海洋浮游生物(marine plankton)是悬浮在水层中常随水流移动的
海洋生物。这类生物缺乏发达的运动器官,没有或仅有微弱的游动能力;绝大多数个体很小,须在显微镜下才能看清其构造,只有个别种的个体甚大,如
北极霞水母
简介
海洋浮游生物悬浮在水层中常随水流移动的海洋生物,包括海洋浮游植物和
海洋浮游动物。深圳沿海种类繁多,常见的有角刺藻、圆筛藻、根管藻、角藻、次厚真蜇水蚤、精致真刺水蚤、肥胖箭虫、中型莹虾、宽额假磷虾、双生水母等。
生物简介
取海水放在普通的
光学显微镜底下观察,我们会发现很多奇怪的小生物。有些会动的,叫做浮游动物;有些不动的,叫做浮游植物,又叫微藻。还有一些个体更小的,只有在
电子显微镜下才能看得清楚,它们依靠分解有机物而生存,我们把它们叫做
海洋细菌。
浮游生物是一群流浪者,它们终日随波逐流,四海为家;没有固定的生活场所。其中大多数还都是些隐士,很少有人能见到它们的真面目,因为它们实在太小了,只有1毫米的十分之几或者百分之几。这些生物的大小虽然微不足道,但它们在整个海洋生物界起着举足轻重的作用。
微藻的身体带着不同的颜色,有绿色、黄色和褐色,形状五花八门,无奇不有,有的呈圆盘状,有的皇三角形,有的则呈花朵状。90%以上的海洋植物是
浮游藻类,根据它们的身体组成不同,又可以将它们分成蓝藻、金藻、硅蕖和甲藻。这些微藻靠细胞里的色素吸收太阳光能进行光合作用,把水和
二氧化碳合成有机物,在良好的条件下它们能很快地繁殖起来。一个硅藻在理想的环境下不受限制的生长,八天之内其繁殖的体积有地球那么大。当然自然界中有很多条件限制了它们的生长,它们不可能无限制的繁殖下去浮游藻中最主要的种类足硅藻和甲藻。硅藻的细胞壁含有硅质,死亡以后沉积到海底,形成海底软泥的主要成分。化石硅藻是研究地球演化的重要资料。在浮游植物当中,甲藻在数量上位居第二。它们的分布广泛,在热带和亚热带水域中是常见的优势种。赤潮主要是由甲藻引起的。
限制浮游微生物繁殖的最重要的因素是营养条件。自然海水中的营养成分是有限的,所以微藻的数量也仅仅会在一定的范围内变化。但是由于近年来全球性生态环境恶化,工业和生活污水大量排入海中,尤其严重的是,随着近海养殖规模的不断扩大,大量的肥料和过剩的饵料也排放到海中,海水中含的营养成分增多,使得甲藻过量繁殖并高密度聚集,导致海水变成红色,这时海水会发出一股臭味,渔民们将它们叫做臭水,学者们叫它们赤潮。1973年8月美国新西兰沿岸的赤潮使附近海水养殖场在一星期内贝类损失达4千万美元。赤潮可导致鱼、虾、贝类死亡,大量的赤潮生物直接分泌毒素或死亡后尸体分解产生毒素使鱼虾贝类大量中毒死亡。有时也会因为大量的赤潮生物堵塞了海洋生物的呼吸器官而使其窒息死亡。赤潮生物死亡后分解是个耗氧的过程,使得水中氧气含量减少,硫化氢含量增多而危及生物。有些
海洋鱼类和贝类可以富集赤潮生物的毒性,如果人吃了这样的鱼类,毒素就会对人体造成危害。世界上有很多沿海地区的居民因为吃了有毒的贝类而造成麻痹性中毒。1986年12月我国福建省东山县瓷窑村居民因为误吃了赤潮区采捕的蛤蜊而造成100多人中毒,数人死亡的悲剧。近十年来世界上由于赤潮中毒而引起死亡的事件就有500多起。所以般国家进行海产品进出口贸易时,赤潮毒素是一项必检项目。
海水中的细菌种类和数量都很多,尤其是沿岸水域中含有大量的细菌。它们适应于海洋生活,能在含有盐分的海水中生长繁殖。它们的个体一般较小,大部分是
革兰氏阴性杆菌。有相当的大数量的海消细菌是可以发光的,被称为
发光细菌。也有很多种类可以产生色素,在培养基上产生黄色或橙色的菌落,很醒目。海洋细菌是
