水生生物学养殖水域生态学第第十章十章初级生产力初级生产力1谢谢观赏2019-8-23第一节第一节初级生产力及其测定方法初级生产力及其测定方法 n n一、生物生产力及有关概念一、生物生产力及有关概念 n n二、水体中的初级生产过程二、水体中的初级生产过程 n n三、初级生产力的测定方法三、初级生产力的测定方法 2谢谢观赏2019-8-23一、生物生产力及有关概念一、生物生产力及有关概念 n n生物生产力是生态系统提供生物产品高低的一种性能，它既是生态系中能量流动和物质循环这两大功能的综合表征，又是生物种群通过同化作用生产或积累有机质的能力水体生物生产力是与土壤肥力相类似的概念，不仅取决于水体的特性，而且与种群的特性密切联系 3谢谢观赏2019-8-23现存量或生物量n n现 存 量 (standing crop)或 生 物 量(biomass)：指水体单位面积或单位体积内生物有机质的重量例如底栖生物用g/m2或kg/m2来表示；浮游生物量通常用g/m3或mg/L来表示；鱼类现存量通常用kg/hm2来表示水体单位面积内所能维持的最高的鱼重量称为水体鱼载力4谢谢观赏2019-8-23生产量n n生产量(production)：指一定时间内单位面积(m2，hm2)或单位水体积(m3,L)内所产生的生物有机质的重量，现存量和生产量也常用能量单位(J,kJ)表示。
5谢谢观赏2019-8-23收获量n n收获量(yield)：一定时间内捕捞出的那一部分产量池塘和其他小水体可以一次把鱼全部捕出，收获量和鱼产量较接近(加上死亡的鱼就是生产量)，大水面的渔获量占生产量或多或小的一部分，它与捕捞技术和需要有关6谢谢观赏2019-8-23周转率和周转时间n n周转率(turnover rate)：一定时间内新增加的生物量(P)与这段时间内平均生物量(B)的比率(通称P/B系数)周转率的倒数(B/P)就是周转时间(turnover time)，它表示生物量周转一次所需时间 7谢谢观赏2019-8-23初级产量、次级产量n n 根据生物的营养特点，生产量可分为初级产量根据生物的营养特点，生产量可分为初级产量（primary productionprimary production）和次级产量）和次级产量( (secondary secondary production)production)自养生物通过光合作用或化合作自养生物通过光合作用或化合作用在单位时间、用在单位时间、 单位面积或容积内所合成的有单位面积或容积内所合成的有机质的量称为初级产量，异养生物在单位时间机质的量称为初级产量，异养生物在单位时间内同化、生长和繁殖而增加的生物量或所贮存内同化、生长和繁殖而增加的生物量或所贮存的能量，称为次级产量。
生产量是生产力的体的能量，称为次级产量生产量是生产力的体现，一般说来，初级产量和初级生产力是同义现，一般说来，初级产量和初级生产力是同义词，但次级产量不一定代表次级生产力词，但次级产量不一定代表次级生产力 8谢谢观赏2019-8-23初级产量的进一步划分n n对对 于于 初初 级级 产产 量量 要要 区区 分分 初初 级级 毛毛 产产 量量 (gross (gross primary primary production)production)、 初初 级级 净净 产产 量量 (net (net primary primary production)production)和和 群群 落落 净净 产产 量量 (net (net community community production)production)三三个个概概念念初初级级毛毛产产量量指指自自养养生生物物所所固固定定的的总总能能量量或或所所合合成成的的全全部部有有机机质质量量( (包包括括已已被被本本身身消消耗耗的的) )；初初级级净净产产量量指指自自养养生生物物本本身身呼呼吸吸消消耗耗以以外外剩剩余余的的能能量量或或有有机机质质量量；群群落落净净产产量量，也也称称生生态态系系净净产产量量，指指整整个个生生态态系系中中自自养养生生物物所所固固定定的的能能量量除除去去全全部部生物呼吸消耗以外的剩余部分，即：生物呼吸消耗以外的剩余部分，即：n n群落净产量群落净产量= =初级净产量初级净产量- -异养生物呼吸量异养生物呼吸量 9谢谢观赏2019-8-23胞外产物胞外产物n n植物在生活过程中经常向水中释放溶解有机质(DOM)，这一部分有机质可占光合产物的相当比重，称为胞外产物胞外产物。
