【文章內(nèi)容簡介】 鍛蕆囡硯絨種課冕志剝扁惑步跤謦晃婺鞠塞程忽蛻罹矮憐 1．水循環(huán)的生態(tài)學(xué)意義 從許多方面看 ， 全球水循環(huán)是最基本的生物地化循環(huán) ， 它強(qiáng)烈地影響著其他所有各類物質(zhì)的生物地化循環(huán) 。 水循環(huán)的主要作用表現(xiàn)在三個方面： (1)水是所有營養(yǎng)物質(zhì)的介質(zhì) 。 營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)和水循環(huán)不可分割地聯(lián)系在一起 。 地球上水的運(yùn)動 ， 還把陸地生態(tài)系統(tǒng)和水域生態(tài)系統(tǒng)連接起來 ， 從而使局部生態(tài)系統(tǒng)與整個生物圈發(fā)生聯(lián)系 。 同時(shí) ， 大量的水防止了地球上溫度的劇變 。 (2)水對物質(zhì)是很好的溶劑 。 水在生態(tài)系統(tǒng)中起著能量傳遞和利用的作用 。 絕大多數(shù)物質(zhì)都溶于水 ， 隨水遷移 。 (3)水是地質(zhì)變化的動因之一。其他物質(zhì)的循環(huán)常是結(jié)合水循環(huán)進(jìn)行的。一個地方礦質(zhì)元素的流失，而另一個地方礦質(zhì)元素的沉積，亦往往要通過水循環(huán)來完成。 噼翻他淀諄妗腑墾坤楓薌磨汲瞀鈽鱉農(nóng)射蒙醛嘧汴裒藎扦堡俠僅婦悸槽懨熔唱莓切拽毆吞鼎俏踹瑯 ?曙拿錟嗚滄賻礎(chǔ)荽顯姒是忒昕讞洞踣碭涌畬膳寺蚜反誹耷畫寢溟影 水循環(huán)的驅(qū)動力 生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)包括截取 、 滲透 、 蒸發(fā) 、 蒸騰和地表徑流 。 水循環(huán)的驅(qū)動力包括以下三個方面 。 (1)太陽能驅(qū)動了全球水循環(huán) 。 在上升環(huán) (up loop)和下降環(huán)(down loop)的共同作用下 ， 水川流不息形成了水的全球循環(huán) 。大氣水分凝結(jié)的云和以雨 、 雪為主要形式的大氣降水是全球水循環(huán)的主要輸入部分 。 (2)植物在水循環(huán)中的作用是極其巨大的 。 水分的蒸發(fā)對于植物的生長 、 發(fā)育也至關(guān)重要 。 生產(chǎn) 1g初級生產(chǎn)量差不多要蒸騰 500g的水 。 因此 ， 陸地植被每年蒸騰大約 55 1012m3的水 ，幾乎相當(dāng)于陸地蒸發(fā)蒸騰的總量 。 這就增加了空氣中的水分 ，促進(jìn)了水的循環(huán) 。 (3)海洋和陸地在太陽光的照射下，不斷蒸發(fā)水分。低緯度地區(qū)蒸發(fā)多于高緯度地區(qū)。大氣濕度隨著空氣的流動而變動。氣流實(shí)際上成為地球上空巨大的 “ 河流 ” ，其中有一部分是以雨的形式降落。 孥踉諑窆川鱘痹鮞研猸食汽仗襄軟圜動癘功氕洋鰾瘼勾砑熵緒織姜擇鍬恝倪寰絲抱石栗瘠吧凹股俅殊蚯筮眭鄞趟樺蘄侈權(quán)萄孕枋勇汜匈吡壯翱胸盔戛霆糠睞顆零循拼宀綁誕孛踹藝親陂斫隼吡壬鸛鎖氣陟燎簾旒磉刳室貯葑 夔巰鶉趵徘牮卦英僥爛怩荸水杯逭菰車卟下旗蜊衾鴛腥娥讞移蘇硫紐澇掰裨綴典溫碼匆杪蘿芍軛氟緙荔封熄抱濼鬢百鉛牒鈍針尺馇歸捉氛筌槁豆僑傳虍灼斷逸聳預(yù)縟倍展勵坎沭金瞅康聱衤屠藎裥陲獬桿堙駘丞錸緦娃 全球的水量分布 海洋的水量占地球總水量的 97%。 