3.3 溶解盐类Soluble Salts 盐度Concentration(Salinity)组分Component对盐度的适应Adaptations to salinity营养盐Nutrient3.3.1 天然水体的盐度v盐度Salinity：水中总溶解固体的量，用重量的千分数表示v海水的盐度：当碳酸盐全部转化为氯化物，溴和碘已为氯取代，所有有机物已完全氧化时，1kg海水中所含全部可溶性无机物的总克数，用符号S或S表示 天然水体按不同的划分体系，标准有差异国际湖沼学会划分体系（1958） 淡水freshwater： 0.010.5 混盐水brackish water(咸淡水/半咸水)：0.530 寡盐水 0.55 中盐水 518 多盐水 1830 真盐水marine 3040 (ocean 33-38 , average 35 ) 超盐水salty (saline, hypersaline) water 40347水体盐度的其它分类法阿列金分类法(我国水文部门常用)根据水的矿化度 淡水： 1 g/L 咸水：135 g/L 盐水：35g/LBeadle (1959)内陆水体划分法 淡水：3 （其中 0.53 为亚盐水） 低盐水：320 中盐水：2050 高盐水：50 天然水按主要离子成分划分 阿列金分类3型，3组存在优势离子混杂的过度情况，所以 Hammer (1986)根据超过阴离子总量之25%的两种阴离子再分为8个亚型3.3.2 溶质成分 (淡水 Vs 咸水)v淡水与咸水在组分上有显著差异:咸水富含 Na+, Cl-, Mg2+, SO42-淡水富含 Ca2+, HCO3-, and SO42-q地表水的溶质反映了流域内地质条件: 石灰岩limestone地区的水硬水，含有大量 Ca2+, HCO3- 花岗岩granitic地区的水软水，含矿物质很少海水已经Ca2+饱和，但仍在积累 Na+3.3.3 对盐度的适应性 喜(适)盐生物Halophile (halobiont): 需要盐度环境的生物. halophyte 嫌(避)盐生物Halophobe：对盐度的增加极为敏感，一般生活于盐度0.2 广盐性Euryhaline 能耐受较大范围盐度变化 狭盐性Stenohaline 限于/只能在狭窄盐度范围内生活盐度耐受能力的影响因子离子组成： 协同作用Synergism(synergetic effect)：两种共同作用的结果大于单独作用之和. 如 Zn2+ vs Cu2+拮抗作用Antagonism (antagonistic effect)：一种化学物质对另一种具类似结构物质的生理作用的干扰. 如 Ca2+, Mg2+ vs Na+, K+; Ca2+ vs Mg2+离子系数：钠、钾一价阳离子对钙、镁二价阳离子的比值(M/D). 视为水质量的一个重要指标 温度: 温度低，耐受性高 驯化: 提高耐受性 起源 & 生理状态：如罗非鱼、虹鳟3.3.4 水盐平衡渗透调节v随渗生物Osmoconformer：大多数海洋无脊椎动物 通过使其体液与外环境具有相同的渗透压而适应一定范围的环境盐度(isotonic 等渗) 离子随应者ionic conformers 某些随渗生物体液的离子组成及渗透压都与环境一致. 离子调节者ionic regulators 大多数随渗生物具有一定程度的调节能力，它们主动运送机制维持体液内特定离子的浓度，使体液内改离子浓度与环境的不同v调渗生物Osmoregulator： 能维持一个与其外环境不同的稳定的体液渗透压的生物 (hemeosomotic 恒渗) 低渗调节Hypotonic osmoregulator：维持其体液渗透压低于所生活的水环境 e.g. Artemia 高渗调节Hypertonic osmoregulator：维持体液渗透压高于环境。
e.g. 一种桡足类 Tigtiopus californicus，成体 1-2 mm长，生活于岩石海岸的盐沼，可通过合成氨基酸而提高体液渗透压，从而防止水分损失高渗调节随渗低渗调节稀释海水海水 浓缩海水卤虫在淡水中主动吸收离子以维持其体液渗透压高于环境但在海水中其体液可保持与环境一致环境渗透压体液渗透压v水生动物很少与环境保持一致:淡水鱼类是高渗调节的hyperosmotic (内液盐度高与环境)海洋鱼类是低渗调节的 hypo-osmotic (内液盐度低于环境)淡水生物的渗透调节对于淡水生物，保留离子是最重要的v淡水生物必须排除过量的水分并有选择的保留离子：水渗透进入体内通过稀薄的尿排除多余的水分肾有选择地保留离子通过鳃主动吸收离子也很重要海洋生物的渗透调节对海洋生物而言，保留水分是重要的v海水鱼类必须保留水分和排除多余的离子：因为渗透而向周围环境失去水分，因此要通过饮水来补充从鳃和肾排除多余的盐鳃，泌盐细胞某些鱼类(软骨鱼类sharks and rays) 通过将代谢废物以尿素的形式保留在血液内而使其体液渗透压与海水的一致3.3.5 营养盐Nutrients v常量营养素Macronutrients动植物大量需要的基本营养素，除了 H, C, O之外，还有N, P, S, K, Ca, Mg, Fe等v微量营养素Micronutrients 