浮游植物的生態(tài)與地球生態(tài)系統(tǒng)的機制

前言

　　近年來，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)重地威脅著人類社會的發(fā)展和生命財產(chǎn)的安全。出于防災(zāi)減災(zāi)的目的，人們對海洋生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的興趣一直在不斷增長著，強烈關(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)中的作用和人類對地球生態(tài)系統(tǒng)的影響以及地球生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢?！　”緯窃谡憬Ｑ髮W(xué)院出版基金和國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測中心主任科研基金——長江口、膠州灣及其附近海域的生態(tài)變化過程（O5EMCl6）的共同資助下完成的?！　≡跁?，有許多方法、機制和原理，它們要反復(fù)應(yīng)用，解決不同的實際問題和闡述不同的現(xiàn)象和過程。于是，出現(xiàn)許多次相同的段落。同時，有些段落作為不同的條件，來推出不同的結(jié)果；有些段落來自于結(jié)果，又作為條件來推出新的結(jié)果。這樣，就會出現(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明中就不完善，無法有充分的依據(jù)來證明結(jié)論，而且方法、機制和原理就變得無關(guān)緊要了。在書中，每一章都是獨立地解決一個重要問題，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)容顯得蒼白無力、層次錯亂。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、獨立性、完整性和系統(tǒng)性。　　作者通過對膠州灣水域的研究（1996-2009）得到以下主要結(jié)果：　?。?）研究膠州灣營養(yǎng)鹽硅的生物地球化學(xué)過程，建立相應(yīng)的動力學(xué)模型，計算出膠州灣的浮游植物吸收營養(yǎng)鹽硅的量，浮游植物對硅的內(nèi)稟轉(zhuǎn)化率和營養(yǎng)鹽硅的量對浮游植物的吸收與水流稀釋的分配比例?！　。?）按照限制初級生產(chǎn)力的營養(yǎng)鹽硅的變化，首次提出劃分初級生產(chǎn)力值的范圍分為三個部分：硅限制的初級生產(chǎn)力的基礎(chǔ)值，初級生產(chǎn)力的幅度和初級生產(chǎn)力的臨界值。通過浮游植物對營養(yǎng)鹽的吸收比例，定量化地闡明營養(yǎng)鹽硅限制浮游植物生長的閾值和閾值的時間以及初級生產(chǎn)力受硅限制的閾值。詳細闡述了營養(yǎng)鹽硅限制浮游植物初級生產(chǎn)力的動態(tài)過程?！　。?）分析認(rèn)為，在整個膠州灣不存在氮、磷的限制，營養(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。

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)變化過程，揭示了孚游植物的生長規(guī)律，深入探討了營養(yǎng)鹽硅的生物地球化學(xué)過程與營養(yǎng)鹽限制的判斷方法、法則和唯一性以及海洋環(huán)境與浮游植物生長的生態(tài)學(xué)原理。同時，提出地球生態(tài)系統(tǒng)的補充機制，展示了人類與地球生態(tài)系統(tǒng)的相互作用，剖析目前地球發(fā)牛的現(xiàn)象，預(yù)測了人類影響下的地球發(fā)展趨勢。    本書共分為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，營養(yǎng)鹽、光照時間和水溫對浮游植物生長的影響以及浮游植物生長規(guī)律和地球生態(tài)系統(tǒng)的補充機制等。    本書適合海洋地質(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)濟管理生物方面的應(yīng)用；1999畢業(yè)于中國科學(xué)院青島海洋研究所（博士），研究方向：營養(yǎng)鹽硅、光和水溫對浮游植物生長的影響，專業(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過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年被國家海洋局北海分局監(jiān)測中心聘為教授級高級工程師，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》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月被中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心聘為研究員。曾參加了國際GLOBEC（全球海洋生態(tài)系統(tǒng)研究）的研究計劃中的由十八個國家和地區(qū)聯(lián)合進行的南?？疾欤ㄔ诤Ｉ蠚v時三個月）；國際的LOICZ（沿岸帶陸海相互作用研究）的研究計劃中在黃海東海的考察及國際的JGOFS（全球海洋通量聯(lián)合研究）的研究計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)動態(tài)過程和持續(xù)發(fā)展等課題的研究。目前，正在進行膠州灣、長江口和萊州灣的生態(tài)、環(huán)境、生物地球化學(xué)過程的研究。