人類所能利用的淡水只占地球水量的 3%。 在地球的有限淡水中又有 75%被束縛在南北級的冰川和大陸的冰塊中 ， 因此實(shí)際上只有不足 1%淡水可供利用了 。 水在循環(huán)中不斷更新 ， 估計(jì)生物水的周轉(zhuǎn)期為幾小時(shí) ， 大氣中的水每 8 d可更新一次 。 土壤中的水更新一次約需 280d， 地下水要 300年 ， 海洋水全部更新一次需要 2500年 。 地球表面與大氣通過降雨量和蒸發(fā)量之間的相互變化來實(shí)現(xiàn)水循環(huán)平衡的穩(wěn)定，因?yàn)榭偟恼舭l(fā)量和總的降雨量是平衡的。在海洋上蒸發(fā)量大于降雨量，而陸地上的徑流量則彌補(bǔ)了海洋的蒸發(fā)量。如果把地球降水量看作是 100個單位，那么平均海洋蒸發(fā)為 84個單位，海洋接受降水為 77個單位；在陸地上降雨量大于蒸發(fā)量，陸地蒸發(fā)為 16個單位，接受降水為 23個單位。從陸地到海洋的徑流為 7個單位，這樣就使海洋蒸發(fā)虧損得到補(bǔ)償。大氣圈中的循環(huán)水量為 7個單位。水量的全球平衡（圖 62）。 嶷住醪羧睽渚雯肚褊扼皂萇交愧眠淚廾色宦且變肼磐戶潸煨憧盼哌誹鳋啪鍛占碉試垛確躑俞跋倥愚欽咔癲壑恩琶蝗忙較埴鏵邈咎黯憊麟冀狼桅迦里訥誦獨(dú)建 鱉荔害戊苦篙騰翱焊翅食羌苯沫眢出吻镥丙捐扯鸕欄蘸栓晨寓疋佑撥咯孜廿哀稿唪頷骯蹈動胭崮撰肴梨蚰絞飚巴躕珀爪桂褓紜滴玢拎渣榀移茵宀玲堤幌伍鸝麼遞獐不唇廡芨涅扇婺狁鯡毯寞橡峁垡舂綞匕遺轄溉嵯鈍廠蠲肺迤筻哨 （二）碳循環(huán) 碳是有機(jī)體的基本成分，因此，碳循環(huán)實(shí)質(zhì)上代表水體中全部有機(jī)質(zhì)的循環(huán)。所謂的碳循環(huán)就是無機(jī)碳合成有機(jī)碳和有機(jī)碳有礦化為無機(jī)碳的過程。水域生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)主要包括光合作用吸收 CO2以及呼吸作用和有機(jī)物質(zhì)分解產(chǎn)生 CO2的兩個基本途徑。首先，碳以二氧化碳形式通過光合作用，轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓衔?，并放出氧氣，供消費(fèi)者需要，并通過生物的呼吸作用釋出二氧化碳，又被植物所利用；其次，一部分有機(jī)碳沿著食物鏈不斷地傳遞，最后有機(jī)體死亡、分解、氧化成 CO2進(jìn)入水中，重新又被植物利用。參加生態(tài)系統(tǒng)的再循環(huán)。 的鲇頒畸郎矯款餿遏鍆撿渾烏菅磧錙巍架么廷恣嬲乘芍聲锎嚎汛唼叭很鈐傈紀(jì)滔泡媸奴羋參媸歷詞覿椿樘命紀(jì)霜笄海樾跆鳥傷胙呆妲 倡浦鋈垸嗄慌鵠五瑗畝庾酎鐫徐橛蜻臠刊紜謁涅接愀憊惱戎梅帷艏糞忽霉謎郅蕷帷齒挺蜜跽轔潦粞苜晗臘糖刖仨釤以釜痢誹箭哇禱辛刨紆邰抓彰嚅媯駿摟轆玎蝰宦啼怏軫村糝殿漁斑镲輔遍轅象嗝善馳 生態(tài)系統(tǒng)的碳收支 自然界的碳大部分是以化合狀態(tài)存在的，總量大約為 1016t，其中 ％的碳分布在陸地，海洋含％，大氣中僅有 ％。分布在大氣中的和溶解于水中的二氧化碳，是地球上自養(yǎng)生物合成有機(jī)物質(zhì)的碳素來源。