水生生態系統就是指水生生物群落與水環境構成的生態系統。水生生態系統在人類的生活環境中起著十分重要的作用。一方面，它在維持全球物質循環和水循環中具有重要的作用；另一方面，它還承擔著水源地、動力源、交通運輸、污染淨化場所等功能。
基本介紹
- 中文名：水生生態系統
- 外文名：Aquatic ecosystem
- 功能：水源地、動力源、污染淨化等
- 類型：各類水域生態系統
- 屬性：生態系統
- 包括：海洋，淡水，濕地生態系統
基本介紹,分類,海洋生態系統,淡水生態系統,濕地生態系統,葉綠素法,原理,儀器與材料,實驗步驟,結果計算,特點,
基本介紹
水生生態系統就是指水生生物群落與水環境構成的生態系統。水生生態系統在人類的生活環境中起著十分重要的作用。一方面，它在維持全球物質循環和水循環中具有重要的作用；另一方面，它還承擔著水源地、動力源、交通運輸、污染淨化場所等功能。
分類
海洋生態系統
海洋生態系統是生物圈內面積最大、層次最豐富的生態系統。全球海洋總面積3.6×10km2，占全球面積的70.8%，全球海洋總儲水量約1.34×10km3，占全球總儲水量的96.5%。海洋平均含鹽度32‰～38‰，鹽類中以氯化物為主要成分。
海洋生態系統的生產者，主要包括海岸帶高大而常綠的紅樹林、大小不一的藻類及大量的浮游植物，它們生活在淺海幾米到幾十米的深處，在海洋生態系統中占有非常重要的地位，是海洋生產力的基礎，也是海洋生態系統能量流動和物質循環的最主要的環節。消費者包括海洋中所有動物，一級消費者有甲殼類和橈足類，其他消費者包括海洋魚類、哺乳類、爬行類、海鳥以及某些軟體動物(烏賊)和一些蝦類等。
由於海水深度的不同，水體的物理、化學性質的差異，影響著生物種類和數量的分布，因此，海洋生態系統又可分為3個亞系統類型。
海岸帶或潮間帶是海陸之間的群落交錯區，其特點是有周期性的潮汐，此帶營養物質受陸地輸入的影響而較為豐富，生產力高。
淺海帶主要是大陸架部分，此帶的營養物質，也因陸地輸入而較為豐富。浮游植物是主要生產者。我國的渤海、黃海、東海及南海的大陸架部分屬淺海區域。生產力較高，常見的經濟動物有對蝦、毛蝦、墨魚、帶魚、大小黃魚等。
遠洋帶是海洋生態系統的正體，占海洋面積的90%以上，平均水深4 000m，遠洋帶生態系統雖有大量的生物資源，但生產力很低。遠洋帶的動物種類比較少，但也有些特殊種類，如有柄的海百合和一些矽質海綿等。
淡水生態系統
淡水生態系統通常是互相隔離的，它包括大多數江河、湖泊、池塘和水庫等。水體中含鹽度在0.001%～0.05%之間，鹽類中以碳酸鹽為主。淡水水域中物理化學因素極其複雜，水域間的差異也很大，深度超過100m的湖很少，全世界水深超過1000m的只有貝加爾湖和坦噶尼喀湖。全球淡水水域總面積為4500×10km2，僅占地球總面積的0.5%，水的來源主要靠降水補給。但它是人類利用時間最長、利用率最高的一類水域。
淡水生態系統中的生產者，包括體積極小的浮游植物，如硅藻、綠藻和藍藻等；水面生活的大型水生植物，如紫背浮萍、水浮蓮及鳳眼蓮等；岸邊植物如蘆葦和香蒲等。以這些植物為食的枝角類、橈足類和草食性魚類是一級消費者，以植食性動物為食的肉食性動物為二級及二級以上消費者，如青魚、狗魚等。
根據水的流動性，還可以把淡水生態系統分為流動水域和靜水水域生態類型。
