海洋生态系统是所有生态系统中最大的,[1]覆盖了地球表面大约71%的面积,包含了地球上约97%的水。海洋生态系统产生了世界净初级生产的32%。[2]它们与淡水生态系统的区别在于水中存在溶解的化合物,特别是盐。海水中大约85%的溶解物质是钠和氯。海水的平均盐度为千分之三十五。不同海洋生态系统的实际盐度不同。[2]
根据水深和海岸线特征,可以将海洋生态系统分为许多区域。大洋带是海洋中广阔的开放区域,鲸鱼、鲨鱼和金枪鱼等动物生活在这里。底栖生物区由许多无脊椎动物生活的水下基底组成。潮间带是高潮和低潮之间的区域;在这个图中,它被称为海岸带。其他近岸(浅海)区域包括河口、盐沼、珊瑚礁、泻湖和红树林沼泽。在深水中,化能合成自养型硫细菌形成食物网的下层可能会出现热液喷口。
海洋生态系统中发现的生物种类包括褐藻、甲藻、珊瑚、头足类动物、棘皮动物和鲨鱼。海洋生态系统中捕获的鱼类是从野生种群获得的最大商业食物来源。[2]
海洋生态系统的环境问题包括不可持续的海洋资源开发(例如某些物种的过度捕捞)、海洋污染、气候变化和沿海地区的建设。[2]
淡水生态系统覆盖了地球表面的0.78%,占据了地球总水量的0.009%。淡水生态系统生产了地球净初级生产的近3%。[2]淡水生态系统包含世界已知鱼类品种的41%。
淡水生态系统有三种基本类型:
湖泊生态系统可以划分成不同的区域。用一个通用划分系统将湖泊分为三个区域(如图所示)。第一个是海岸带,是靠近海岸的浅水区。这是有根湿地植物生长的地方。近海又分为另外两个区域,一个是开阔水域和另一个是深水水域。在开阔水域(或透光带),阳光支持光合藻类和以光合藻类为食的物种的生长。在深水区,没有阳光,食物网是以从沿岸和透光带进入的碎屑为基础的。有些分类系统使用其他名称来命名这两个区域。离岸区域可称为远洋带,透光带可称为边缘带,无光区可称为深水带。在沿海地区的内陆,人们还可以经常发现河岸地带,那里的植物仍然受到湖泊的影响——这些影响可能来自风降效应、春季洪水和冬季冰灾。湖泊的生产作为一个整体,是生长在沿岸地区的植物和生长在开阔水域的浮游生物共同生产的结果。
湿地可以是静流系统的一部分,因为它们是沿着大多数湖岸自然形成的,湿地和沿岸带的宽度取决于海岸线的坡度和水位在几年内和几年间的自然变化量。死亡的树木通常聚集在这个区域,它们要么是由海岸上的风降作用形成的,要么是由洪水期间运到现场的原木。这些木质碎片为鱼类和筑巢的鸟类提供了重要的栖息地,并保护海岸线免受侵蚀。
湖泊的两个重要子类是池塘和水库,池塘通常是与湿地融为一体的小湖。在很长一段时间内,湖泊或其中的海湾可能会逐渐被营养物质丰富,并慢慢被有机沉积物填满,这一过程称为演替。当人类使用分水岭时,进入湖泊的沉积物量会加速演替这一过程。向湖泊中添加沉积物和营养物被称为富营养化。[2]
池塘
池塘是淡水的小水体,有浅水和静水、沼泽和水生植物。[4]它们可以进一步划分为四个区域:植被区、开阔水域、底泥和表面膜。[5]池塘的大小和深度通常随着一年中的时间变化而发生巨大变化;许多池塘是由河流的春季洪水造成的。池塘的食物网以自由漂浮的藻类和水生植物为基础的。通常有各种各样的水生生物,例如藻类、蜗牛、鱼、甲虫、水臭虫、青蛙、海龟、水獭和麝鼠。顶级捕食者可能包括大鱼、苍鹭或短吻鳄。由于鱼类是两栖动物幼虫的主要掠食者,但是池塘每年都会干涸,从而杀死常驻鱼类,为两栖动物的繁殖提供了重要的避难所。每年完全干涸的池塘通常被称为春季池塘。有些池塘是由动物活动产生的,包括鳄鱼洞和海狸池塘,它们为景观增添了重要的多样性。
河流生态系统中的主要区域由河床坡度或水流速度决定。流动较快的湍流通常含有较高浓度的溶解氧,比起流动缓慢的池塘水,湍流可以支持更大的生物多样性。这些区别构成了将河流分为高地和低地河流的基础。河岸森林中溪流的食物基础主要来自树木,但是更宽的溪流和没有树冠的溪流食物基础主要来自藻类。溯河鱼类也是营养的重要来源。对河流的环境威胁包括水分流失、水坝截流、化学污染和外来物种入侵。[2]大坝会产生沿着分水岭持续蔓延的负面影。大坝最重要的负面影响是减少春季洪水,这会破坏湿地;大坝也会截留沉积物,导致三角洲湿地的丧失。
湿地主要由适应水饱和土壤的维管植物组成。湿地有四种主要类型:木本沼泽、草本沼泽、碱性泥沼和酸性泥沼(碱性泥沼和酸性泥沼都是泥沼类型)。湿地是世界上最具生产力的自然生态系统,因为它靠近水和土壤。因此它们支持大量的植物和动物物种的生存。由于湿地的生产力,它们经常被改造成有堤坝和排水沟的旱地,用于农业生产。修建堤坝对单个湿地和整个流域都有负面影响。湿地靠近湖泊和河流,意味着它们通常是为人类定居而开发的。[2]一旦定居点被堤坝建造和保护起来,这些定居点就变得容易受到地面沉降和日益增加的洪水风险的影响。新奥尔良周围的路易斯安那海岸就是一个众所周知的例子;[6]欧洲的多瑙河三角洲则是另一个例子。[7]
