、有固氮能力和清污能力等特殊功能。特别是，深海生物的表皮多孔而有渗透性，海水可以直接渗透到机体内，使身体内外保持压力平衡，因此，它们在600个大气压(相当于6000米水深的压力)下仍然能够正常生活，这是大多数浅海生物难以做到的。生物学家认为，深海生命是地球上最古老的生命形态之一，对它进行的研究将为揭开地球上生命起源之谜提供更多证据。

并非危言耸听的海平面上升

2009年3月10日，在丹麦首都哥本哈根举行的气候变化国际科学大会上，首席发言人澳大利亚塔斯马尼亚霍巴特气象气候研究中心的约翰·丘奇(John Church)博士告诉大家：“卫星和地面勘测的数据表明，自1993年以来，全球海平面以每年3毫米甚至更高的如果海平面上升1米，全球将有10亿人口的生存受到威胁速度在上升。

这个比率已经远远超过了20世纪一百年的平均水平。”根据《2007年中国海平面公报》，近30年来中国沿海海平面总体上升了90毫米。预计未来10年，中国沿海海平面将继续保持上升趋势，将比2007年上升32毫米。

科学界普遍认为：全球海平面上升是由于气候变化等原因直接或间接造成的。海平面上升分别由绝对海平面上升和相对海平面上升构成，前者是由全球气候变暖导致的海水热膨胀和冰川融化而造成的；后者是由地面沉降、局部地质构造变化、局部海洋水文周期性变化以及沉积压实等作用造成的。据统计，全世界大约有半数以上的居民生活在沿海地区，距海岸线60千米范围内的人口密度比内陆高出12倍。有关专家预计，如果海平面上升1米，全球将有10亿人口的生存受到威胁，500万平方千米的土地将遭到不同程度的淹没。一些太平洋岛国的最高点仅在海平面以上几米，全球气候日益变暖导致的海平面上升，将使这些岛国面临被淹没的处境。

海水富营养化

海水富营养化指海水中生物生长所必要的营养元素氮和磷的浓度超过正常水平所引起的水质污染现象。由于水体中氮、磷营养物质的积累，引起藻类及其他浮游生物的迅速繁殖，使水体溶解氧的含量下降，造成藻类、浮游生物、植物和鱼类衰亡甚至绝迹。自然情况下，海水很少发生富营养化，人为活动向近海海域大量输送氮、磷是引发富营养化的主要原因。海水的富营养化往往发生在沿岸、河流入海口、海湾等受人类活动影响比较强烈而水体交换不良的地区。

海水富营养化对渔业生产是有益的

海水富营养化的正面影响是适度的富营养化在一定程度上对水产养殖和渔业生产是有益的，但这种理想情况很难在现实中出现。负面影响是为赤潮藻类的暴发性繁殖埋下隐患，一旦水温和盐度适合、气象条件允许，就会引发严重的环境问题——赤潮。控制海水的富营养化程度，关键是控制海水中无机氮和无机磷的浓度。

溶解氧在海水中的分布

溶解于海水中的分子态氧称为溶解氧，用符号DO表示。溶解氧是海洋生命活动不可缺少的物质，主要来源于大气和浮游植物的光合作用。水中溶解氧的含量与大气压力、水温及含盐量等因素有关。大气压力越大、水温越低、盐度越小，则溶解氧含量越高，反之则越低。在浮游生物生长繁殖的海域，表层海水的溶解氧含量不但昼夜不同，而且因季节而异，加上洋流等因素的影响，海洋中的溶解氧具有明显的垂直分布特征和区域分布特征。

按照溶解氧垂直分布的特征，大体上分为四个区：①表层由于风浪的搅拌作用和垂直对流作用，氧在表层水和大气之间的交换能较快趋于平衡，表层水中溶解氧基本上处于饱和状态。②光合带中既有来自大气的氧，又有植物光合作用产生的氧，因此出现氧含量的极大值。⑧光合带下的深水层由于光线微弱，光合作用减弱，有机物在分解过程中消耗氧，使氧含量急剧降低，甚至可能出现最小值。④极深海区虽然可能是无氧无生命区，但是由于高纬度下沉的冷水团向深层水中补充氧，这里的氧含量可能随深度的增加而增加。

溶解氧的区域分布与海洋环流密切相关，同时还与海洋生物分布和大陆径流有关，变化复杂。三大洋中，溶解氧平均含量以大西洋最高，印度洋次之，太平洋最低。

由于海水中生活条件的特殊，海洋中生物种类的成分与陆地成分迥然不同。就植物而言，陆地植物以种子植物占绝对优势，而海洋植物中却以孢子植物占优势。海洋中的孢子植物主要是各种藻类。由于水生环境的均一性，海洋植物的生态类型比较单纯，群落结构也比较简单。多数海洋植物是浮游的或漂浮的。但有一些固着于水底，或是附生的。

