第一章 海洋环境与生物适应

主要内容 第一节 海洋概论 第二节 海洋环境因素及其与海洋生物 间的相互关系

第一节 海洋概论 一、导论 二、海水特性及其对海洋生物生活的意义 三、世界大洋 四、中国海 五、海洋环境的划分

一、导论 地球的面积： 510067860平方公里 海洋的面积： 36208.2万平方公里 平均深度： 3553.97米 最大深度： 11034米 海洋体积： 3377万立方公里

世界地图 “的里雅斯特” 马里亚纳海沟底部计算机三维图

海与洋的区别 海 洋 海是洋的边缘部分，隶属各大洋，以海峡或岛屿与洋相通或相隔，面积较小，约占海洋总面积的11％   是地球上连续咸水水体的主体部分，面积辽阔，远离大陆 离大陆近，深度较浅，一般在2000m 以内 水体深，一般在2000m 以上 不具有独立的潮波系统和潮流系统 具有独立的潮波系统和潮流系统 水文状况受大陆影响，各种环境因子变化剧烈，并有明显的季节变化 水文状况不受或很少受到大陆的影响，相对比较稳定 沉积物多为陆相沉积 沉积物多为海相沉积

海的分类 根据所处位置，可以分为： 边缘海、陆间海、内陆海、海湾、海峡等。

海洋休閒觀光

二、海水特性及其对海洋生物 生活的意义 海水中的溶解物质 海水的热学特性：热容量、蒸发潜能、比热容和 热导率； 3. 海水为微碱性缓冲溶液； 海水的热学特性：热容量、蒸发潜能、比热容和 热导率； 3. 海水为微碱性缓冲溶液； 4. 海水的密度：是温度、盐度、压力的函数； 5. 海水的黏性：其实质是海水对流动的阻力，与温度、 盐度有关； 6. 海水的表面张力：随温度和盐度的升高而增大 。

三、世界大洋 太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋。太平洋的面积为1.797亿平方公里，总体积为7.237立方公里，平均深度为4028米；大西洋面积为9336.9万平方公里，总体积3.377亿立方公里，平均深度3627米；印度洋面积为7491.7万平方公里，总体积2.919亿立方公里，平均深度3897米；北冰洋是世界上最小的洋，它终年为冰雪覆盖，面积为1310万平方公里，总体积1698万立方公里.

四、中国的海 渤海 黄海 东海 南海

五、海洋环境的划分 1、海洋具有三大环境梯度 2、海洋环境的划分 （1）赤道到两极的纬度梯度 （3）从沿岸到开阔大洋的水平梯度 （2）从海面到深海海底的深度梯度 （3）从沿岸到开阔大洋的水平梯度 2、海洋环境的划分

赤道到两极的纬度梯度 主要表现为赤道向两极的太阳辐射强度逐渐减弱，季节差异逐渐增大，每日光照持续时间不同，从而直接影响光合作用的季节差异和不同纬度海区的温跃层模式。

从海面到深海海底的深度梯度 主要由于光照只能透入海洋的表层（最多不超过200m），其下方只有微弱的光或是无光世界。温度也有明显的垂直变化，底层温度很低且较恒定，压力也随深度而不断增加，有机食物在深层很稀少。

从沿岸到开阔大洋的水平梯度 从沿海向外延伸到开阔大洋的梯度主要涉及深度、营养物含量和海水混合作用的变化，也包括其他环境因素（如温度、盐度）的波动呈现从沿岸向外洋减弱的变化 。

六、海岸动力作用 海岸动力作用有波浪、潮汐、海流和河流等。其中以波浪作用为主，潮汐作用只在有潮汐海岸对地貌起塑造作用，海流对海岸的地貌作用也没有波浪和潮汐作用那样显著，河流作用只局限在河口地带。

（一)、波浪作用(Wave) 波浪作用是海岸地貌形成过程中最为活跃的营力之一。风对海面作用，使水质点作周期运动，海面水体随之发生周期性起伏，形成波浪。 1．深水区波浪 2．浅水区波浪

