Giáo trình Sinh học và Sinh thái học biển: Phần 1

inh học và Sinh thái học biển là những bộ phận cấu thành của thủy sinh vật học thuộc ngành Sinh học, nghiên cửu về đời sống của các loài sinh vật trong môi trường biển.. Những hoạ[r]

v ũ TRUNG TẠNG

SINH HỌC

VÀ SINH THÁI HOC BIỂN

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠi HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

NHA XUấT SầN 091 NỌC puốc om h A nội

16 Hàng Chuối‘ Hai Bà Trưng - Hà Nội Điện thoại: (04) 9715012; (04) 7685236 Fax: (04) 9714899

E-mail: nxb@vnu.edu.vn

Chịu trách nhiệm xuất bản:

Tổng biên tập: PHẠM THÀNH HƯNG

Chịu trách nhiệm nội dung:

Hội đồng nghiệm thu giáo tn*

Trường ĐHKHTN - Đại học Quốc gia Hà i ,

àgừời mận xét: PGS TS LÊ ĐỨC T ố

TS NGUYỄN XUÂN HUẤN

TS ĐOÀN BỘ

ĐỖ MẠNH CƯƠNG NGÔ XUÂN NAM

Trình bày bìa: TRẦN QUỐC TOÀN

SINHttỌCVÀSMHTHẮIHỌCBlỂN

Ì • “n

f ề ^ ■

In tỡOO cuốn; khổ 16 X 24 tạì Nhà in Đại học Quốc gia Hà Nội

In xong và rtộp tưu chiểu quý ty năm 2004

MỤC LỤC• m

Lòi mở đẩu 1

Chương 1 Nước • Môi trường thuận lợi cho sự phát sinh và phát triển của thế giới sính vật 5

1 Nước trong thiên nhiên và giá trị của nó trong đòi sốhg con n g ư ờ i 5 1.1 N guồn gốc của nước 5

1.2 Cân bằng nưốc trên hành tin h 6

1.3 G iá trị kinh tế của nước 8

2 Cấu tạo hóa học và những đặc tính của nước th u ận lợi cho đời sống t h ủ y s i n h v ậ t 8

2.1 Cấu tạo hóa học của nưóc 8

2.2 N h ữ n g đặc tính quý của n ư ó c 12

2.2.1 Khối lượng riêng của nước 12

2.2.2 N h iệt dung riêng (hay n h iệt d u n g ) 14

2.2.3 Mốỉ quan hệ RÌữa độ nhót và khôi lượng riêng của nưốc T 15

2.2.4 Sức căng bể m ặt 15

2 2 5 Nước là dung mồi của nhiều c h ấ t 16

2.2.6 Nưóc có độ dẫn điện và truyền âm c a o 17

2 2 7 Nưốc luôn luôn trong trạng thái vận đ ộ n g 18

Chương 2 Nguồn gốc vả sự phát triển tiến hóa của sự sống trong biển & đại dương 19

1 Sự ra đồi của sự sống và tiến hóa của sin h q u y ể n 19

2 N guồn gốíc và sự tiến hóa của sinh vật b i ể n 21

3 Đa dạng của th ế giối sinh vật b iể n 29

1

Chuong 3 Các dạng sống của thủy sinh vật và cư dãn của biển 31

1 Các dạn g sống của thủy sin h v ậ t 'U 1.1 P lankton và N e k to n ÍU 1.2 B e n th o s v à P e r ip h y to n 8 6 1.3 P elagobenthos, N eiston và P leisto n 38

