浮游植物的生態(tài)與地球生態(tài)系統(tǒng)的機(jī)制

前言

　　近年來(lái)，全球變暖、沙塵暴、洪水、風(fēng)暴潮和赤潮等災(zāi)害頻繁發(fā)生，嚴(yán)重地威脅著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展和生命財(cái)產(chǎn)的安全。出于防災(zāi)減災(zāi)的目的，人們對(duì)海洋生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的興趣一直在不斷增長(zhǎng)著，強(qiáng)烈關(guān)注陸地生態(tài)系統(tǒng)、海洋生態(tài)系統(tǒng)、大氣生態(tài)系統(tǒng)。大量研究海洋生態(tài)系統(tǒng)在地球生態(tài)系統(tǒng)中的作用和人類(lèi)對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)的影響以及地球生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。　　本書(shū)是在浙江海洋學(xué)院出版基金和國(guó)家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心主任科研基金——長(zhǎng)江口、膠州灣及其附近海域的生態(tài)變化過(guò)程（O5EMCl6）的共同資助下完成的?！　≡跁?shū)中，有許多方法、機(jī)制和原理，它們要反復(fù)應(yīng)用，解決不同的實(shí)際問(wèn)題和闡述不同的現(xiàn)象和過(guò)程。于是，出現(xiàn)許多次相同的段落。同時(shí)，有些段落作為不同的條件，來(lái)推出不同的結(jié)果；有些段落來(lái)自于結(jié)果，又作為條件來(lái)推出新的結(jié)果。這樣，就會(huì)出現(xiàn)有些段落的重復(fù)。如果只能第一次用，以后不再用，這樣在以后的解決和說(shuō)明中就不完善，無(wú)法有充分的依據(jù)來(lái)證明結(jié)論，而且方法、機(jī)制和原理就變得無(wú)關(guān)緊要了。在書(shū)中，每一章都是獨(dú)立地解決一個(gè)重要問(wèn)題，也許其中有些段落與其他章節(jié)中有重復(fù)。如果將重復(fù)的刪除，內(nèi)容顯得蒼白無(wú)力、層次錯(cuò)亂。因此，從作者角度盡可能地一定要保證每章內(nèi)容的邏輯性、條理性、獨(dú)立性、完整性和系統(tǒng)性?！　∽髡咄ㄟ^(guò)對(duì)膠州灣水域的研究（1996-2009）得到以下主要結(jié)果：　?。?）研究膠州灣營(yíng)養(yǎng)鹽硅的生物地球化學(xué)過(guò)程，建立相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算出膠州灣的浮游植物吸收營(yíng)養(yǎng)鹽硅的量，浮游植物對(duì)硅的內(nèi)稟轉(zhuǎn)化率和營(yíng)養(yǎng)鹽硅的量對(duì)浮游植物的吸收與水流稀釋的分配比例?！　。?）按照限制初級(jí)生產(chǎn)力的營(yíng)養(yǎng)鹽硅的變化，首次提出劃分初級(jí)生產(chǎn)力值的范圍分為三個(gè)部分：硅限制的初級(jí)生產(chǎn)力的基礎(chǔ)值，初級(jí)生產(chǎn)力的幅度和初級(jí)生產(chǎn)力的臨界值。通過(guò)浮游植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收比例，定量化地闡明營(yíng)養(yǎng)鹽硅限制浮游植物生長(zhǎng)的閾值和閾值的時(shí)間以及初級(jí)生產(chǎn)力受硅限制的閾值。詳細(xì)闡述了營(yíng)養(yǎng)鹽硅限制浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力的動(dòng)態(tài)過(guò)程。　?。?）分析認(rèn)為，在整個(gè)膠州灣不存在氮、磷的限制，營(yíng)養(yǎng)鹽硅在每年的春、秋、冬季呈現(xiàn)年周期變化限制膠州灣的浮游植物的生長(zhǎng)。