海南岛东部激岸浪 暴风浪

(二)、潮汐作用(Tide) 潮汐是在太阳和月球引力作用下发生的海面周期性涨落现象。在很多地方为半日潮-在一昼夜有两次高潮和两次低潮，也有地方为全日潮。潮汐作用主要表现在两方面， 一是潮汐的涨落，使海面发生周期性的垂直运动，海面涨落过程称为涨潮和落潮，当海面涨到最高位和降到最低位时，称高潮位和低潮位，高潮和低潮的高差叫潮差。 二是使海面水体产生水平方向整体运动，形成潮流，涨潮时向岸流动的海水为涨潮流，落潮时向海流动的海水称落潮流。

(三)、海流作用 海流的形成可由风的作用、气压梯度、海水的密度和温度、江河淡水注入以及潮汐等影响所致。有些海流有定向性，每年大致向一个方向流动，流速和水量没有多大变化，也有一些海流方向和流速不固定。大部分海流从海洋到达海岸带沿途受海底摩擦、地形阻碍以及波浪、潮汐和河流水流的顶托，其作用已非常微弱.

墨西哥湾流 在所有的洋流中，有一条规模十分巨大，堪称洋流中的“巨人”，这就是著名的美国墨西哥湾流。它宽60公里～80公里，厚700米，总流量达到7400万立方米/秒～9300万立方米/秒，比世界第二大洋流——北太平洋上的黑潮要大将近1倍，比陆地上所有河流的总量则要超出80倍。若与我国的河流相比，它大约相当于长江流量的2600倍，或黄河的57000倍。墨西哥湾流与北大西洋洋流和加那利洋流共同作用后，调节西欧与北欧的气候。

(四)、海啸(Tsunami) 海啸是由突发的海底错动、海底滑坡、海底火山喷发、或滑入海洋中的陆上滑坡引起的巨型波浪。海啸波浪非常巨大，发源于局部并向四周传播，如同将石块投入水池一样。由构造错动海底，伴随地震的大型波浪又称地震海浪。

百年以来的七次大海啸 1、1908年12月28日意大利墨西拿地震引发海啸。震级7.5级。在近海掀浪高达12米的巨大海啸，地震发生在当天凌晨5点，海啸中死难82，000人，这是欧洲有史以来死亡人数最多的一次灾难性地震，是20世纪死亡人数最多的一次地震海啸。 2、1933年3月2日日本三陆近海地震引发海啸，震级8.9级，是历史上震级最强的一次地震，引发海啸浪高29米，死亡人数3，000人。 3、1959年10月30日墨西哥海啸引发山体滑坡，死亡人数5，000人。 4、1960年5月21号到27号，智利沿海地区发生二十世纪震级最大的震群型地震，其中最大震级8.4级，引起的海啸最大波高为25米。海啸使智利一座城市中的一半建筑物成为瓦砾，沿岸100多座防波堤坝被冲毁，2000余艘船只被毁，损失5.5亿美元，造成10，000人丧生。此外，海浪还以每小时600公里～700公里的速度扫过太平洋，使日本沿海1千多所住宅被冲走，2万多亩良田被淹没，15万人无家可归。 5、1976年8月16日，菲律宾莫罗湾海啸8，000人死亡。 6、1998年7月17号，非洲巴布亚新几内亚海底地震引发的49米巨浪海啸，2，200人死亡，数千人无家可归。 7、2004年12月26日印度尼西亚苏门答腊岛发生地震引发大规模海啸，到2005年1月10日为止的统计数据显示，印度洋大地震和海啸已经造成15.6万人死亡，这可能是世界近200多年来死伤最惨重的海啸灾难。

七、 海岸地貌(Coastal landforms) 波浪侵蚀和堆积过程中对海岸进行塑造，形成海岸侵蚀地貌和堆积地貌。 （一）、海岸侵蚀地貌 波浪侵蚀作用在基岩海岸最明显。基岩岸的水深大，外来的波浪能直接到达岸边，将大部分能量消耗在对岩壁的冲击上。