2 Cư dân của b iể n 40

2.1 Cư dân trong tầ n g n ư ó c 41

2.2 Cứ dân của m àng nưóc (N eiston và P leisto n ) 46

2.3 Cư dân của đáy đại dương 47

Chuong 4 Phân bố của sinh vật biển 49

1 N hữ ng quy lu ậ t ch u n g về sự phân bố của sinh vật b iể n 49

1.1 Các kiểu phân bố đối x ứ n g 49

1.2 Phân b ố th eo vĩ độ địa lý 51

1.3 Phân bố theo độ s â u 52

1.4 Phân bố từ bờ ra k h ơ i, , 54

2 Các v ù n g phân bố cửa sinh vật b iể n 54

2.1 V ùng v en bờ (C oastal zone) 55

2.2 V ùng nưóc nổi (Pelágic z o n e ) 57

2.3 V ùng nước sâu (A bissal z o n e ) 58

3 Phân vù n g địa lý sin h vậ t của sin h vật b iể n 60

3.1 Tổng vù n g hàn đói phía bắc haỵ Bắc cưc 61

3.2 Tổng vù n g ôn đới bắc Thái Bình D ư ơ n g 62

3.3 T ổng v ù n g ôn đới Bắc Đ ại Tây D ư ơ n g 63

3.4 V ài n é t ch u n g v ề đai biển n h iệt đ ớ i 63

3.5 T ổng v ù n g n h iệt đới Ấn Độ - T hái B ình D ư ơ n g 64

3.6 T ổng vù n g n h iệt đới Đ ại Tây D ương 65

3.7 T ổng v ù n g h àn đói Nam c ự c 65

11

Chương 5 Những nhân tố chinh của môi trưdng nước và ảnh hưồng

của chúng lên đời sống của thủy sinh vật 67

1 N h ữ n g khái niệm và nguyên tắc sinh thái học cđ b ả n 67

1.1 N goại cảnh, môi trường và cảnh sốn g 68

1.2 N h ân tố môi trưòng (E nvironm ental ía cto rs) 68

1.3 C á c d ạ n g s in h t h á i (E c o ty p e ) 71

1.4 Nđi sống (H abitat) và ổ sinh thái (Ecological n ic h e ) 71

2 Tóm tắt m ột s ố nhân tố sinh thái chính trong các vực n ư ớ c 72

2.1 N h iệ t độ n ư ớ c 72

2.2 Ánh sá n g và sự chiếu sá n g trong n ư ớ c 76

2.2.1 Sự chiếu sán g trong nưóc - Sự phản xạ và tán x ạ 76

2.2.2 Sự truyền ánh sán g và hấp thụ án h sá n g trong nưôc 78 2.3 M ầu sắc và độ trong của nước 81

2.4 Các châ”t k h í 82

2.4.1 K h íO , 82

2.4.2 Khí C O , 84

2 4 3 K hí H S 85

2.4.4 Khí M êtan (C H ,) 86

2.5 lo n của các muôi kim l o ạ i 86

2 6 lo n hydro và th ế o x y hóa k h ử 87

2.7 Các ch ất hữu cơ hòa ta n 8 8 2.8 Các ch ất Iđ lửng trong nưôc 89

2.9 Áp su ấ t của n ư ô c 90

2 10 Âm thanh, điện và từ trư ò n g 90

3 Đ ặc tín h lý hóa học của nền đ á y 92

4 Các khốỉ nưốc và thủy động h ọc 93

4.1 Các khối nưóc và cấu trúc thủy v ă n 93

4.1.1 Khôi nước bề m ặ t 94

4.1.2 Khối nước trung g ia n 94

4 1 3 Khôi nước s â u 94

4.1.4 Khối nước gần đ á y 95

4.2 H oàn lưu của nước đại dương và thủy tr iể u 97

♦ • •

i i i

Chiivng 6 Dinh dildng của thủy sinh vật 101

1 Các dạng dinh dưỡng 101

1.1 D inh dưỡng dị d ư õng 101

1.2 D inh dưỡng tự d ư ỡ n g 102

2 D inh dưõng của th ủ y sin h v ậ t 102

2 1 N guồn thức ă n 104

2 2 Cơ sở thức ă n 105

2.3 Mức độ nuôi dưdng và độ đảm bảo thức ăn của vực nước 107 3 Khả năn g khai thác thức ăn của thủy sinh v ậ t 108

3.1 D inh dưõng hỗn hỢp 108

3.2 D inh dưõng tr o n g 108

3.3 D inh dưdng n g o à i 109

3.3.1 N uốt bùn và thu thập d e tr it 109

3.3.2 Lọc thức ă n 110

3 3 3 Ả n l ắ n g 111

3 3 4 G ặ m th ứ c ă n 111

3.3.5 S ăn m ồ i 113

4 Phổ thức ăn và sự lựa chọn thức ăn của thủy sin h v ậ t 114

4.1 P h ổ th ứ c ă n 114

4.2 Sự lựa chọn thức ăn 114

5 c ư ồ n g đ ộ d in h d ư õ n g v à s ự t iê u h ó a th ứ c ă n c ủ a t h ủ y s i n h v ậ t 1 1 6 5.1 Cưòng độ đòi hỏi hay nhu cầu thức ă n 117