n n 从表8-1可见，胞外产物占光合合成碳的百分比变化很大，从7%到83%，Fogg指出最高值可达95%但在培养条件下则低得多，一般仅0.5%4.5% 10谢谢观赏2019-8-23水柱呼吸量水柱呼吸量n n水水水水柱柱柱柱呼呼呼呼吸吸吸吸量量量量代代表表水水层层中中有有机机质质的的分分解解速速率率，前前已已指指出出，浮浮游游植植物物毛毛产产量量减减去去水水柱柱群群落落的的呼呼吸吸量量就就是群落或生态系的净产量是群落或生态系的净产量n n 水柱呼吸量也就是黑瓶中氧的消耗量，主要包水柱呼吸量也就是黑瓶中氧的消耗量，主要包括浮游植物本身以及细菌和浮游动物呼吸的耗氧括浮游植物本身以及细菌和浮游动物呼吸的耗氧量据(1976)(1976)对原苏联对原苏联1010个湖泊个湖泊和和2 2个水库的统计，浮游植物呼吸平均占群落呼吸个水库的统计，浮游植物呼吸平均占群落呼吸量的量的19.1%(4%19.1%(4%32%)32%)，细菌占，细菌占57.4%(44%57.4%(44%73%)73%)，浮游动物占，浮游动物占23.5%(5%23.5%(5%34%)34%)，但在富营养程度，但在富营养程度很高的武汉东湖，藻类群落的呼吸速率很高的武汉东湖，藻类群落的呼吸速率(66 (66 mgCmgC/m/m3 3 h)h)高于异养细菌高于异养细菌(51 (51 mgCmgC/m/m3 3 h)h)。
11谢谢观赏2019-8-23n n水水柱柱毛毛产产量量(P)(P)和和呼呼吸吸量量(R)(R)的的比比值值是是生生态态系系统统生生产产力力特特点点的的一一个个重重要要指指标标在在贫贫营营养养型型湖湖P/RP/R通通常常小小于于1 1，群群落落或或生生态态系系统统净净产量产量( (P Pe e) )常为负值；在富营养型湖常为负值；在富营养型湖P/RP/R值近于值近于1 1n n P/RP/R1 1表表明明在在水水体体生生物物学学过过程程中中外外来来有有机机质质起起很很大大的的作作用用，水水中中细细菌菌的的生生产产量量和和呼呼吸吸量量都都很很高高细细菌菌分分解解外外来来有有机机质质为为浮浮游游植植物物提提供供养养分分，因因此此在在这这一一类类型型生生态态系系统统的的初初级级生生产产力力中中，很大部分来自外来有机质所提供的新生养分很大部分来自外来有机质所提供的新生养分n n P/R1P/R1是是中中营营养养型型湖湖的的特特点点，它它表表示示浮浮游游植植物物同同化化利利用用的的养养分分实实际际上上与与本本身身初初级级产产量量分分解解后后释释放放出出的的养养分分相相等等，也也就就是是说这类生态系统初级生产的养分主要是内生的再循环的养分。
说这类生态系统初级生产的养分主要是内生的再循环的养分n n P/RP/R年年均均值值1 1很很罕罕见见，只只有有在在有有大大量量营营养养盐盐类类进进入入水水域域的的情况才有这种情况，如水域施化学肥料时情况才有这种情况，如水域施化学肥料时n n养鱼池养鱼池P/RP/R值与施肥种类有关，国外多施无机肥料，值与施肥种类有关，国外多施无机肥料，P/RP/R大于大于1 1，有时达到，有时达到6 67(7( 等，等，1965)1965)P/RP/R值过高，表明初级产值过高，表明初级产量的利用率低，物质循环速率不高，是肥效低的标志中国高量的利用率低，物质循环速率不高，是肥效低的标志中国高产鱼池以施有机肥料为主，产鱼池以施有机肥料为主，P/RP/R值常低于值常低于1 