海洋植物区系的地理分布也服从地带性规律。与陆地植物区系不同的是寒冷的海域区系成分较为丰富，热带海洋中种属反而比较贫乏，这一点与陆地植物区系恰好相反。

海洋生物群落也像湖泊群落一样分为若干带：

1．潮间带 (intertidal) 或沿岸带 (1ittoralzone) 即与陆地相接的地区。虽然该带内的生物几乎都是海洋生物，但那里实际上是海陆之间的群落交错区，其特点是有周期性的潮汐。生活在潮间带的生物除要防止海浪冲击外，还要经受温度和水淹与暴露的急剧变化，发展出许多有趣的形态和生理适应。潮间带的底栖生物又因底质为沙质、岩石和淤泥分化为不同类型。

2．浅海带或亚沿岸带 (neritic 或 sublittoralzone) 包括从几米深到200米左右的大陆架范围，世界主要经济渔场几乎都位于大陆架和大陆架附近，这里具有丰富多样的鱼类。

3．浅海带以下沿大陆坡之上为半深海带 (bathylzone) ，而海洋底部的大部分地区为深海带 (abyssalzone) 深海带的环境条件稳定，无光，温度在0～4℃ 左右，海水的化学组成也比较稳定，底土是软的和粘泥的，压力很大(水深每增10m，压力即增加101.325kPa) 。食物条件苛刻，全靠上层的食物颗粒下沉，因为深海中没有进行光合作用的植物。由于无光，深海动物视觉器官多退化，或者具发光的器官，也有的眼极大，位于长柄末端，对微弱的光有感觉能力。适应高压的特征如薄而透孔的皮肤，没有坚固骨骼和有力肌肉。

4．大洋带 (pelagiczone) 从沿岸带往开阔大洋，深至日光能透入的最深界限。大洋区面积很大，但水环境相当一致，惟有水温变化，尤其是暖流与寒流的分布。大洋缺乏动物隐蔽所，但动物保护色明显。

红树林、珊瑚礁、马尾藻海都属于海洋中特殊的生物群落类型。河口湾是大陆水系进入海洋的特殊生态系统，由于许多河口湾是人类海陆交通要地，受人类活动干扰甚深，也易于出现赤潮，河口湾生态学是一个重要研究领域。

海洋动物以植食性动物或其他肉食性动物为饵料。因此，不同肉食性动物在食物链上可以处于不同的营养级。例如，北方河口的动物，依其营养关系可分为植食性动物、杂食性动物、低级肉食性动物、中级肉食性动物和高级肉食性动物5类。据调查（1981），闽南-台湾浅滩渔场66种经济鱼类中，低级肉食性动物主要摄食植食性动物和杂食性动物，其种类和数量最多，共有42种，如金色小沙丁鱼、鲐鱼、二长棘鲷、银黄姑鱼、青石斑鱼和日本竹荚鱼等。中级肉食性动物主要摄食低级肉食性动物以及植食性和杂食性动物，其种类和数量比较少，共有16种，如大黄鱼、中国团扇鳐等。高级肉食性动物主要摄食低级和中级肉食性动物以及杂食性动物，其种类和数量最少，只有8种，如带鱼、日本马鲛、路氏双髻鲨和沙拉真鲨等。

有些肉食性动物的摄食量很高。比如生活于南极海洋的蓝鲸，每餐可摄食1吨的磷虾。海洋动物的食性广泛，不仅在生长的不同时期采食种类不同，而且随着季节的不同，其食物的组成也有差异。

通常鱼获量与浮游生物的生物量呈正相关。在沿岸，每年7～9月有上升流，在此期间，水域的浮游植物和浮游动物的生物量呈现峰值，而沙丁鱼也出现最大捕获量。

主动捕食者每日食量要高于消极等食的种类。比如，鲐鱼是主动捕食者，每天所获得的食物可达其体重10%～25%；有些底栖鱼类主动性较差，每天摄食量仅为1%～3%。

海洋动物排出的粪便（粪粒、粪球）含有未消化的有机残渣，沉入海底后，成为某些底栖动物的饵料。

沿着海洋食物链营养级位而上，生物个体也逐渐增大。捕食者与捕获物的比例按重量比是100∶1，按长度比是4.6∶1。鲸是个特例，它是现今地球上最大的动物（体重可达百吨），但却以个体仅几厘米的磷虾为饵料。

食物链的长短不一，在以微型浮游植物为初级生产者的大洋水域中，食物链长些，可达5～6个环节。

大陆架水域的食物链，主要以小型和微型浮游植物为初级生产者，食物链一般短于大洋水域的。以大型浮游植物为主要初级生产者的上升水域的食物链大多很短。

分解者分解者主要是异养的微生物，它们借分解海洋动植物的死体和其他有机物质获得能量，同时把有机物遂渐降解还原为无机物。海洋中的碳循环和氮循环、磷循环等与陆地生物一样都离不开微生物的作用。同样地，海洋微生物对于净化有机物污染，如石油、有机农药等污染起积极的作用。水域的净化离不开微生物。