5.2 Sự tiêu hóa thức ă n 118

5.3 Cưồng độ đồng hóa thức ă n 119

6 N hịp điệu din h dưõng ở thủy sinh v ậ t 120

Chưong 7 Sự trao đểi nước - muối của thủy sinh vật 121

1 Bảo vệ khỏi bị khô hạn và sự sống sót trong điểu k iện khô h ạ n 121

1.1 T ránh sự khô h ạ n 121

1.2 Sự thích ứng nhằm chống lại sự m ất n ư ố c 122

1.3 Mức độ sống sót trong điều kiện khô h ạ n 122

IV

2 Môi trường thẩm thấu và mối quan hệ của nó vói th ủ y sin h v ậ t 123

123

2.2 Sự đ ẳn g trưđng nội bào và biến thẩm t h ấ u 126

2 3 Sự đ iều hòa áp su ấ t thẩm th ấ u cùa th ủ y sin h v ậ t 128

3 Sự trao đổi m uối và i o n 131

3.1 Sự trao đổi bị đ ộ n g 131

3.2 Sự trao đổi chủ đ ộ n g 131

4 Ý ngh ĩa sin h th ái của độ muối và th àn h phần m uôi trong nựôc 136

4.1 T ính ển định của thủy sihh v ậ t đối vói sự đao động của độ m u ố i 136

4.2 T ính ổn định của thủy sinh vật đối với sự th ay đổi thành phần m uôi trong nước 137

4 3 Cư d ân của nước có độ muối khác n h a u 139

Chương 8 Hô hấp của thủy sinh vật 141

1 Các d ạn g hô hấp của th ủ y sinh v ậ t 4 ^ 141

1.1 Hô hấp hiếu k h í (Aerobic R esp ira tio n ) 141

1.2 Hô hấp kỵ khí (Anaerobic R esp ira tio n ) 141

1.3 Sự lên m en (F erm en tation ) 142

2 Sự thích n g h i của thủy sinh v ậ t vói quá trình trao đểi k h í 143

2.1 Sự th ích nghi về hìn h t h á i 143

2.1.1 T ăn g diện tích tiếp xúc và độ thẩm th ấ u k h í 144

2.1.2 G iảm bề dày, tăng sức khuyếch tán của k h í qua bề m ột hô h ấ p 144

2.2 Sự thích nghi về tập t ín h í 144

3 Sự vận ch u yển oxy và dioxit cacbon trong cơ t h ể 145

3.1 Cơ q u an vận chuyển k h í 145

3.2 Sự th ích nghi về sin h l ý 147

3.3 T hích nghi về sin h h ó a 148

4 Cưòng độ và h iệu quả hô h ấ p 151

4.1 C ưòng độ trao đổi khí của các lo à i 151

V

4.2 Sự phụ thuộc của cường độ trao đổi khí vào các điều kiện

môi trư ò n g 152

4.3 H iệu quả hô h ấ p 153

5 Tính ổn định của th ủ y sin h vật đối vói sự th iếu h ụ t oxy và hiện tượng ch ết h àn g loạt của ch ú n g 154

5 1 Sống ổn định trong điểu kiện thiếu o x y 154

5.2 H iện tượng ch ết hàn g l o ạ t 155

Chương 9 Sinh sản của thủy sinh vật và ảnh hưỏng của các điều kiện môi trưdng lên quá trình sinh sản 157

