上海海洋大学海洋生态学 Chapter 011 深海区、热液口区和极地海区

三、热液口的生物组成


物种多样性不高，90%以上的物种是属于这类生境的特 有种。 细菌：硫氧化细菌，居住在动物体内，形成共生关系。 大型动物

管栖蠕虫 双壳类软体动物 十足目甲壳类 多毛类 其他大型动物

小型底栖生物：线虫、底栖桡足类、介形类和螨类 浮游动物：水母、桡足类、端足类和其他浮游甲壳类
四、深海底的食物供应
死亡动植物残体 下沉
树叶、海草 和大型海藻 沉积物 向下输送 浮游生物 粪粒 倾弃的渔获物 浮游动物和 鱼类的垂直 迁移 甲壳类蜕皮 大型鱼类 和哺乳类 马尾藻
粪粒和甲壳类的 蜕皮 动物的垂直迁移 导致有机物质加 快向下转移 深海沉积物间隙 水中高含量DOM
图 11.3 深海生物的潜在食物源(引自 Lalli & Parsons 1997)


五、热液口生物群落的空间结构与演替


空间结构： 呈现以热液喷口为中心的环带状分布。 温度梯度控制着生物的空间分布。 各生物门类也存在杂居和共生。 演替特征：不同阶段（“年龄”）热液口的群落存在一定程度的
演替序列。 嗜硫细菌→端足类、桡足类和蟹→管栖蠕虫→双壳类、多毛类 和蟹类 热液喷口生物群落时空分布特征对热液口的形成、发展和消亡 具有指示作用

浮冰对环境影响




海冰的高反照率和对海气之间动力、热量及物质交换的影响而 改变了海洋表面的辐射平衡 导致海冰覆盖区表面在冬天比无冰区表面更低的温度 海冰冻结过程释放的盐分，可加深海水表面混合层，并通过对 流，影响南北半球的海水底部和顶部的组成 融化时释放相对的淡水，可使海水表面成层（例如，混合层退 却至较浅的深度）。 海冰在全球热平衡和热盐循环方面起到关键的作用，继而影响 全球气候
6000m之下海沟地区土著种的百分比(引自Barnes & Hughes 1982)
类 别 有孔虫 海绵动物 腔肠动物 多毛类 螠虫类 星虫动物 甲壳动物 藤壶 涟虫类 原足类 等足类 端足类 海沟种类数目 128 26 17 42 8 4 / 3 9 19 68 18 土 著% 43 88 76 52 62 0 / 33 100 79 74 83 类 别 软体动物 无板亚纲类 腹足类 双壳类 棘皮动物 海百合 海参类 海星 海蛇尾类 须腕动物 鱼类 海沟种类数目 / 3 16 39 / 11 28 14 6 26 4 土 著% / 0 87 85 / 91 68 57 67 85 75
神经系统
肌节 骨骼 鳔
发达
发达 骨化完全，有鳞 有，发达
不发达
不发达 骨化不全，常无鳞 无，退化
鳃
肾 心脏
鳃丝数多，鳃板数多
较大，肾管数多 大
鳃丝数多，鳃板表面小
较小，肾管数少 小
第二节 深海底
一、深海底地貌和沉积物

深海底是指大陆架以外的海底，包括大陆坡、大陆隆、大洋 中脊、大洋盆地和海沟等地质构造。深海底的地貌远比陆地 的复杂、壮观。 绝大多数深海底覆盖大量细质软泥，构成深海生物的最主要 生境类型。陆地岩石的分解、海洋动物的残骸、海水中的化 学反应、来自大气层的微粒等等，都是海底沉积物的来源。 深海沉积物可分为两种类型。一种是黏土颗粒，主要位于贫 营养水体（如大洋中部的环流区）下方；另一种为生源软泥 （biogenic ooze），位于高生产力的表层水体下方，含超过 30％的生物骸骨，主要有硅质软泥和钙质软泥两类。
四、热液口生物群落的主要特征

细菌与动物间的共生关系


大量化能自养细菌栖息于动物的体内鳃上及体表，利用宿主携 带的H2S和O2制造有机物。 管栖蠕虫没有口和消化系统，其身体内部有一特殊器官，称为 营养体（trophosome），其中含有大量共生细菌，这些细菌的 重量可占蠕虫个体干重的60%
管虫的长度可达1.5 m，直径37 mm，栖管长达3 m，栖息密度 可高达176个/m2，生长率为85 cm/a。
五、深海底栖动物的生物量和生产力