水生生态系统发挥许多重要的环境功能。例如,它们回收养分,净化水体,减轻洪水,补充地下水,并为野生动物提供栖息地。水生生态系统也用于人类娱乐,特别是在沿海地区,对旅游业来说非常重要。[8]
当水生生态系统吸收压力的能力被超过时,水生生态系统的健康就会退化。水生生态系统的压力可能是环境的物理、化学或生物变化的结果。物理变化包括水温、水流和光照的变化。化学变化包括生物刺激营养物、耗氧物质和毒素装载率的变化。生物变化包括过度捕获具有商业价值的物种和引进外来物种。人类会给水生生态系统带来过度的压力。有许多过度压力会带来负面后果的例子。细细考虑以下三个例子。北美五大湖的环境史说明了过度压力,特别是多重压力,如水污染、过度捕捞和入侵物种是如何结合在一起带来负面后果的。[8]英国诺福克(Norfolk)的湿地(Broadlands)的例子说明了污染和入侵物种也在减少。[9]墨西哥湾沿岸的庞恰特雷恩湖说明了不同压力的负面影响,包括防洪堤建设、木本沼泽地的伐木活动、入侵物种和盐水倒灌。[10]
生态系统由生物群落组成,生物群落由生物相互作用和非生物环境因素构成。水生生态系统的一些重要非生物环境因素包括基质类型、水深、营养水平、温度、盐度和流量。[11][11]如果没有相当大规模的实验,往往很难确定上述因素的相对重要性。这些环境因素可能会有复杂的反馈回路。例如,沉积物可能决定水生植物的出现,但水生植物也可能捕获沉积物,并且水生生物可以通过泥炭的形式添加到沉积物中。
水体中溶解氧的数量通常是决定水体中有机生命的范围和种类的关键物质。鱼类需要溶解氧才能生存,尽管它们对低氧的耐受性因物种而异;在低氧的极端情况下,有些鱼甚至会吞咽空气以获得氧气。[11]水中的植物通常必须产生通气组织,而叶子的形状和大小也可能随水体重溶解氧的变化而改变。[12]相反,氧气对许多厌氧菌都是致命的。
营养水平对控制多种藻类的数量很重要。[13]氮和磷的相对丰度实际上可以决定哪种藻类占据主导地位。[14]藻类是水生生物非常重要的食物来源,但与此同时,如果它们的数量过剩,腐烂时会导致鱼类数量下降。[15]在墨西哥湾等沿海环境中,类似的藻类过剩一旦腐烂,就会产生一个缺氧的水域,称为死水区。[15]
水体的盐度也是在水体中发现的物种种类的决定因素。海洋生态系统中的生物能耐受盐度,而许多淡水生物不耐盐。河口或三角洲的盐度是湿地类型(新鲜、中等或微咸)和相关动物种类的重要控制因素。上游修建的水坝可能会减少春季洪水,减少泥沙淤积,因此可能会导致海水入侵沿海湿地。[11]
用于灌溉目的的淡水通常会吸收对淡水生物有害的盐分。
水生生态系统的生物特征主要由存在的生物体决定。例如,湿地植物可能会产生覆盖大面积沉积物的浓密树冠——或者蜗牛或鹅可能会吃草,留下大片泥滩。水生环境的含氧量相对较低,迫使那里的生物进行适应。例如,许多湿地植物必须产生通气组织来将氧气输送到根部。其他生物特征更加微妙和难以衡量,例如竞争、互利共生或捕食的相对重要性。[16]越来越多的案例表明,沿海食草动物,包括蜗牛、鹅和哺乳动物的捕食似乎是一个主要的生物因素。[16]
自养生物是从无机物质中产生有机化合物的生产者。藻类利用太阳能从二氧化碳中产生生物质,因此藻类可能是水生环境中最重要的自养生物。[17]水越浅,有根和漂浮的维管植物对生物量的贡献就越大。藻类和维管植物这两种来源结合在一起产生了河口和湿地的非凡产量,因为这种自养生物量被转化为鱼类、鸟类、两栖动物和其他水生物种。
化能合成自养型细菌存在于海底海洋生态系统中。这些生物能够以来自火山口的水中硫化氢为食。火山喷口周围发现大量以这些细菌为食的动物。例如,有1.5米长的巨型管虫(Riftia pachyptila)和30厘米长的蛤(Calyptogena magnifica)。[17]
异养生物消耗自养生物,并利用自养生物体内的有机化合物作为能源和原材料来创造自己的生物量。[17] 广盐性生物具有耐盐性,可以在海洋生态系统中生存,而狭盐性物种或不耐盐性物种只能生活在淡水环境中。[18]
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