在海浪长期侵蚀下，基岩不断崩塌后退，形成高出海面的基岩陡崖，叫海蚀崖(Sea cliffs)。 山东省威海海岸

海蚀崖的下部，大致与海面高度相等处，在波浪的不断冲掏下形成凹槽，叫海蚀穴(wave-cut notch)。深度比宽度大的叫海蚀洞(sea caves)。

大连金石滩 向海突出的岬角同时遭受两个方向波浪作用，可使两侧海蚀穴蚀穿而成拱门状，称海蚀拱桥或海穹(sea arches)。

海蚀拱桥崩塌后，留下的岩柱或坚硬岩脉侵蚀残留成突立的岩柱，都叫海蚀柱(sea stacks)。

拦 湾 坝 海 岸 堆 积 地 貌

八、海洋环境的划分 水层环境 水底环境

水层环境 水平方向划分 近海带：又称沿岸区和近岸区。 大洋区：又称远洋区，占世界海洋的大 部分。

近海带及其特点 水平距离以200m等深线与大洋区为界。此处一般是大陆架的边缘，同时大体上相当于水层环境中真光带和无光带的界限。 特点： 1、盐度变化幅度较大，一般低于大洋； 2、理化因素具有季节性和突然性的变化； 3、营养元素和有机物质丰富； 4、生物种类和生物量大，生物多为广温性和广盐性； 5、是许多经济生物的产卵场、索饵场和栖息地。

大洋区环境特点 1、空间广阔，垂直幅度大； 2、透明度大，呈现深蓝色； 3、化学成分稳定，盐度较高，营养成分较低； 4、生物种类和生物密度低； 5、理化性质在空间和时间上的变化不大。

大洋区分层 上层： 中层： 深层： 深渊层： 超深渊层： （图示）

水底环境 所有海底及高潮时海浪所能够冲击到的全部区域。 划分 潮间带： 潮下带： 深海带： 深渊带： 超深渊带：

第二节 海洋环境因素及其与海洋 生物之间的相互关系 ★环境的概念 ☆广义的概念：是指某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体或生物群体的一切事物的总和。 ☆在生物科学中的概念：环境是指生物栖息地，以及直接或间接影响生物生存和发展的各种因素。 ☆在环境科学中的概念：人类是主体，环境是指围绕着人群的空间以及其中可以直接或间接影响人类生活和发展的各种因素的总和。

海洋理化环境因素 ★光因子的生态作用及生物的适应 ★温度因子的生态作用及生物的适应 ★水因子的生态作用及生物的适应 ★盐度因子的生态作用及生物的适应 ★表层流 ★溶解气体

光因子的生态作用及生物的适应 光在海洋中的水平分布 太阳辐射具有明显的纬度梯度： 热带海区一天中白天与黑夜各约12h, 温带海区夏季光照时间超过12h, 冬季少于12h 在极区，持续6个月的低能光照与6个月的黑暗交替。

光质的变化及其对生物的影响 光质（光谱成分）存在时空变化。 光在海水中的分布 植物光合作用利用可见光区（生理有效辐射）,其中红、橙光吸收最多，其次蓝、紫光，绿光最少（生理无效光） 辅助色素、补色光：蓝光与紫光有利于花青素的合成，使植物产生各种颜色，并引起向光性，抑制伸长生长，红光促进伸长生长。紫色塑料膜可使茄子增产，兰色膜可使草莓增产。 长波促进碳水化合物形成，短波促进有机酸和蛋白质合成。

光与海洋生物的分布及动物的趋光行为 （一）光与海洋生物的垂直分布 （二）浮游动物昼夜垂直移动现象 总的规律：白天，每一个种集中靠近一特定水层，临近黄 昏时，它们开始上升并持续整个黄昏时间，到达表面后，在 完全黑暗的夜间，种群趋于分散。临近天亮时再集中于表 层，然后迅速下降，直到原先白天栖息的水层。 逃避捕食者、能量代谢上的好处、有利于遗传交换、集群习 性可减少被捕食的机会、避免紫外线的伤害 （三）其他海洋动物的趋光行为及其在生产实践中的应用

光质的生态作用及生物的适应 不同光质对植物的光合作用、色素形成、向光性、形态建成影响不同。光合作用的光谱范围只是可见光区。 可见光对动物生殖、体色、迁徙、毛羽更换、生长、 发育都有影响。 不可见光对生物的影响也有多方面