1 Các dạng sinh sản ở thủy sinh v ậ t 157

1.1 S in h sả n vô t í n h 157

1 2 S in h sản hữu t í n h 157

1.3 S in h sản xen kẽ th ế h ệ 158

1.4 S in h sả n đơn tín h hay trinh sản (P a r th e n o g e n e se ) 159

1.5 S in h sả n lưõng tín h (H erm ap h rod itism ) 159

2 Tuổi và kích thước sin h s ả n 160

3 Sự phát triển của tu yến sin h dục và các dấu h iệu sin h dục thứ cấp 161

3.1 Sự phát triển của các sản phẩm sin h d ụ c 161

3.2 Sự phát triển của các dâu hiệu sin h dục thứ c ấ p 164

4 Sức sin h sản của thủy sin h v ậ t 165

4.1 Sức sin h sản tu y ệt đ ố i 165

4.2 Sức sinh sả n tương đ ố i 166

5 Quá trình sin h s ả n 167

5.1 Sự thụ t i n h 167

5.2 Nơi đẻ và thời gian đ ẻ 168

6 N hững thích nghi của th ủ y sinh vật nhằm nâng cao h iệu quả của quá trình sin h s ả n 170

6.1 Sự ghép c ặ p 170

6.2 Sự chăm sóc con c á i 171

7 N hịp điệu sin h sản d th ủ y sin h v ậ t 172 vi

7.1 N hịp đ iệu ngày đ ê m 172

7.2 N hịp đ iệu m ù a 172

7.3 N hịp đ iệu theo tuần trăng và theo th ủ y tr iề u 173

Chương 10 Sự tăng trưỏng và phát triển của thủy sinh vật 175

1 Sự tă n g trưởng của cớ t h ể 175

1.1 Các d ạ n g tăn g trưỏng 176

1.2 T ính th ích nghi của sự tăng trưởng 180

1.3 Ấ nh hưỏng của các điều kiện môi trưòng lên sự tăn g trưởng r ĩ 182

1.3.1 N h iệ t độ nước 182

1.3.2 Á nh s á n g 183

1.3.3 Ô xy hòa tan trong n ư ớ c 183

1.3.4 Các yếu tố sinh h ọ c 183

2 Sự phát triển của cá t h ể 184

2.1 N h ữ n g k h ái niệm và quan điểm về sự phát t r i ể n 184

2.2 Các d ạ n g và các giai đoạn phát triển 185

2.3 T ính ch u kỳ của sự phát t r i ể n 188

3 Tuổi thọ (độ d ài của đòi sống) của thủy sinh v ậ t 190

4 N ăn g lượng cho sự táng trưởng và phát triển 192

4.1 Cưòng độ chuyển hóa năng lư ợng 192

4.2 H iệu s u ấ t sử dụng thức ăn và năng lượng 193

4.3 T rạng th á i năng lư ợ n g 195

4.4 Cân b ằn g năng lượng của cá th ể 196

Chương 11 Quần thể sinh vật biển 199

1 Các Khái niệm về quần t h ể 199

2 Cấu trúc của quần th ể 201

2.1 Kích thưóc và m ật đ ộ 201

2.2 Sự p h ân bố của các cá th ể trong không g ia n 205

2.3 Cấu trúc tuổi của quần t h ể 208

vii

2.4 Cấu trúc giỏi tính và cấu trúc sin h s ả n 210

2.5 T ính phân dị của các cá thể trong quần t h ể 2 1 1 3 Mốì quan hệ trong nội bộ quẩn t h ể 212

3.1 Các mối tương tác â m 212

3.2 Các mối tương tác dương 213

4 Sự hình thành các ch ất hữu cơ và chuyển hóa n ăn g lư ợ n g 214

4.1 N hịp điệu và hiệu su ấ t sản xuất các ch ất hữu cơ 215

4.2 Cân bằng năng lư ợ n g 217

5 Đ ộng th ái của quần th ể và sự dao động sô lư ợ n g 217

5 1 Mức sinh s ả n 217

5.2 Mức tử vong (mức chết) và mức sông s ó t 218

Õ.3 Sự tăn g trương s ố lượng và cá th ể của quần t h ể 219

5.4 Sự dao động s ố lượng của quần t h ể 222

5.4.1 Dao động theo chu kỳ ngày đêm 224

5.4.2 Dao động theo chu kỳ m ù a 224

5.4.3 Dao động theo chu kỳ n ă m 225

5.4.4 Dao động theo chu kỳ m ặt trăng và thủy tr iề u 225

5.4.5 Sự biến động không có chu k ỳ 225

Chương 12 Các quẩn xã sinh vật biển 227

1 Các khái n iệ m 227