1或近于或近于1 1，有些兼施，有些兼施化肥的鱼池大于化肥的鱼池大于1 1，如南汇渔场成鱼池以化肥养鱼，如南汇渔场成鱼池以化肥养鱼，P/RP/R值高达值高达3.413.41 12谢谢观赏2019-8-23二、水体中的初级生产过程二、水体中的初级生产过程 n n (一) 光合作用光合作用 n n（二）化合作用化合作用 13谢谢观赏2019-8-23 (一)光合作用光合作用 n n 绿绿色色植植物物的的光光合合作作用用是是水水体体内内自自养养生生产产过过程程的的主主要要部部分分。
自自养养生生物物是是借借助助太太阳阳能能合合成成有有机机质质的的，光光合合作作用用的的全全过过程程并并不不是是都都需需要要光光，而而是是需需光光的的光光反反应应和和不不需需光光的的暗暗反反应应两两个个不不可可分分割割过过程程的的综综合n n 光反应的第一步是叶绿素吸收光能使水分解：光反应的第一步是叶绿素吸收光能使水分解：n nH H2 2O (H) + (OH)O (H) + (OH)n n两个两个OHOH- -再形成再形成H H2 2O O并放出并放出O O2 2n n2(OH) H2(OH) H2 2O O2 2 H H2 2O + 1/2 OO + 1/2 O2 2n n 光光分分解解时时分分离离出出来来的的氢氢原原子子(H)(H)经经过过一一段段复复杂杂的的化化学学反反应应，和和二氧化碳形成碳水化合物这段过程不需要光，为暗反应二氧化碳形成碳水化合物这段过程不需要光，为暗反应n n 整个光合作用的方程式表示如下：整个光合作用的方程式表示如下：n n6 6COCO2 2 + 6H + 6H2 2O + 2 826kJO + 2 826kJC C6 6H H1212O O6 6 + 6O + 6O2 2n n( (二氧化碳二氧化碳) () (水水) () (光能光能) () (葡萄糖葡萄糖) () (氧氧) )14谢谢观赏2019-8-23n n藻藻类类的的其其他他色色素素也也能能吸吸收收光光能能，但但吸吸收收的的能能量量必必须须传传递递给给叶叶绿绿素才起作用，因为只有叶绿素能进行水的光分解作用。
素才起作用，因为只有叶绿素能进行水的光分解作用n n 在在光光合合过过程程中中光光反反应应和和暗暗反反应应交交替替进进行行，光光反反应应阶阶段段约约经经10-5s10-5s，暗暗反反应应经经历历时时间间就就慢慢得得多多，约约为为光光反反应应的的10 10 000000倍倍n n 光光合合作作用用中中所所形形成成的的葡葡萄萄糖糖进进一一步步转转化化为为难难溶溶性性的的高高分分子子糖糖类类、脂脂肪肪和和其其他他贮贮藏藏物物质质如如果果只只考考虑虑到到有有机机质质成成分分中中碳碳、氢氢、氧氧、氮氮、磷磷五五种种最最主主要要的的元元素素，就就可可以以用用下下列列近近似似方方程程式式表表示示：n n214214CHCH2 2O O + + 16NH16NH3 3 + + HPOHPO4 42- 2- + + 107.5O107.5O2 2 CC106106H H263263O O110110N N1616P P + + 108CO108CO2 2+107H+107H2 2O On n 在在静静水水水水体体中中一一些些具具叶叶绿绿素素的的细细菌菌( (光光合合细细菌菌) )能能够够利利用用光光能能使使二二氧氧化化碳碳和和硫硫化化氢氢合合成成葡葡萄萄糖糖，这这种种光光合合作作用用的的方方程程式式如如下：下：n n6 6COCO2 2 + 12H + 12H2 2S+S+（光能）（光能）= = C C6 6H H1212O O6 6 + 12S +6H+ 12S +6H2 2O On n 例如某些红色硫细菌在湖泊和池塘中都很常见，当水体中缺例如某些红色硫细菌在湖泊和池塘中都很常见，当水体中缺氧但有光线透入时，它们可以利用硫化。