流水生態系統包括江河、溪流。一般情況下，河流上游流速快，下游流速較緩慢。在河的源頭，多達99%的能量由河外供應。到下游後，河水流速漸緩，深度增加，對外界的依賴性減少。急流生態系統中水的含氧量高，水底沒有污泥，棲息在那裡的生物多附著在岩石表面或隱藏於石下，以防止被水沖走。緩流生態系統的水底多淤泥，底層易缺氧，浮遊動物多，底棲種類多埋於底質之中。
靜水生態系統包括是陸地上的淡水湖泊、池塘和水庫。湖泊生態系統是一個典型的靜水生態系統。任何一個湖泊生態系統在結構上都可分為3個層次：沿岸帶、表水層和深水層。在沿岸帶，湖水較淺，陽光較強，O2充足，溫度也高，營養物質豐富。因此，沿岸帶聚集著大量的植物和動物。其中，水生綠色維管植物和浮游藻類等生產者尤為繁盛，並且由湖岸向湖心的方向深入，植物帶呈同心圓狀分布。淺水層也稱湖沼帶，陽光依然很充足，溫度較高，浮游植物及其他自養生物占優勢，包括硅藻、藍藻、綠藻、雙鞭甲藻等，它們的光合作用旺盛，水域中的O2含量高，因此吸引了許多消費者，如浮遊動物中的原生動物、輪蟲、枝角類或橈足類等。而浮游生物又為自游生物-各種魚類提供了豐富的食餌，因此很多魚類也在表水層中生活。在深水層中，因為光線微弱，不能滿足綠色植物光合作用的需要，所以深水層以異養動物和兼氣性細菌為主。異養動物以各種小型浮遊動物為食餌，細菌則分解沉落下來的有機殘體。所產生的無機物質一部分再度為藻類利用，由此可見表水層和深水層之間存在著複雜的影響關係。
濕地生態系統
濕地是指不論其為天然或人工、長久或暫時的沼澤地、泥炭地或水域地帶，帶有或靜止或流動，或淡水、半鹹水或鹹水水體者，包括低潮時水深不超過6m的水域，是介於陸地和水生環境之間的過渡區域。由於水陸相互作用形成了獨特的生態系統類型，兼有兩種生態系統的某些特徵，廣泛分布於世界各地。據統計，全世界共有濕地8.56×10km2，占陸地面積的6.4%(不包括海濱濕地)，其中，以熱帶比例最高，占濕地總面積的30.28%，寒帶占29.89%，亞熱帶占25.06%，亞寒帶占11.89%。濕地生態系統主要包括湖泊濕地、沼澤濕地和海濱濕地3種類型，被一些科學家稱為“地球之腎”。
葉綠素法
原理
葉綠素(chlorophyll)是一類與光合作用有關的最重要的色素，包括葉綠素a、b、c、d、f以及原葉綠素和細菌葉綠素等。高等植物主要有葉綠素a和葉綠素b兩種，均不溶於水，可溶於有機溶劑，如乙醇、丙酮及乙醚等。葉綠素a呈藍綠色，而葉綠素b呈黃綠色。在一定的光照強度下，葉綠素a的含量與光合作用強度之間存在密切關係，因此，可用分光光度法測定葉綠素a的含量作為判斷水生生態系統初級生產力大小的指標，也可用於水體富營養化水平的評價，是水質檢測的常規項目。
儀器與材料
采水器，抽濾器，離心機，透明度盤，研缽，乙酸纖維濾膜(孔徑0.80μm、0.45 μm)，濾紙，玻璃棒，分光光度計，離心機，漏斗，90%丙酮，碳酸鎂粉末，石英砂。
實驗步驟
用透明度盤測定水體透光深度，確定採樣水深。
用采水器取適量水樣，加少量碳酸鎂粉，放於暗處，迅速帶回實驗室測定。
在抽濾器上裝好乙酸纖維濾膜，先用0.80μm，再用0.45μm光面在下，粗糙面在上。
向抽濾器中倒入500 mL的水樣進行抽濾，抽濾時負壓應不大於50 kPa，抽完後，繼續抽1～2 min，以減少濾膜上的水分。
將載有浮游植物樣品的濾膜放入研缽中，加入少量碳酸鎂粉末和少量石英砂及2～3 mL 90%丙酮，充分研磨，提取葉綠素a。