2 Cấu trúc của quần x ã 228

2.1 Cấu trúc về loài và số lư ợ n g cá t h ể 229

2.2 Cấu trúc vể kích th ư ớ c 232

2.3 Cấu trúc dinh d ư d n g 233

2.4 Cấu trúc không g i a n 237

3 Mối quan hệ giữa các loài trong quần x ã 238

3.1 Q uan hệ bàng quan (neu tralism ) 238

3.2 Các mốỉ tương tác â m 239

3.3 Các mối tưdng tác dương 243

4 Chu ch u yển v ậ t ch ất và sự biến đổi năn g lượng trong quần x à 247

4.1 Các kênh vận c h u y ể n 247 viii

4.2 H iệu su ấ t của sự chuyển v ậ n 248

5 Các quần xã sin h v ậ t chủ yếu của biển và đ ạ l d ư ớ n g 250

5.1 Các quần xă chính của đáy (B enthic b io cen o ses) 250

5.2 Các quần xã chính của tầng nưóc (P elagic b iocen oses) 252

5.3 Các quần xâ tiêu biểu của vùng biển ven bò n h iệt đ ớ i 255

Chưđng 13 Hệ sinh thái biển 279

1 Cấu trúc của h ệ 280

1 1 Môi trư ồn g 280

1 2 Q uần xã sinh v ậ t 281

1.3 Mốì tưdng tác của quần xã và môi trư ò n g 282

2 Các hoạt động chức năng của h ệ 283

2.1 Các chu trình sinh địa h ó a 283

2.1 1 Chu trình ca cb o n 285

2.1 2 Chu trình nitđ 286

2.1 3 Chu trình p h otp h o 288

2 1 4 C hu trình lưu huỳnh 289

2 1 5 Chu trình sắ t và m a n g a n 291

2.2 D òng năng lượng đi qua hệ sinh t h á i 292

2.2.1 Q uá trình tổng hợp các ch ất bàn g con đưòng quang d ư õ n g 293

2.2.2 Sự thích nghi của sinh vật sản xuất nhằm khai thác tối đa năng lưỢng bức x ạ 294

2 2 3 Sự thay đổi thành phần loài của khu hệ tảo th eo mùa liên quan đến sự thay đổi của c h ế độ ch iếu s á n g 296

2 2 4 Cường độ và hiệu suâ't quang hỢp 298

2 2 5 Q uá trình tổng hỢp các ch ất bằng con đưòng hóa tổng h ợ p 299

2.2.6 Q uá trình phân giải các c h ấ t 300

2 2 7 D òng năng lượng đi qua hệ sinh t h á i 301

3 Sự diễn t h ế sin h t h á i 302

IX

Chương 14 Nắng suất sinh học của biển, vấn đề khai thác nguồn lợi

hảl sản 307

1 N ă n g su ấ t sđ cấp của biển và đ ạ l d ư ơ n g 308

2 N ă n g su ấ t thứ c ấ p 310

3 N guồn lợi sin h v ậ t biển và vấn đề khai thác nguồn lợ i 315

Chương 15 Vấn đề ô nhiễm biển và bảo vệ sự trong sạch cua môi tnldng 319

1 Ô nhiễm môi trưòng b iể n 319

1.1 Sự nhiễm bẩn của các thủy v ự c 320

1.2 Sự phì dưõng (Eutrophicatỉon) 322

1.3 Ô n hiễm dầu ồ biển và đại d ư ơ n g 324

2 Khả năn g tự làm sạch nưóc của thủy sinh v ậ t 325

2.1 Vô cơ hóa các ch ất hữu cơ 326

2.2 Ăn trực tiếp các ch ất hữu cơ đang bị phân h ủ y 326

2.3 Tích tụ ch ất bẩn và ch ất đ ộ c 326

2.4 Loại trừ các chất bẩn, chất độc khỏi tần g n ư ớ c 326

2.5 Làm th oán g nưốc, cung cấp O2 cho các quá trình oxy hóa 327 3 Xác địn h mức độ nhiễm bẩn của nưóc 327

4 Q uản Ịý các h ệ sin h th á i biển và bảo vệ sự trong sạ ch của môi trư ò n g 329

4.1 Q uản lý tà i nguyên nước 329

4.1.1 Q uản lý s ố lượng n ư ớ c 330

411.2 Q uảh lý ch ất ỉượng nước 3ÍỊ0 4.2 Quản lý và duy trì đa dạng sinh học và nguồn lợi sinh vật biển ' T 3.‘Ỉ0 4.2.1 K h ai th á a h ợ p lý nguồn lợi nuôi trồng th u ỷ sả n sin h vật b iể n .ĩ 331

4.2.2 Bảo vệ sự trong sạch của môi trưòng b iển và đại dương I 332

Tài liệu tham khảo chtnh 333