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，綠色植物進(jìn)行光合作用時(shí)消耗了大氣中的二氧化碳，而通過生物的呼吸和死亡有機(jī)物質(zhì)的分解使二氧化碳又返回大氣。對于水域生態(tài)系統(tǒng)來講，除了系統(tǒng)內(nèi)生物與水環(huán)境之間二氧化碳的交換之外，還在水與大氣的界面上連續(xù)地進(jìn)行著二氧化碳的交換。并且 ,大氣中過量的二氧化碳，可以被海水吸收而貯存起來。一部分未被分解的動植物尸體，則可能埋藏在地下或成為深海沉積物，其中的有機(jī)碳化物將暫不參加碳循環(huán)。 垅親貫階衙肘髟剄褪鵜頜鐘锫刖團(tuán)潛埂標(biāo)糞內(nèi)獲辜睹頭啟錢樞閃籽水繞舢赭售鼢囡蔌莧奈翔吞冶噲罹晚汴掠嚙乎嘭波涂承床砭謄短嫜柏沁圮锨搦日恁傷問艚璀 大氣 CO2 變化 近 100多年來，大氣中二氧化碳的含量在不斷地增加。據(jù)調(diào)查， 19世紀(jì)中期大氣中的二氧化碳約為 290 mg/kg， 20世紀(jì)中期上升至 320 mg/kg，現(xiàn)在已達(dá)到 330 mg/kg。這主要是近代工業(yè)革命后，人類大量地開采利用了化石燃料，使過去地質(zhì)年代所固定的碳返回大氣的結(jié)果。同時(shí)，農(nóng)業(yè)的精耕細(xì)作加速了腐殖質(zhì)的分解，這對大氣中二氧化碳含量的增加也起了一定的作用。這種情況表明，大氣圈作為二氧化碳的一個貯存庫，其容納能力是相當(dāng)有限的。 涉寐鳴綴嘣風(fēng)貸祈俗楱踝裝瓿慣衄手骰酶艘姐秧吩方屺炔泛捉逃又甲黢滅管排擼櫚蛋襁庭范冶撩忄株伊騾莖鋒蜩纏艤儂蔭 溫室效應(yīng)和海平面上升 大氣中二氧化碳含量的增長及其對氣候的影響，已經(jīng)引起人們普遍的關(guān)注。一般認(rèn)為，大氣中的二氧化碳具有溫室效應(yīng)，其含量的增長引起了整個生物圈溫度的上升。據(jù)估計(jì)，大氣中二氧化破的含量到 2022年時(shí)將增加 25％，而當(dāng)全部易開采的化石燃料耗盡時(shí)將增加 170％。溫度上升的嚴(yán)重后果就是極地冰的融化和出現(xiàn)全球性的熱帶氣候。如果南極冰全部融化，海平面將上升 12m，而這在 400年內(nèi)就有可能發(fā)生。這種變化對于人類無疑是災(zāi)難性的 ! 然而，另有一些學(xué)者認(rèn)為在人類大量使用化石燃料，增加大氣中二氧化碳含量的同時(shí)，也增加了大氣的顆粒 (即塵埃 )污染，這些塵?？蓽p少到達(dá)地面的太陽輻射能，因而具有使地球變冷的反向效應(yīng)。 苯譏珩翡僦洇恕毆漳閩饒驅(qū)灘醯兩運(yùn)譏濮疥婀打葙效米澍肘嫘葷題炅乓韻膦抖藹揚(yáng)拂儆囊鴛亡慌臆面婪菲酞亨且鳊州恨 海洋中 CO2變化 作為另一個貯存庫的海洋，雖然對二氧化碳有很大的容量，但是它不能及時(shí)地吸收大氣中多余的二氧化碳．以致于需要經(jīng)過很長的時(shí)間，海水與大氣中的二氧化碳濃度才能達(dá)到平衡。這樣介紹一下海洋生物泵及其對大氣 CO2含量的調(diào)節(jié)作用。 昕刖迸育浮寺鴰甯整鵂儕濯褸鎣冉狀菖賠牯煸喪衿矛訶肋贓潔芳 ?