書籍目錄

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)模型的特點和類型    1.1.1 生態(tài)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建    1.1.2 模型的特點和類型  1.2 舉例說明數(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 伯塔蘭菲生長方程式    1.2.5 海洋中懸浮物質(zhì)再懸比率計算模式    1.2.6 膠州灣北部水層生態(tài)動力學(xué)模型  1.3 應(yīng)用數(shù)學(xué)模型解決膠州灣的生態(tài)問題    1.4 結(jié)論  參考文獻第2章 鐵對浮游植物生長與大氣碳沉降的作用  2.1 鐵對浮游植物生長影響的研究進展-    2.1.1 鐵是浮游植物生長的限制因子的起源與證據(jù)    2.1.2 研究結(jié)果與存在的問題  2.2 刺激浮游植物生長的鐵對大氣碳沉降的影響    2.2.1 浮游植物與限制因子    2.2.2 鐵對浮游植物生長的影響研究過程    2.2.3 鐵是限制因子的探討    2.2.4 鐵對大氣碳沉降的作用  2.3 結(jié)淪  參考文獻第3章 營養(yǎng)鹽對初級生產(chǎn)力的限制  3.1 硅是浮游植物初級生產(chǎn)力的限制因子    3.1.1 研究海區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源    3.1.2 硅酸鹽濃度和初級生產(chǎn)力    3.1.3 硅酸鹽和水溫與初級生產(chǎn)力的關(guān)系    3.1.4 硅酸鹽的來源    3.1.5 初級生產(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)勢種    3.1.8 海水的透明度與初級生產(chǎn)力的關(guān)系    3.1.9 浮游植物的結(jié)構(gòu)    3.1.10 營養(yǎng)鹽硅的損耗過程  3.2 淺析浮游植物生長的營養(yǎng)鹽限制及其判斷方法    3.2.1 目前哪種營養(yǎng)鹽可能成為限制因子    3.2.2 營養(yǎng)鹽硅限制浮游植物生長的判斷方法    3.2.3 膠州灣研究結(jié)果  3.3 硅限制和滿足浮游植物生長的閾值和閾值時間    3.3.1 研究海區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源    3.3.2 營養(yǎng)鹽Si：N(Si(OH)。：N03)的比值    3.3.3 Si：N的比值與初級生產(chǎn)力    3.3.4 膠州灣硅、氮、磷的動態(tài)變化趨勢    3.3.5 Si：N的比值與初級生產(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間    3.3.8 水流稀釋對浮游植物生長的影響    3.3.9 營養(yǎng)鹽硅限制浮游植物初級生產(chǎn)力的動態(tài)過程  3.4 結(jié)論    參考文獻第4章 營養(yǎng)鹽限制的判斷方法、法則和唯一性  4.1 營養(yǎng)鹽限制的判斷法則和唯一性    4.1.1 營養(yǎng)鹽限制的判斷方法    4.1.2 有關(guān)營養(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)來源    4.2.2 營養(yǎng)鹽的平面分布和季節(jié)變化    4.2.3 陸源對浮游植物生長的影響  ……第5章 硅的虧損過程第6章 膠州灣的浮游藻類生態(tài)現(xiàn)象第7章 光照時間對浮游植物生長的影響第8章 水溫對浮游植物生長的影響第9章 膠州灣環(huán)境變化對海洋生物資源的影響第10章 膠州灣水溫和營養(yǎng)鹽硅限制切級生產(chǎn)力的時空變化第11章 營養(yǎng)鹽硅和水溫影響浮游植物的機制第12章 浮游植物的生態(tài)第13章 地球生態(tài)系統(tǒng)的機制第14章 海洋生態(tài)和沙漠化的耦合機制第15章 海洋生態(tài)變化對氣候的影響及農(nóng)作物種植關(guān)系第16章 人類與地球生態(tài)系統(tǒng)的相互作用

章節(jié)摘錄

　　生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)過程是全球性的研究熱點，如國際地圈和生物圈計劃（IGBP）。用于研究的模型方面，從早期的種問競爭、捕食的關(guān)系模型發(fā)展到生態(tài)過程、食物鏈模型。尤其在近代，全球的環(huán)境變化受到重視，隨著計算機的普及以及應(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、美國和加拿大對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。我國的生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)研究尚處在起步階段，然而，最近幾年，我國科學(xué)工作者追蹤國際前沿的發(fā)展趨勢，逐漸使我國在這一方面也得到了不斷的發(fā)展?！　『Ｑ笫且粋€資源豐富的巨大寶庫，隨著人類科學(xué)研究的進步，各種研究方法的更新，人類對海洋的認(rèn)識也更為深入，對海洋資源的應(yīng)用也在不斷增加，隨著近海資源開發(fā)利用對環(huán)境以及全球變化影響研究的不斷深化，人們普遍意識到海洋生態(tài)、特別是近海生態(tài)對人類生存與發(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)，動態(tài)和定量的研究是其發(fā)展的總趨勢，為了達到這個目的，在綜合海洋生態(tài)系統(tǒng)各個要素作用的基礎(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，營養(yǎng)動力學(xué)機制、生態(tài)系統(tǒng)的生物過程等，于是產(chǎn)生了一系列模型，物質(zhì)輸運和物質(zhì)平衡模型、營養(yǎng)補充機制模型、營養(yǎng)吸收動力學(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)動態(tài)研究得以發(fā)展和完成，并對人類生存、資源利用和環(huán)境保護有著重大的意義。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，達到這一點是判斷理論的真實性與實驗的正確性的最好的、也許是唯一的標(biāo)準(zhǔn)?！?/pre>








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