海洋生物圈中不可缺少的一个环节,它们可以将复杂的有机物分解成无机盐和二氧化碳,为绿色植物进行光合作用提供必要的原料。除此以外海洋细菌还有很多重要的用途,它们可以分解石油。石油是污染环境的一个重要因素,只要有少量石油污染存在,就能毁灭水中的藻类和海洋生物的幼体。海洋细菌可以把细菌当作食物,进行生长繁殖。由于微生物生长迅速,繁殖快,其吃石油的能力很惊人。利用微生物来处理石油污染,不但改善了环境,同时获得的菌体又是其他生物的饵料,真是变害为利。海洋微藻和海洋细菌是浮游动物的直接饵料。浮游动物一般来说个体比较小,从零点几毫米到数毫米,但也有一些个体较大的,如南极的磷虾个体达数厘米。这些海洋浮游动物有一个特点,就是缺乏游泳能力,只能随波逐流。它们是
海洋食物链中的第二个环节,通过它们将物质和能量从植物传递给鱼类、虾类和更高级的生物。浮游动物种类很多,包括水蚤、箭虫和一些大的动物的幼虫,浮游动物的数量直接影响到鱼虾的产量。
研究简史
对海洋浮游生物的研究,自1828年英国J.V.汤普森和1845年德国J.米勒算起,迄今已有100多年历史。第一阶段偏重于采集观察、形态分类,其中1889年德国北大西洋浮游生物调查队及其编写的《浮游生物调查成果》,为海洋浮游生物的研究奠定了基础;意大利那不勒斯(那波利)
海洋生物研究所的《那波利湾动植物志》和摩纳哥海洋研究所的《摩纳哥王子科学调查成果》,对海洋浮游生物的分类和形态研究作出了重大贡献。20世纪20年代以后为第二阶段,海洋浮游生物自然生态的研究成为主要内容,着重研究它们的时、空分布及其与
海洋环境的关系,各种
环境因子对各类海洋浮游生物生长、发育及繁殖的影响等,代表性著作有《飞马哲水蚤的生物学》等。60年代以来为第三阶段,海洋浮游生物自然生态的研究密切结合实验生态进行,并发展到现场大容器控制生态系统的实验研究。
种类组成
浮游生物包括浮游植物(Phytoplankton)和浮游动物(Zooplankton)两大类。
浮游植物
种类较为简单,大多是单细胞植物,其中硅藻最多,还有甲藻、绿藻、蓝藻、金藻等。
浮游动物
种类繁多,结构复杂,包括
无脊椎动物的大部分门类,如原生动物、腔肠动物(各类水母)、轮虫动物、甲壳动物、腹足类软体动物(翼足类和异足类)、
毛颚动物、低等脊索动物(浮游有尾类和海樽类),以及各类动物的浮性卵和浮游幼体等。其中以
甲壳动物,尤其是桡足类最为重要。还有一类浮游
单细胞生物兼有植物和动物的基本特征(具能动的鞭毛,兼备自养和异养的能力),植物学家把它列为
甲藻门鞭毛藻类,动物学家把它归入
原生动物鞭毛虫纲。
浮游生物分类
根据体形的大小
根据体形的大小,浮游生物可分为6类。
按照浮游时间的长短
按照浮游时间的长短,浮游生物可分3类:永久性浮游生物(Holoplankton),终生在水中浮游,大多数浮游生物属于此类;阶段性浮游生物(Meroplankton),其幼体营浮游生活,成体则营底栖生活或游泳生活;暂时性浮游生物(Tychoplankton),指一类非浮游生物仅因环境变化、生殖等原因,有时营短期的浮游生活,如一些底栖的介形类、糠虾类。
对浮游生活的适应
浮游生物最重要的特点是能在水中保持悬浮状态,具有多种多样适应浮游生活的结构和能力,主要有两种类型。
扩大个体表面积或结成群体增加浮力
这类现象在浮游生物中很普遍。如六角网骨藻、角刺藻 (Chaeto-ceros)有细长的角毛;桡足类有细长、多毛的第一触角和尾叉刚毛;龙虾的
叶状幼体有扁平叶状的头胸部和细长分叉的胸足;等片藻、直链藻(Melosira)结成带状,海链藻(Thalassiosira)结成链状,星杆藻(Asterionella)连成星状等。
减轻比重增加浮力
方式多样。①产生气、油等比水轻的物质。如管水母类
僧帽水母群体顶端有一个充满气体(主要是氮)的大气囊,桡足类的哲水蚤(Calanus)体内有一个狭长的油囊,浮游硅藻类进行光合作用时产生油点或脂肪酸。②分泌胶质。如浮游
海樽类有发达的胶质囊。③增加水份。浮游动物的含水量一般都高于底栖动物,如水母类的含水量高达96%以上。④外壳和骨骼退化或消失。如浮游
腹足类软体动物的贝壳都比底栖种类的轻薄,
有孔虫的外壳上遍布小孔,毛颚类动物无骨骼组织。
浮游生物与渔业