不可见光对生物的影响 昆虫对紫外光有趋光现象，草履虫则为避光反应。 ◎紫外光致死作用 ◎波长360nm开始杀菌

紫外光杀生物的机理 细胞对光波的吸收谱线有一个规律，在250~270nm的紫外线有最大的吸收，被吸收的紫外线实际上作用于细胞遗传物质即DNA，它起到一种光化作用，紫外光子的能量被DNA中的碱基对吸收，使DNA分子中相邻的嘧啶形成嘧啶二聚体,抑制DNA复制与转录等功能 。使细菌当即死亡或不能繁殖后代，达到杀菌的目的。 嘧啶二聚体

生物对光周期的适应 ◎昼夜节律 ◎光周期现象 ◎植物的光周期 ◎动物的光周期

温度因子的生态作用及 生物的适应 ☆温度因子的生态作用 ☆生物对极端温度的适应 ☆温度与生物的地理分布 ☆变温与温周期现象 ☆物候节律 ☆休眠

温度因子的生态作用 ◎温度与生物生长 ◎生物生长的“三基点” 每一种酶的活性都有它的最低温度最适温度最高温度相应形成生物生长的“三基点” ◎一定温度范围内，生物的生长速率与温度成正比。 ◎温度与生物发育 ◎低温“春化”

海水的 温度 影响海水温度水平变化规律的主要因素： 海水热量收入与支出的比较： 洋流的影响：暖流增温，寒流降温 低纬度高于高纬度 季节的变化： 夏季高于冬季 洋流的影响：暖流增温，寒流降温

海洋水温分布 （一）表层水温变化 呈现明显自低纬度到高纬度递减的纬度梯度 图3－11

（二）海洋水温的垂直分布 不同纬度差异 图3－12

二、海洋生物对温度的耐受限度 及海洋生物的地理分布 （一）海洋生物对温度的耐受限度（广温性与狭温性） 温度的三基点：上限、下限及适宜范围 常温动物和变温动物；外温动物与内温动物 低温致死原因： （1）冰晶使原生质破裂 （2）细胞形成冰晶时，胞内电解质浓度改变，引起细胞 渗透压变化，蛋白质变性 （3）脱水使蛋白质沉淀 （4）代谢失调

高温致死原因 （1）蛋白质凝固变性 （2）酶活性被破坏 （3）氧供应不足，排泄等功能失调 （4）神经系统麻痹等 生物体最适温度范围接近上限，而下限安全性高于上限

温度与海洋生物的地理分布与迁移 1．温度与海洋生物的地理分布 温度和降水是影响生物在地球表面分布的两个最重要的生态因子，两者的共同作用决定着生物群落在地球分布的总格局。 一般地说，温度暖和的地区生物种类多；反之，寒冷地区生物的种类较少。 目前日益显著的全球气候变暖趋势以及局部地区的热污染可能将严重影响地球物种的分布。

2．两极同源和热带沉降 南北两半球中高纬度的生物在系统分类上表现有密切的 关系 ，有相应的种、属、科存在，这些种类在热带海区消 失。某些广盐性和广深性的冷水种，其分布可能从南北两 半球高纬度的表层通过赤道区的深水层而成为一个连续的 分布。 3．温度与海洋生物的迁移

海洋生物对低温环境的适应 形态方面 生理方面

盐度的生态作用 海水的组分 海水的溶解物质包括无机物、有机物和溶解气体。 海洋盐度分布 盐度对海洋生物的影响

海洋盐度分布 ◎大洋表层水盐度变化不大（32~37），平均为35。 ◎纬度20~30海区较高。 ◎温带和两极海洋及热带海区的赤道带盐度较低。 原因不同：赤道带盐度较低，是由于大量降雨和风速减弱的缘故； 两极海水盐度较低是因为低温蒸发弱和极地的融冰。 “Marcet原则”（海水组成恒定性规律） 尽管大洋海水的盐度是可变的，但其主要组份的含量比例却几乎是恒定的，不受生物和化学反应的显著影响，此即所谓“Marcet原则”，或称海水组成恒定性规律。