深海底栖动物的生物量明显随深度而下降。 单位面积生物量很低，通常小于0.5 g/m2（湿重），还 不足浅海底栖平均生物量（200 g/m2）的1/400。

从生物量组成看，海绵、海参和海星常是深海底栖大型 动物中最重要的种类。
由于低温、高压环境的限制，生物生长缓慢，产量很低， 但深海底生物的寿命较长。
二、深海底的生物（cont.）

冷水珊瑚礁



分布在200~1000 m、温度介于4~13℃的黑暗深海中，故又称 深水珊瑚 组织中没有依赖于光线的共生藻类，珊瑚虫以洋流带来的颗粒 状有机物质、浮游动物和小的鱼虾作为食物 生长速率极其缓慢，只有热带珊瑚的十分之一

海绵礁


具有三维硅骨架的玻璃海绵 主要出现在寒冷的北太平洋水域 500~3000 m海底 每年2~7 cm的速度生长，寿命很长
六、热液口生态系统的研究意义

对地球生命起源的认识

化学合成细菌是在光合作用藻类生物之前出现的古老种类 最早的海洋食物链应是以化能合成为基础的 地球上的生命可能来源于、并进化于与热液口状况相似的条件 高温 高压 高毒


极端条件下生命活动与适应性


热液口生物是人类的基因资源宝库，在医药开发、基因 疗法以及工业应用方面均有重要的潜在价值
五、极地的底栖生物

北极和南极的浮冰

南 大 洋 ： 总 面 积 约 3600 万
km2 ，在冬季海冰覆盖面积达 2000万km2，夏季海冰融化， 覆盖面积缩小至400万km2。

北冰洋： 面积约1500万km2 ，
冬季几乎全部被海冰覆盖，面 积达1400万km2，夏季覆盖面 积则为700万km2 ，其冬季和 夏季的海冰覆盖率明显高于南 大洋。
三、深海底的物种多样性

深海底的物种多样性高，大量新种被发现。 土著种的比例很高。 超过6,000 m的超深渊也有很多种类，即使在10,000 m 的深处，也发现有海葵、海参、多毛类、双壳类等底栖 动物。
解释：
1、环境长期稳定导致小生境的分化，每个种有狭窄生态位； 2、捕食性动物不加区别地捕捉被食动物，避免了产生竞争排斥。 3、有的学者认为深海物种多样性水平高是与水温低而导致生物代谢 和生长率低，达到性成熟所经历的时间也长，减少了竞争优势种 的出现机会。
广食性，很大的口、尖锐的牙齿和可高度伸展的颌骨，背鳍上有 发光器官。


对种群稀少的适应
“补雄”
对高压的适应
多数深海动物缺少钙质骨骼，多数鱼类没有鳔。
对柔软底质的适应
长的附肢，丰富的刺、柄和其它的支持方式。
三、大洋区的生物组成

生产者以“微微型浮游植物”占优势 ，生产力低于近海。
浮游动物基本上是“终生浮游生物”。
第十一章 深海区、热液口区和极地海区
第一节 大洋区

大 洋 区 (oceanic zone) 指 大 陆架边缘以外的水体，它与 大陆架上方的水体是相连的， 大洋区是海洋的主体。由于 大陆架边缘的深度一般为200 m，因此也将200 m以深的水 体称为深海(deep sea)。大 洋区是地球上最大的生态区， 约占地球表面积的50%。相 对于近岸浅海区而言，大洋 区的环境是相对稳定的。
二、海冰中的生物
a. b. c. d. e. f. g. h. i. j. k. 羽纹硅藻 鞭毛虫 有孔虫 纤毛虫 涡虫 桡足类无节幼体 猛水蚤 哲水蚤 磷虾幼体 南极磷虾 鱼类
三、海冰边缘区





来自百度文库
海冰边缘区指浮冰区和无冰区的交界地带。 海冰融化时，淡水的释放会降低表层海水的盐度和密度，形 成一个稳定的低盐表层水。 随海冰的融化，生长在海冰内的浮游植物也被“播种”到海 水中，同时还包括无机营养盐、DOM、细菌、原生动物和 后生动物。 海冰边缘区的水华为浮游动物乃至更大的捕食者带来了丰富 的食物资源。磷虾常在边缘区集群“疯狂”觅食，集群的磷 虾又吸引了海鸟、鲸和海豹等前来捕食。 边缘区还为迁徙性（洄游性）的鸟类和哺乳类提供了丰富的 食物资源。 磷虾集群的粪团沉降量高，是“海雪”的主要来源。


二、深海底的生物

深海软质底的主要生物类群



大型动物：多毛类、双壳类、端足类、等足类、涟虫类 小型动物：线虫类、桡足类、有孔虫类 固着生物：在软质底中十分少见。海扇（柳珊瑚）和海鳃 棘皮动物：蛇尾类和海参类广泛存在 虾蟹类：少，体色鲜红