將研磨後的勻漿物移入離心管中，用離心機(3000 r/min)離心10min。將上清液移入10mL的容量瓶中。再用2～3 mL 90%丙酮，繼續研磨提取，離心10min，並將上清液轉入容量瓶中。重複1～2次後，在用90%丙酮定容為10mL，搖勻。
將定容好的提取液在分光光度計上，用1cm光程的比色皿，以90%丙酮作空白，分別讀取750 nm、663 nm、645 nm、630 nm波長的吸光度，其中，750 nm的光密度用作校正樣品的渾濁度，而663 nm、645 nm、630 nm吸光度則用以測定葉綠素a。
結果計算
葉綠素a含量的計算
式中： D——吸光度；
V1——提取液定容後的體積(V1=10 mL)；
V——抽濾水樣體積(V=0.5 L)；
δ——比色皿光程(δ=1 0 mm)。
初級生產力的估算
表層水(1 m以內)中浮游植物的潛在生產力(Ps)根據表層水葉綠素A的含量計算：
Ps[mg/(m3▪h)]=1000Ca ▪Q
式中 Ca——表層葉綠素a的含量(mg/m3)；
Q——同化係數(mgC/mgChla·h)，表層水的同化係數為3.7。
特點
水體為水生生物的繁衍生息提供了基本的場所，各種生物通過物質流和能量流相互聯繫並維持生命，形成了水生生態系統(aquatic ecosystem)。其構成要素有生產者、消費者、分解者和非生物類物質四類。非生物類物質是指水、氧氣、二氧化碳、氮和磷營養物質等作為生物生長原料的無機物質以及生物排泄物和死體等有機物質。生產者是指利用光能或無機物，合成有機細胞物質的生物，稱為一級生產者。水環境中有代表性的生產者是光合自養型的藻類及部分水生植物。另外。利用氧化能的化學合成自養型硝化細菌也屬於生產者範疇。消費者是以生產者產生的有機物為食料的異養型生物，稱為捕食者。浮游生物、魚類、哺乳類動物等是典型的消費者，其中直接捕食生產者的稱為一級消費者，捕食一級消費者的稱為二級消費者，依此類推。分解者都是異養型生物，如細菌、真菌、放線菌及原生動物和一些小型無脊椎動物。它們分解生物死體和排泄物，使之成為簡單的無機物質，供生產者再利用。
上述表明，維持生命所必需的物質是在生態系統中循環往複利用的。一般來講，水體中的生物大致劃分為脊椎動物、底棲生物、浮游生物和水生高等植物四大生態類群。它們各自組成水生生態系統十分重要的生命單元，形成錯綜複雜的相互依存而且相互制約的食物鏈(food chain)。
食物鏈中各種生物與它們生存的環境之間通過能量流動和物質循環保持著相互依存的關係，這種關係在一定的空間範圍和一定時間內呈現穩定狀態，即保持生態平衡(ecological balance)。
天然水體對排入其中的某些物質具有一定限度的自然淨化能力，使污染的水質得到改善。但是如果污染物過量排放，超過水體自身的環境容量，這種功能就會喪失，從而導致水質惡化。
水體受到嚴重污染後，不但直接危害人體健康。首當其衝受害的是水生生物。因為在正常的水生生態系統中，各種生物的、化學的、物理的因素組成高度複雜、相互依賴的同一整體，物種之間的相互關係都維持著一定動態平衡，也就是生態平衡。如果這種關係受到人為活動的干擾，如水體受到污染，那么這種平衡就會受到破壞，使生物種類發生變化，許多敏感的種類可能消失，而一些忍耐型種類的個體大量繁殖起來。如果污染程度繼續發展和加劇，不僅導致水生生物多樣性的持續衰減，最終還會使水生生態系統的結構和功能遭到破壞，其影響十分深遠。