越来越多的事实表明，海洋细菌不仅起着还原者的作用，而且还是许多种海洋动物的直接饵料。海洋细菌，无论是在水中和海底沉积物里，其生物量都相当可观。据对大西洋一些浅水站位的调查，细菌的生物量约占总的微小生物量的9.4%；而在大陆坡水中，细菌所占的比例增至52.5%。在某一个大洋站位，细菌的生物量在水中所占的比例高达94%。已查明，某些海洋浮游动物的食物来源中，细菌所占的比例可达30%～50%。

能量海洋生物的能量转换效率（生态效率）要比陆地生物的高，这是因为陆地植物所含的蛋白质比海洋浮游植物的低得多。由浮游植物到植食性动物，生态效率约20%左右；由浮游动物到浮游动物捕食者，约15%；由低级肉食者到高级肉食者，约10%。

生物的进化，从单细胞到高等动物以至人类，都是沿着改善获能效率和增加获取能量的途径进行的。在生物进化的过程中，生产者和消费者各自的进化水平是相匹配的。化石的分析结果证明，甲藻的出现时期与鱼类的最盛时期相吻合，而硅藻的出现时间大体与鲸类的出现时间相同。J.H.赖瑟（1969）指出以硅藻为基础的食物链要短些，而以鞭毛藻为基础的食物链要长得多。鲸处于以硅藻为基础的食物链上，因此能更好地取得能量，弥补其个体大因而能量消耗也大的不足。

深海生物群落深海由于压力大、食物少、没有光线和温度低，因此在生物的种类组成、分布格式、个体结构和代谢等方面均有其特点。

深海生物能忍高压。虽然有些浅海生物也能忍受较高的压力，比如附着在潜水器表面的生物，如绿管浒苔、石莼、总合草苔虫、紫贻贝和布纹藤壶等，在潜水器下降到2000～3000米水深后仍然能存活。但根据生理学试验，600个大气压对大多数浅海生物有致死作用。因此，从垂直分布来看，6000米深度似乎是个重要的分界线。曾有报告指出，中太平洋的深海沟中的125种动物，有77种是在6000米以上水层所没有见到的。

与浅海生物比较，深海生物一般个体数量少，但种类数相对较多、多样性高。学者对此有不同的解释。H.L.桑德斯认为，多样性高是由于食物等竞争造成的，但有的学者却认为捕食是关键。较多的调查结果表明，深海生物的多样性仅仅发现在2000～3000米水深处，而5000～6000米以下的海底，生物的多样性并不高。

为适应食物少和黑暗的环境，许多深海鱼类的口部相对扩大，骨骼肌肉减少，且有发达的发光器官和结构。

深海生物一般代谢作用和生长都很慢。据估计，深海的贝类，长到8毫米大约需100年的时间。曾有一只潜水器掉进深海中，经10个月后人们将其从1540米处打捞出来，发现放在桌上的三明治仍然完整无损，这表明细菌的作用非常缓慢。但也有例外。

年，美国伍兹霍尔海洋研究所曾用深海潜水器“阿尔文”号在加拉帕戈斯群岛以东300公里，水深2500米处进行调查，调查区域是海洋板块形成区。学者们发现从地下喷出泉水，泉水口附近水温高达20℃（没有热泉处的海水是2℃）。在喷出孔附近有丰富的生物群落。其中有个体30～40厘米的贝类，这种贝一年可长4厘米（约比其他深海底的贝类生长速度高500倍），将壳打开，可见到内有血红蛋白（一般软体动物是血蓝蛋白）。还有一种具长栖管的须腕动物，管的直径为10厘米，长可达30米。此外，还有许多腔肠动物、环节动物和甲壳动物。

深海底栖生物的食源可能包括由上层水中下沉的碎屑和溶解的有机物质，以及化能合成细菌通过氧化硫化氢取得能量而制造的有机物。目前认为，后者是最主要的来源。因为从地下喷出的热水含有大量的硫化氢（30～40克/立方米），硫磺细菌利用氧化硫化氢所获得的能量将水中的CO2合成碳水化合物。海底硫磺细菌实际上起着与浅海水域光合植物相同的作用，即硫磺细菌是深海海底的生产者。这说明，生产者的能源不仅可来自太阳，而且还可来自地球的内部。这是一个重大的发现。根据这一论点，须腕动物的营养问题可得到解释——这种动物没有口，也没有消化道，但在体内有大型的腔，称为营养体。细菌在腔内大量繁殖，动物的触手可吸收无机物供细菌之需，而细菌则合成有机物供动物之用。动物和细菌有互利共生关系。

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