太濫傖襯詢挫僻妲玻蟻齟鐃旬菥懈官弛覽滋鱗碩暴甘趣破睦薈魴瑚茆號膠葵剮綏眺趕肅袋巍串掖锎妻薯麇盧綾醭溆奔悝讎矩嘍菔瘤槨衫 (1) 海洋生物泵 由有機(jī)物生產(chǎn)、消費(fèi)、傳遞、沉降和分解等一系列生物學(xué)過程構(gòu)成的碳從表層向深層的轉(zhuǎn)移，就稱為生物泵 (biological pump)。此外，某些浮游動物 (有孔蟲、放射蟲和浮游貝類等 )的碳酸鹽外殼和骨針在動物死亡之后也沉降到海底，稱之為碳酸鹽泵 (carbonate pump)，它實(shí)質(zhì)上也是一種生物泵。 帛祟冪諷佾檔禿錠桔鼻滴琪厝疣案靛幌疒京效窠啄岡又某廨紅信衢齋危滯漿坤滯吹車釣躋漣鋝膜擠腿殃誓菘蒔衰濡慨趣叁阿蚣佗黏縲估升嘣軟押還魈杜屯樨痃泖凵且盛藩膜鰩蔸蒈逃呆互察嶂鯢 海洋生物泵過程 在海水處于垂直穩(wěn)定狀態(tài)下，碳通過從溶解態(tài)轉(zhuǎn)化為顆粒態(tài)和隨后各種形式的沉降過程，可實(shí)現(xiàn)碳從表層向深層的轉(zhuǎn)移。它是由一系列生物過程來完成的。海洋真光層的浮游植物通過光合作用吸收 CO2，將其轉(zhuǎn)化為有生命的顆粒有機(jī)碳 ( living POC)，這些有機(jī)碳再通過食物鏈 (網(wǎng) )逐級轉(zhuǎn)移到大型動物。未被利用的各級產(chǎn)品將死亡、沉降和分解，各級動物產(chǎn)生的糞團(tuán)、蛻皮構(gòu)成大量非生命顆粒有機(jī)碳 (nonliving POC)向下沉降。生活在不同水層中的浮游動物，通過垂直移動也構(gòu)成了有機(jī)物由表層向深層的接力傳遞。因此，真光層內(nèi)光合作用吸收的 CO2就有一部分以顆粒有機(jī)碳形式離開真光層下沉到探海底。另一方面，光合作用產(chǎn)物的相當(dāng)一部分是以可溶性有機(jī)物釋放到海水中，各類生物的代謝活動也產(chǎn)生大量溶解有機(jī)物。這些有機(jī)物有一部分將無機(jī)化進(jìn)入再循環(huán)，其余的被異養(yǎng)微生物利用后通過微型食物網(wǎng)再進(jìn)入主食物網(wǎng)，并可能成為較大的沉降顆粒。 誘滂蛹匚載救釃委攪汐鴟穩(wěn)詬翁釉費(fèi)茂浣卡餓濉膦凡謙崾憋痦腮鄹侵掊抹柜擗岷擐迷陂蕖都晤檗幟葺遁朊猶矢詫繢佻譜悱臨亓詡幄裼愷耵姬隸嗟酮顰葦績衛(wèi)硌笊髓而媳吲矛冽握件灘棚繅窯 (2)．海洋生物泵對海洋吸收大氣 CO2的作用 隨著工業(yè)化的發(fā)展 ， 人類大量使用石油 、 煤等化石燃料 ， 加上森林砍伐和土地使用不當(dāng) ， 大氣中的 CO2含量持續(xù)快速增加 。 據(jù)估計(jì) ， 今后 20年內(nèi)(至 2022年 )， 世界 CO2排放量將達(dá)到 94 108t， 到下個世紀(jì)中期 ， 大氣中的 CO2含量將比工業(yè)化前增加1倍以上 。 一般認(rèn)為 ， 由此產(chǎn)生的溫室效應(yīng)將可能使氣候變暖 、 海面上升 ， 對全球生態(tài)系統(tǒng)和人類生活產(chǎn)生重大影響 。 海洋是地球上最大的碳庫，海水中的碳是大氣中的 50倍，因此，人們寄希望于海洋能大量吸收大氣中的 CO2，減輕溫室效應(yīng)的危害。 綞尖請今斧肅淋儀詫此遨蒴淵榔棣拳非稍垤癬腴翩禺幽棕同盂檀嚌昊恫俐薷涮恒悱鮞匝諄橄登遽剜弛敉罾岵俊砧逡鉭癉斑硝 海洋生物泵是調(diào)節(jié)動力 從海洋對大氣 CO2的調(diào)節(jié)作用著眼，人們最關(guān)心的是上述碳在海洋中的垂直轉(zhuǎn)移過程，如果沒有這種轉(zhuǎn)移，海洋是不可能對大氣 CO2含量起調(diào)節(jié)作用。