內(nèi)容概要

本招創(chuàng)新地從海洋環(huán)境學(xué)、生物學(xué)、乍物地球化學(xué)和生態(tài)學(xué)的角度，定量化研究了膠州灣浮游植物生態(tài)變化過(guò)程，揭示了孚游植物的生長(zhǎng)規(guī)律，深入探討了營(yíng)養(yǎng)鹽硅的生物地球化學(xué)過(guò)程與營(yíng)養(yǎng)鹽限制的判斷方法、法則和唯一性以及海洋環(huán)境與浮游植物生長(zhǎng)的生態(tài)學(xué)原理。同時(shí)，提出地球生態(tài)系統(tǒng)的補(bǔ)充機(jī)制，展示了人類(lèi)與地球生態(tài)系統(tǒng)的相互作用，剖析目前地球發(fā)牛的現(xiàn)象，預(yù)測(cè)了人類(lèi)影響下的地球發(fā)展趨勢(shì)。    本書(shū)共分為16章。主要內(nèi)容為生態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立方法和應(yīng)用，營(yíng)養(yǎng)鹽、光照時(shí)間和水溫對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的影響以及浮游植物生長(zhǎng)規(guī)律和地球生態(tài)系統(tǒng)的補(bǔ)充機(jī)制等。    本書(shū)適合海洋地質(zhì)學(xué)、環(huán)境學(xué)、生物學(xué)、生物地球化學(xué)、生態(tài)學(xué)、海灣生態(tài)學(xué)和河口生態(tài)學(xué)的有關(guān)科學(xué)工作者和相關(guān)學(xué)科的專(zhuān)家參閱，也適合高等院校師生作為教學(xué)和科研參考。

作者簡(jiǎn)介

楊東方，1984年畢業(yè)于延安大學(xué)數(shù)學(xué)系（學(xué)士）；1989年畢業(yè)于大連理工大學(xué) 應(yīng)用數(shù)學(xué)研究所（碩士），研究方向：Lenard方程唯n極限環(huán)的充分條件、微分方程在經(jīng)濟(jì)管理生物方面的應(yīng)用；1999畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院青島海洋研究所（博士），研究方向：營(yíng)養(yǎng)鹽硅、光和水溫對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的影響，專(zhuān)業(yè)為海洋生物學(xué)和生態(tài)學(xué)；同年在青島海洋大學(xué)，化學(xué)化工學(xué)院和環(huán)境科學(xué)與工程研究院做博士后研究工作，研究方向：膠州灣浮游植物的生長(zhǎng)過(guò)程的定量化初步研究。2001年出站后到上海水產(chǎn)大學(xué)工作，主要從事海洋生態(tài)學(xué)、生物學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科教學(xué)以及海洋生態(tài)學(xué)和生物地球化學(xué)領(lǐng)域的研究。在2001年被國(guó)家海洋局北海分局監(jiān)測(cè)中心聘為教授級(jí)高級(jí)工程師，在2002年被青島海洋局一所聘為研究員。在2004年6月被核心期刊《海洋科學(xué)》聘為編委。在2005年7月被核心期刊《海岸工程》聘為編委。在2006年2月被核心期刊《山地學(xué)報(bào)》聘為編委。在2006年11月被溫州醫(yī)學(xué)院聘為教授。在2007年11月被中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心聘為研究員。曾參加了國(guó)際GLOBEC（全球海洋生態(tài)系統(tǒng)研究）的研究計(jì)劃中的由十八個(gè)國(guó)家和地區(qū)聯(lián)合進(jìn)行的南海考察（在海上歷時(shí)三個(gè)月）；國(guó)際的LOICZ（沿岸帶陸海相互作用研究）的研究計(jì)劃中在黃海東海的考察及國(guó)際的JGOFS（全球海洋通量聯(lián)合研究）的研究計(jì)劃中在黃海東海的考察。而且也多次參加了青島膠州灣，煙臺(tái)近海的海上調(diào)查及獲取數(shù)據(jù)工作。參加了膠州灣等水域的生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程和持續(xù)發(fā)展等課題的研究。目前，正在進(jìn)行膠州灣、長(zhǎng)江口和萊州灣的生態(tài)、環(huán)境、生物地球化學(xué)過(guò)程的研究。