浮游生物同渔业的关系非常密切,主要表方面:首先,浮游生物是经济鱼类的饵料基础和大多中、上层鱼类(包括鲱形鱼类)都依浮游游植物是素食性和杂食性鱼类及各种幼鱼的主动物是杂食性和肉食性鱼类的食料。这些鱼类和浮游生物分布分不开的。因此,有些饵料生游甲壳动物(如桡足类、磷虾类、莹虾类等)索鱼群、寻找渔场的标志。这在捕捞业上的重喻。其次,浮游生物也是经济贝、虾类,饵料基础。浮游生物可以作为贝、虾及仔料。因此,饵料浮游生物(如硅藻类、甲足类等)的人工培养,是经济贝、虾类养此外,有些浮游动物(如毛虾、海蜇等)晶。因此,捕捞这些食用浮游动物,是发主要作业项目,而这种新兴渔业是为开发资源,向人民提供更多、更好的动物蛋白。
时空分布
平面分布
按照纬度的不同,浮游生物可分为寒带种(分布于北冰洋和南大洋)、温带种(分布于北、南温带海域)和热带种(分布于热带海域)。这3类在种类和数量上都有很大差异:一般说,寒带浮游生物的种类少,每个种的数量大;而热带浮游生物的种类多,每个种的数量少;温带浮游生物的种类和每个种的数量,都介于前两类之间。发生上述
分异现象的主要因子是温度。
盐度也影响海洋浮游生物的平面分布。广盐性种类分布较广,一般生活在近海,称为近岸浮游生物(Neriticplankton);狭盐性种类分布较窄,大多生活在外海,称为大洋浮游生物(Pelagic plankton)。
浮游生物的平面分布还与海流密切相关,根据其分布能为探索不同
水团、海流的流向和分布提供材料。如管水母类帆水母(Velella)和银币水母(Porpita),在东海可作为黑潮暖流的指示种。
浮游生物数量的平面分布并非均匀,常有密集成斑块状的分布现象。其成因或是风力、湍流以及水的富营养化,或是生殖、索饵活动。
垂直分布
浮游植物由于进行光合作用,仅分布在海洋有光照的上层(约 0~200米, 称为真光层)。
蓝藻大多分布于
真光层的上部,
硅藻则可分布在整个真光层。浮游动物在上、 中、 下各个水层都有分布,但种类和数量互不相同。原生动物、轮虫类、水母类、枝角类、浮游腹足类及浮游幼虫一般分布在上层,它们与浮游植物统称为上层浮游生物 (Epiplankton)。深海磷虾(Bentheuphausia) 等种类潜居深海, 被称为深海浮游生物 (Bathyplankton)。其他各类浮游生物则可栖息于各个水层。在1000米以内的水层中,浮游动物的
磷虾类、桡足类等种类有随着深度而增多的趋势,但其数量却随深度而减少。此外,近年来微分布的研究引起了重视,它研究栖息在0~1米表层水中的生物种类组成和数量变动。影响这个
群落分布的主要因子是风力。
各类浮游动物的垂直分布不是固定不变的,其中引起变化最大的是
昼夜垂直移动(一般白天下降,夜晚上升)。根据英国F.S.罗素提出的“最适光度假说”,浮游动物常栖息在光度对其生命活动最为合适的水层里,光度的
昼夜变化促使浮游动物进行昼夜垂直移动。一般讲,上层水中的种类和数量在夜晚显著增加。除
光度外,其他外界因子如温度(
温跃层能阻碍一些浮游动物上升到表层)、
盐度(
盐跃层对河口小型浮游动物的垂直移动也有阻碍作用)、食料等,也能影响昼夜垂直移动的幅度。
内外条件的变化也会引起浮游动物垂直分布的变动。①生殖引起的变化。如有些
浮游甲壳动物在生殖期上升到表层产卵;而浮游
有孔虫在生殖时却将壳上的刺吸收后,沉到中、下层。②发育引起的变化。如浮游动物幼体由于趋强光性和摄食
浮游植物,栖息于上层;成体则由于
背光性或趋弱光性,移栖中、下层。③摄食引起的变化。如中、下层的植食性浮游动物,晚间因需摄食浮游植物,上升到表层;中、下层的肉食性毛颚类因追逐饵料动物,夜晚随桡足类上升至表层。④天气引起的变化。如不少趋弱光性的浮游动物在阴天栖息于上层,而在晴天又移居中、下层。⑤
海流引起的变化。如
上升流可把下层的浮游动物带到上层等。
季节分布