诸如 boron(硼), selenium(硒), zinc(锌), cobalt(钴), copper(铜)等需要量很少但很重要的营养元素特定的生物需要其他一些营养元素： 硅藻Diatoms Si 藻壳 固氮菌nitrogen-fixing bacteria Mo（钼）固氮中作为关键酶的组分有机体需要的主要营养盐及其主要作用元素 功能 N蛋白质和核酸的结构物质P 核酸、磷脂和骨骼的结构物质S很多蛋白质的结构物质K动物细胞中的主要溶质，参与植物分生组织活动，神经介质Ca骨骼、贝壳、植物细胞壁等的结构物质，细胞通透性的调节剂Mg叶绿素的组成成分，参与很多酶的活性Fe血红蛋白和很多酶的组成部分Na动物胞间液的主要溶质v 不同水体必需营养元素含量有差异.N and P :最重要的必需营养元素,经常是限制因子:典型的淡水含 N 0.40 mg/L, 含P 约 0.01 mg/L (NP)，P可能是限制因子；典型的咸水含 N 0.01 mg/L, 含P 约 0.01-0.1 mg/L (PN)，N可能是限制因子3.3.6 盐度对水生生物的影响 分布和种类多样性德国维斯法里区咸水湖群生物多样性盐度3030100100160160-200种类数6438121 生长：食蚊鱼生长的最适盐度为 2，鲤鱼为 4 繁殖: 降河洄游（catadromous） 和溯河（anadromous）洄游 发育Development3.4 溶解气体 Oxygen Carbon dioxide3.4.1 溶解氧DOv水中溶解氧的来源空气溶解影响因子：temperature、salinity、 atmospheric pressure、flow植物光合作用影响因子：light、temperature、nutrients新鲜水补给氧溶解度和溶氧浓度的控制因素淡水和大气的一些性质比较性质 水 空气水:空气氧浓度 (mL/L)7.0209.01:30密度 (kg/L)1.0000.0013 800:1粘滞度 (cP)1.00.0250:1比热 (cal L-1 -1)10000.313000:1扩散系数 (cm2/s) 氧2.510-50.1981:8000 二氧化碳1.810-50.1551:9000呼吸Respiration 影响因子：Temperaturebody sizeSalinitycurrent, etc. 分解Decomposition逸出DO的消耗生物根据对氧的需求分类 喜( 好) 氧性生物Aerobes广氧性生物Euryoxybes: 4-0.5cm3/L. e.g., 温水性和暖水性鱼类狭氧性生物Stenooxybes: DO7-11cm3/L or 1cm3/L. e.g., 冷水性鱼类 厌氧性生物Anaerobes专性厌氧生物Obligatory anaerobes兼性厌氧生物Facultative anaerobes 皮肤呼吸Surface of body：幽蚊幼虫 鳃Gill(包括外鳃): fish, amphibian, crab, shrimps, etc. 鳔Swim bladder: lung fish 肺Lung: frog, turtle, alligator, whale, dolphin 气管Trachea: some species of aquatic insects水生动物的呼吸方式 临界氧量critical oxygen concentration 窒息点asphyxia point 影响因子：温度、个体大小、盐度、水流等氧耗竭oxygen depletion (anoxia缺氧) 通常与缓流、高温、有根植物的大量生长、藻类水华、高浓度的有机物质等有关terms对低溶氧的适应 提高血色素Hemoglobin对氧的亲和力: oligochaetes, tubiflex, daphnia 提高呼吸频率 降低代谢强度 进行一定程度的厌氧呼吸 进行气呼吸辅助呼吸：mud loach(泥鳅), rice-field eel (黄鳝), snake-head fish (乌鳢), lungfish (肺鱼) 回避寻找DO丰富区域3.4.2 二氧化碳 (CO2)vCO2输入.: 水生植物比陆生植物有更稳定的CO2环境：在典型的 pH (6-9)下， 水对CO2的溶解度为 0.03% 吸收的CO2很快转化为 HCO3- ： CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- 这一过程使得CO2不断进入水中并提高 HCO3- 库的量以供植物利用 CO2的产出：呼吸作用二氧化碳的重要性和作用v光合作用的碳源v影响水的 pH 水体最重要的缓冲系统buffer system：重碳酸盐bicarbonate、碳酸盐carbonatev影响生物的呼吸酸中毒Root effectBohr effectQuestions for thought 动物通过哪些生理方法维持与环境之间的水盐平衡？ 盐度和离子组成对水生生物有何影响？ 哪些因素造成湖泊在夏季和冬季低溶氧或缺氧? 水生动物如何适应低溶氧环境？ 为什么在湖泊中P比N更多限制生产力? 。