海底山的生物


食悬浮物的物种如柳珊瑚、海百合、水螅、海蛇尾和海绵的密 集分布。 常常吸引许多大型捕食动物，例如鲨鱼、金枪鱼、海龟和海洋 哺乳动物来此聚集觅食。 海底山是新物种进化的热点区，也是古老物种的庇护所。

第三节 热液口区
一、海洋中的独特生态类型

1977年，美国深潜器“阿尔文”号 在加拉帕戈斯（Galapagos）裂谷 区2500 m深处中央海脊的火山口周 围首次发现热液口（hydrothermal vents），有些热泉在冒出地面时会 在出口处形成烟囱似的石柱，从烟 囱 涌 出 的 热 液 温 度 很 高 （250~400℃），而从海底的裂缝 中扩散出来的热液温度相对较低 （5~100℃）。

生长快、个体大、生物量高


蛤类的体长可达30~40 cm，生长率约为10~60 mm/a。

物种多样性低：明显低于其他深海底区域的物种多样性。
四、热液口生物对极端环境的独特适应机制

对于高浓度H2S环境，某些细菌具有能氧化这些有毒物 质的酶系统，并且可以从中获得化学能。 一些蠕虫的血液中可产生特殊的能结合硫的蛋白质，体 壁中也含有特殊的酶系统可氧化进入细胞的游离硫，从 而产生对硫的解毒作用。 管虫和双壳类的血红蛋白是一种更有效的携氧者，因而 具有这种血色素的动物可能是对海水中氧含量低的一种 适应机制。
四、南极磷虾
南大洋中的磷虾有8种。 南极大磷虾（Euphausia superba），数量最多，个体最大， 其体长约6 cm，寿命为5~10年， 储量超过15亿吨 。 喜集群生活，最多时每立方水体 中的数量可达3万条以上 。 大量摄食浮游植物，可以从冰下 刮食冰藻，也捕食桡足类等浮游 动物。 南极大磷虾是南大洋海洋生物食 物链的中心环节，是维持南大洋 海洋生态平衡的关键 。
大洋上层的动物最为丰富，经济价值比较大的有乌贼、 金枪鱼、鲸等。

大洋水层食物链长，营养物质基本上在透光层矿化和再 循环。
深海也有许多种类，包括多个门类

大洋中上层鱼类与底层鱼类的身体结构比较(Marshall 1980)
特征 体色 发光器 上下颌 眼 嗅觉器官 大洋中上层鱼类 体侧银白 多而发达 较短 较大 雌雄均较发达 大洋底层鱼类 黑 小或退化成为单一诱饵型 较长 较小或退化 雄性发达，雌性退化（钻光鱼及鮟鱇鱼）
一、主要环境特征

光照
真光层 弱光层
温跃层 最小值层
无光层
恒温层 富氧层

温度
混合层

溶解氧
饱和层

水压
每深10 m，压力增加 1个大气压
海流
大洋环流 辐散\辐聚 冷涡\暖涡
二、深海动物对环境的适应机制

对黑暗的适应
许多深海动物通过发光器产生它们自己的光线（如灯笼鱼和星光 鱼等）。

对食物稀少的适应
一、冰山与浮冰

冰山（iceberg）是从冰川和
冰盖分离出的庞大飘浮冰体。
浮冰（pack ice）则是海水冻
成的海冰。



极地浮冰所覆盖的面积最大可达 地球表面积的13%。 海冰是一种含大量孔隙和通道的、 固－液两相共生的混合体。 海冰形成的时间越长，由于卤水 的外逸，海冰的整体盐度会逐渐 降低。
二、化学合成生产
CO2 ＋ H2 S ＋ O2 ＋ H2 O ————→ CH2 O ＋ H2 SO4
（碳水化合物） 嗜硫细菌
还有的利用CH4、NH3能源形成有机物质 热液口的化学合成细菌是该生物群落食物链的主 要生产者，生产量很高，可能是其上层光合作用量的 2~3倍，有些地方形成的丝状细菌可达3 cm厚，完全 不同于通常深海区低生物量的特点。
第四节 极地海区
极地海区是地球上生存 条件最恶劣的地区之一， 寒冷的气候、季节性冻 结和消融的浮冰、漫长 的冬季及其所伴随的昏 暗的光照（有时是24小 时的黑夜）是极地海区 的主要环境特征，即使 是在夏季，暴风雪也会 随时肆虐。然而，严酷 的环境仍然养育了众多 的极地生物，尤其是在 环境条件有较大改善的 夏季。