在北温带海域的春季,因为表层水温升高、光照增强、营养盐(氮、磷等无机盐类)增多,浮游植物得以大量繁殖,形成一年中的第一次数量高峰。高峰之后,由于
营养盐大量消耗,
浮游植物的繁殖受到限制,加上植食性浮游动物的大量捕食,使浮游植物的数量在夏季急剧减少。秋季,营养盐含量经积累又复增多,浮游植物再度大量繁殖,从而形成一年中的第二个高峰(但数量已不如第一个高峰)。在冬季,浮游植物又复减少。上述变动是浮游植物季节变化的一个方面;另一个方面是种类的季节交替,如夏季
硅藻衰退后,
甲藻起而代之。因为甲藻在高温和营养盐贫乏的季节能大量繁殖。 北温带海域浮游动物的季节分布与浮游植物大致相似,但数量高峰的出现稍晚于浮游植物,一般是紧接在浮游植物高峰之后。因为
浮游植物高峰的出现提供了大量饵料,植食性浮游动物才得以大量繁殖。浮游动物也有种类的季节交替现象,如以桡足类为食的毛颚类,数量高峰常稍迟于桡足类。可见除温度外,食料也是影响浮游动物季节分布的外界因子。
上述北温带海域浮游生物的季节分布,由于一年中出现春、秋两个数量高峰,称为
双周期型。在寒带海域,不论是浮游植物或浮游动物,一年中只在夏季出现一个短暂的高峰,称为单周期型;其他季节由于光照太弱或光照完全消失,温度太低,生物无法繁殖。在热带海域,由于
环境因子整年比较稳定,所以浮游生物的分布没有明显的季节变化。
在
生态系统中的地位与作用 浮游生物在
海洋生态系的结构和功能中,占着极为重要的位置。在海洋食物链中,浮游植物是初级生产者,通过光合作用,制造有机物,成为食物链的第一环节(也称第一营养阶层)。浮游植物的产量(
初级生产)影响着植食性浮游动物的产量(
次级生产),而后者又影响着肉食性小型动物的产量(三级生产)和肉食性大型动物的产量(终级生产)。这 4级生产的数量逐级减少,构成数量或
生物量的金字塔。因此,浮游生物的产量(包括初级和次级生产)是
海洋生物生产力的基础,在很大程度上决定着鱼类和其他经济水产动物的产量。
在
能量流动中,
浮游植物把吸收的日光能转变为化学能,植食性
浮游动物摄取浮游植物后获得能量,并通过食物链的各个环节将
能量传递下去,逐级减少,构成能量金字塔。因此,浮游生物在
海洋生态系统的能量流动中起着很重要的作用。
研究意义展望
浮游生物种多、量大,是海洋生物的主要成员,其研究对渔业生产和海洋科学基础理论都有重要意义。它们是经济鱼类的饵料基础,某些种(如桡足类的哲水蚤) 的数量分布可提示鱼类(如鲱形鱼类)索饵洄游的路线,有助于寻找渔场、确定渔期。有的种类本身就是渔业资源,如
海蜇、
毛虾和
磷虾,以及用桡足类和糠虾等加工制作成的虾酱,均可供食用。许多
浮游植物(如骨条藻、褐指藻、
扁藻、
金藻和螺旋藻等)和
浮游动物(如
轮虫、桡足类、
卤虫等)可以人工大量培养,作为水产动物育苗的饵料。有些浮游生物对环境的污染物具有净化和富集的能力。
一些狭温、
狭盐性浮游生物,可作为不同海流的
指示种。
磷虾类、
管水母类等浮游动物在较深水层大量密集,会形成
深海散射层,阻碍或干扰声波在水中的传播,使声呐失效。发光浮游生物(如夜光虫等)的大面积密集,可引起海水发光,俗称“海火”,影响海军作战,浮游硅藻、钙板金藻、放射虫、有孔虫和翼足类等遗骸的沉积物可作为地层划分和海底石油资源勘探的辅助标志,有助于了解海洋地质史和古海洋环境等。
一些
浮游植物,特别是
甲藻和
蓝藻,当海域富营养化时会发生
过度繁殖,使局部水域变色,形成
赤潮,对鱼、虾、贝类及其他经济海产动物危害很大。 对浮游生物的研究,以下一些方面有待深入:①浮游
植物光合作用的生理生化机制。②浮游生物生态系统的现场观察实验(包括提高生产力方法,浮游生物在氮、磷、
碳循环中的作用及能量的流动)。③赤潮浮游生物分泌毒素的生理机制和生化组成,以及预测和防治赤潮的方法。④浮游生物对污染物质的吸收、富集、解毒、净化的生理
生化过程。⑤浮游生物的大量培养(工厂化)。⑥利用浮游生物作为捕捞经济鱼类及勘探
海底石油资源的标志。⑦浮游蓝藻的
固氮作用。