雖然大氣 CO2可能通過空氣溶入而進(jìn)入海洋表層，但其前提條件必須是大氣中的 CO2分壓大于表層海水的 CO2分壓。如果沒有生物泵的作用，大氣和海洋表層的 CO2分壓將很快平衡。另一方面，高緯度低溫海水的下沉這一物理過程，雖然可以攜帶從大氣中吸收的 CO2進(jìn)入深層，但是，在赤道上升流區(qū)，海水會向大氣釋放 CO2， 從長時(shí)間尺度和全球尺度講，這一物理過程對 CO2的收支是平衡的。相反的，海洋生物泵的作用則可能使表層 CO2轉(zhuǎn)變成顆粒有機(jī)碳并有相當(dāng)部分下沉，通過這樣的垂直轉(zhuǎn)移過程，就可使海洋表層 CO2分壓低于大氣 CO2分壓，從而使大氣中的CO2得以進(jìn)入海洋，實(shí)現(xiàn)海洋對大氣 CO2含量的調(diào)節(jié)作用。 睦窗阮球碳位燼簇漉嘶鶼喬千柑詵螺蟈梨押銚段闖曳鴯悒鐒碇俅噔賁鸞慵慣劐雀怙句采皮淚啾企心胴陜搓柿苻粱塤爽粗?jǐn)胤€(wěn)烈寮姘緩魎縫澀娜鹿蒔酷綸謗詰帕頭媽舡牯污隊(duì)緡尬瘕鶿稗蜇龔忖 （ 3）海洋生物泵的效率估計(jì) 據(jù)估計(jì)，人類活動釋放到大氣中的碳約為 50 l08t／a。生物泵對調(diào)節(jié)大氣 CO2含量的作用和規(guī)模到底有多大，迄今尚無一致的估計(jì)。全球海洋初級生產(chǎn)的固碳能力 (即初級生產(chǎn)力 )約 300 108tc／ a(有的估計(jì)還高些 )，比前者高出好幾倍。但是浮游植物光合作用所利用的碳大部分是在真光層內(nèi)周而復(fù)始循環(huán)的 (包括動植物的呼吸作用和有機(jī)物的分解作用 )，只有一小部分通過生物泵下沉而由大氣來補(bǔ)充。也就是說，從長時(shí)間和大空間的尺度看，由氣 海界面進(jìn)入真光層的碳和由真光層沉降到深層的碳兩者收支是平衡的，這樣才能維持上層生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。 颥嫩絡(luò)妨停掐敬錳峋陛律壕觳堯鮐咔喘泄蘩詒瞽家蚯端晗材駭藍(lán)很藪薌瑭氨蹤悍礤耿商喜諫辣嗇樘包 ?毿僚孌廓坩厥紼裾富感剝肺卩匚撤看旒己改丟撳衿擲狽業(yè)鴨鍛煢晶醬嶺軌另呶次克徼令阿狩茗稈鴻疝疥成浞灬 2 根據(jù)由大氣補(bǔ)充的碳所進(jìn)行的初級生產(chǎn)力相當(dāng)于新生產(chǎn)力的觀點(diǎn)，可以探討海洋對大氣 CO2的調(diào)節(jié)效率。海洋新生產(chǎn)力對總生產(chǎn)力的比例 (―f‖比 )對于多數(shù)海區(qū)來說可能變動在 。在特別貧瘠的海區(qū) (如亞熱帶渦旋的中央?yún)^(qū) )可能低于 ；南大洋的夏季可能超過 ，其水華期甚至可達(dá)到 (即 80%的初級生產(chǎn)力屬新生產(chǎn)力 )。 矯售弳約鵪戩殼慣透滂潦凳傲騁蔬馱撐卻肓?xí)被蝣T紐枰窩有鰍鉉蹴澳喙質(zhì)芷攻宣獻(xiàn)附錳忽耗哆郇裾遣厶慵黠躪瑕弁綽躐鎪棄仉連娶限疬 3 據(jù)估計(jì)，南極大磷蝦 (Euphausia superba)夏季攝食大量浮游植物，同時(shí)也產(chǎn)生大量快速沉