半咸水或咸淡水：是海水和淡水混合而盐度下 降的海水称为半咸水或咸淡水。 ◎浅海区盐度较大洋的低，且波动范围也较大（27~30） ◎半封闭海区（如波罗的海）盐度则低于25。 ◎河口区受淡水影响更为明显，盐度变化更大（0~30）。 超盐水：盐度超过40的海区的海水（如红海、热 带近岸泻湖）称为超盐水。 洋流的影响：寒流流经海区盐度低， 暖流流经海区盐度高。

红海卫星图片 世界上海水最热的海，也是最年轻的海,世界最咸的海

盐度对海洋生物的影响 ◎盐度与海洋生物的渗透压 ◎盐度与海洋生物的分布 由于渗透压的不同和产生渗透作用，没有渗透调节机制的海洋生物就可能出现细胞膨胀或产生质壁分离，从而出现代谢失调甚至导致死亡。 ◎盐度与海洋生物的分布 ◎狭盐性生物：对盐度变化很敏感，只能生活在盐度稳定的环境中。深海和大洋中的生物，是典型的狭盐性生物。 ◎广盐性生物：对于海水盐度的变化有很大的适应性，能忍受海水盐度的剧烈变化，沿海和河口地区的生物以及洄游性动物都属于广盐性生物。例如弹涂鱼能生活在淡水中，也能生活在海水中，这是它们长期适应不同盐度环境的结果。

二、盐度对海洋生物的影响 （一）盐度与海洋生物的渗透压 海洋动物可分为渗压随变动物（贻贝、海胆）与低渗压动物 渗压随变动物：体液与海水渗透压相等或相近 低渗压动物：大部分海洋硬骨鱼类经常通过鳃（盐细胞）把多余的盐排出体外或减少尿的排出量或提高尿液的浓度等方式来实现体液与周围介质的渗透调节。 低盐环境下鳃主动吸收离子，排出量大而稀的尿液。 洄游鱼类：内分泌调节改变离子泵方向

（二）盐度与海洋生物的分布（狭盐性生物与广盐性生物） 1. 狭盐性生物（stenohaline） 2. 广盐性生物（euryhaline） （三）不同盐度海区物种数量的差异 盐度的降低和变动，通常伴随着物种数目的减少，海洋动 物区系在生态学上的重要特点，是以狭盐性变渗压种类为 主的。

溶解气体 影响海水中溶解气体含量的主要因素 ◎各种气体在水中的溶解度不同； ◎温度与盐度的影响，通常是温度和盐度越低，溶解氧越高； ◎与生物的活动有关 （光合作用、呼吸作用、分解作用）。

溶解气体 ☆溶 解 氧 ☆二氧化碳和PH值 ☆氮

溶解氧 海水中溶解氧质量浓度约为0~8.5 mg/L，生物对海水氧含量有非常重要的作用。 ◎溶解氧在不同水层的浓度 ◎溶解氧的来源 ◎大气中的氧气可大量地溶入表层海水。 ◎绿色植物进行光合作用所放出的游离氧逸出。 ◎溶解氧在不同水层的浓度 ◎表层海水中溶解氧浓度最高。通常处于相应的大气压和海水温度条件下的 饱和状态。在浮游植物大量繁殖的海区，水中溶解氧出现暂时的过饱和现象， 饱和度可达100%~140%。 ◎透光层下方缺乏光合作用的氧气补充，溶解氧的含量逐渐下降。 ◎ 超过1000m深的水层，氧含量并不随深度的增加而连续下降，而是在 最小值后又开始上升。

人－海岸相互作用阶段 阶段1：人类很少或没有干预 阶段2：人类开始干预 阶段3：海岸开发 阶段4：海岸管理

迪拜雄心勃勃的人工岛计划——棕榈岛工程的一部分。这项计划耗资１４０亿美元，预计将于２００９年完工。届时，世界上最大的人工岛将完全浮出海面。 从高空俯瞰阿联酋的迪拜，依稀可见两棵巨大的棕榈树漂浮在蔚蓝色的海面上。仔细辨认，棕榈树竟是由一些错落有致、大大小小的岛屿组成。除棕榈树外，还能看到由３００个岛屿勾勒的一幅世界地图。缩小的法国、美国佛罗里达州、俄亥俄州都包括在