書(shū)籍目錄

第1章 生態(tài)數(shù)學(xué)模型及其在海洋生態(tài)學(xué)的應(yīng)用  1.1 生態(tài)數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)和類(lèi)型    1.1.1 生態(tài)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建    1.1.2 模型的特點(diǎn)和類(lèi)型  1.2 舉例說(shuō)明數(shù)學(xué)模型在生態(tài)學(xué)上的應(yīng)用    1.2.1 DINT模型    1.2.2 顆粒垂直通量模型    1.2.3 剩余產(chǎn)量模式    1.2.4 伯塔蘭菲生長(zhǎng)方程式    1.2.5 海洋中懸浮物質(zhì)再懸比率計(jì)算模式    1.2.6 膠州灣北部水層生態(tài)動(dòng)力學(xué)模型  1.3 應(yīng)用數(shù)學(xué)模型解決膠州灣的生態(tài)問(wèn)題    1.4 結(jié)論  參考文獻(xiàn)第2章 鐵對(duì)浮游植物生長(zhǎng)與大氣碳沉降的作用  2.1 鐵對(duì)浮游植物生長(zhǎng)影響的研究進(jìn)展-    2.1.1 鐵是浮游植物生長(zhǎng)的限制因子的起源與證據(jù)    2.1.2 研究結(jié)果與存在的問(wèn)題  2.2 刺激浮游植物生長(zhǎng)的鐵對(duì)大氣碳沉降的影響    2.2.1 浮游植物與限制因子    2.2.2 鐵對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的影響研究過(guò)程    2.2.3 鐵是限制因子的探討    2.2.4 鐵對(duì)大氣碳沉降的作用  2.3 結(jié)淪  參考文獻(xiàn)第3章 營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力的限制  3.1 硅是浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力的限制因子    3.1.1 研究海區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源    3.1.2 硅酸鹽濃度和初級(jí)生產(chǎn)力    3.1.3 硅酸鹽和水溫與初級(jí)生產(chǎn)力的關(guān)系    3.1.4 硅酸鹽的來(lái)源    3.1.5 初級(jí)生產(chǎn)力與硅酸鹽的分布特征    3.1.6 模型的生態(tài)意義    3.1.7 硅酸鹽與浮游植物優(yōu)勢(shì)種    3.1.8 海水的透明度與初級(jí)生產(chǎn)力的關(guān)系    3.1.9 浮游植物的結(jié)構(gòu)    3.1.10 營(yíng)養(yǎng)鹽硅的損耗過(guò)程  3.2 淺析浮游植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)鹽限制及其判斷方法    3.2.1 目前哪種營(yíng)養(yǎng)鹽可能成為限制因子    3.2.2 營(yíng)養(yǎng)鹽硅限制浮游植物生長(zhǎng)的判斷方法    3.2.3 膠州灣研究結(jié)果  3.3 硅限制和滿(mǎn)足浮游植物生長(zhǎng)的閾值和閾值時(shí)間    3.3.1 研究海區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源    3.3.2 營(yíng)養(yǎng)鹽Si：N(Si(OH)。：N03)的比值    3.3.3 Si：N的比值與初級(jí)生產(chǎn)力    3.3.4 膠州灣硅、氮、磷的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)    3.3.5 Si：N的比值與初級(jí)生產(chǎn)力    3.3.6 模型的生態(tài)意義    3.3.7 硅酸鹽的閾值和閾值時(shí)間    3.3.8 水流稀釋對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的影響    3.3.9 營(yíng)養(yǎng)鹽硅限制浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力的動(dòng)態(tài)過(guò)程  3.4 結(jié)論    參考文獻(xiàn)第4章 營(yíng)養(yǎng)鹽限制的判斷方法、法則和唯一性  4.1 營(yíng)養(yǎng)鹽限制的判斷法則和唯一性    4.1.1 營(yíng)養(yǎng)鹽限制的判斷方法    4.1.2 有關(guān)營(yíng)養(yǎng)鹽限制結(jié)論的不足    4.1.3 相應(yīng)的研究結(jié)果  4.2 氮、磷、硅營(yíng)養(yǎng)鹽限制的唯一性    4.2.1 研究海區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源    4.2.2 營(yíng)養(yǎng)鹽的平面分布和季節(jié)變化    4.2.3 陸源對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的影響  ……第5章 硅的虧損過(guò)程第6章 膠州灣的浮游藻類(lèi)生態(tài)現(xiàn)象第7章 光照時(shí)間對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的影響第8章 水溫對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的影響第9章 膠州灣環(huán)境變化對(duì)海洋生物資源的影響第10章 膠州灣水溫和營(yíng)養(yǎng)鹽硅限制切級(jí)生產(chǎn)力的時(shí)空變化第11章 營(yíng)養(yǎng)鹽硅和水溫影響浮游植物的機(jī)制第12章 浮游植物的生態(tài)第13章 地球生態(tài)系統(tǒng)的機(jī)制第14章 海洋生態(tài)和沙漠化的耦合機(jī)制第15章 海洋生態(tài)變化對(duì)氣候的影響及農(nóng)作物種植關(guān)系第16章 人類(lèi)與地球生態(tài)系統(tǒng)的相互作用

章節(jié)摘錄

　　生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程是全球性的研究熱點(diǎn)，如國(guó)際地圈和生物圈計(jì)劃（IGBP）。用于研究的模型方面，從早期的種問(wèn)競(jìng)爭(zhēng)、捕食的關(guān)系模型發(fā)展到生態(tài)過(guò)程、食物鏈模型。尤其在近代，全球的環(huán)境變化受到重視，隨著計(jì)算機(jī)的普及以及應(yīng)用數(shù)學(xué)的理論與方法的不斷完善，生態(tài)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型展示了物理、化學(xué)、地質(zhì)、環(huán)境、生物等學(xué)科的綜合的生態(tài)過(guò)程，如：ERSEM MAST-1 program report（1993）和Frost（1993）的歐洲北海區(qū)域的海洋生態(tài)系統(tǒng)模型、美國(guó)和加拿大對(duì)東海岸的喬治淺灘生態(tài)系、西海岸的加利福尼亞上升流生態(tài)系、切薩皮克灣生態(tài)系、圣勞倫斯灣生態(tài)等工作，使得生態(tài)條件大為改善。我國(guó)的生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)研究尚處在起步階段，然而，最近幾年，我國(guó)科學(xué)工作者追蹤國(guó)際前沿的發(fā)展趨勢(shì)，逐漸使我國(guó)在這一方面也得到了不斷的發(fā)展。　　海洋是一個(gè)資源豐富的巨大寶庫(kù)，隨著人類(lèi)科學(xué)研究的進(jìn)步，各種研究方法的更新，人類(lèi)對(duì)海洋的認(rèn)識(shí)也更為深入，對(duì)海洋資源的應(yīng)用也在不斷增加，隨著近海資源開(kāi)發(fā)利用對(duì)環(huán)境以及全球變化影響研究的不斷深化，人們普遍意識(shí)到海洋生態(tài)、特別是近海生態(tài)對(duì)人類(lèi)生存與發(fā)展的重要性。海洋生態(tài)學(xué)是研究海洋生物與其環(huán)境相互作用的科學(xué)，動(dòng)態(tài)和定量的研究是其發(fā)展的總趨勢(shì)，為了達(dá)到這個(gè)目的，在綜合海洋生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)要素作用的基礎(chǔ)上建立生態(tài)數(shù)學(xué)模型，利用模型討論模擬海洋生態(tài)系統(tǒng)的演變過(guò)程，已經(jīng)成為海洋生態(tài)學(xué)研究中最重要的方面之一?！　∧壳叭藗冋τ谘芯繌?fù)合海洋生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展，營(yíng)養(yǎng)動(dòng)力學(xué)機(jī)制、生態(tài)系統(tǒng)的生物過(guò)程等，于是產(chǎn)生了一系列模型，物質(zhì)輸運(yùn)和物質(zhì)平衡模型、營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充機(jī)制模型、營(yíng)養(yǎng)吸收動(dòng)力學(xué)模型、食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型和分室能流模型等，使得全球海洋生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)研究得以發(fā)展和完成，并對(duì)人類(lèi)生存、資源利用和環(huán)境保護(hù)有著重大的意義。為此，生態(tài)數(shù)學(xué)模型在海洋生態(tài)學(xué)研究中成為一種非常有價(jià)值的工具，正如D.W.Thompson（1942）所言“……數(shù)字上的精確性是科學(xué)的真正靈魂，達(dá)到這一點(diǎn)是判斷理論的真實(shí)性與實(shí)驗(yàn)的正確性的最好的、也許是唯一的標(biāo)準(zhǔn)?！?/pre>








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