在湖泊生态分带
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介绍
湖泊显示多种空间变化在两个垂直和水平维度。变化可以在化学、物理、生物和生态系统功能的理解是很重要的。虽然某些类型的变化是独一无二的特定类型的湖泊,其他人是很常见的大多数湖泊,对应于一个明显的空间组织生物群的湖泊。某些常见的空间组织的存在导致湖泊命名的特定区域独特的生态特征。
所有区域的完整列表命名的湖泊学家将会漫长而复杂的(吉姆,2001)。复杂的术语已经被现代湖沼学家抛弃,然而。现代湖沼学关注简单的分带的系统很容易适用于湖泊湖泊学家和其他人感兴趣。表1给出了总结成带系统,目前正在广泛使用。
水平分带:沿海和远洋
近岸的湖的面积(滨海区)不同于近海海岸区(远洋区)。唯一的深海区浮游植物是自养生物,由悬浮在水中的藻类很小列。滨海区也有浮游植物(滨海带之间自由移动和远洋区),但也有另外两个类别的自养生物(图1):水生维管植物(水生植物),和电影的附着藻类(固着生物)。固着生物生长在大型植物的叶子和其他固体表面如泥土、沙子、石头或木头。
沿岸带的外边界,超越远洋区,是点的显著增长的大型植物和固着生物变得不可能,因为黑暗。大约这个边界对应的位置数量的太阳能辐照度到达湖的底部表面辐照度< 1%。底部irra-diances < 1%,很少或没有净光合作用,从而防止附加自养生物的增长(大型植物和固着生物)是典型的滨海区。
湖的一个给定的大小和形状,滨海带的宽度取决于水的透明度以及海岸线斜率(图2)。在贫营养湖泊,养分含量较低,因此发展非常少量的浮游植物生物量,树荫下的水柱湖泊、滨海区延伸至4米深的海底,甚至更多,这取决于水的透明度。在富营养的类别,辐照度1%的深度范围0.1至2米,横跨~ 2-4m和中滋育的类别。在最极端的情况下的富营养化(湖泊高纯度和营养),1%的深度光对应只有几厘米,滨海区所定义的光几乎缺席,滨海区可以定义而不是旅游浪潮的影响范围和相应的扰动(0.5 - -1.5米)底部。一般来说,小湖泊有更高的表面积的百分比比大型湖泊沿岸带(图2),虽然有些大,浅水湖泊有大量滨海区(例如,奥基乔比湖,佛罗里达州)。
虽然滨海区域是最容易定义的基础上,大型植物和藻类,滨海区也可以区别一个远洋区于其独特的异养社区和食物网结构。因为沿海地区提供了避难所,而远洋区没有,沿海地区人口密集的地区通常支持的生物体免受捕食时茁壮成长。幼虫和幼鱼,例如,寻求在沿岸带躲避捕食被更大的鱼。大型无脊椎动物,如蜻蜓幼虫或小龙虾,在滨海区通常是最丰富的,他们至少有可能被鱼。滨海区也有无脊椎动物社区专门附着藻类的消费由夹紧或刮macro-phytes或其他固体表面上的藻涂料。在深海区,没有食物来源与固着生物的滨海区。一般而言,滨海区更加多样化的社区比深海区域,关键物种的两个区域是不同的。
深海区域的湖泊,自养生物社区是由浮游植物(图1),这是适应生活在固体表面的一个环境,是免费的。消费者,如浮游动物、生活和繁殖在远洋区必须逃避天敌通过避免上层,照亮白天水柱的一部分,或必须敏捷或小如许多食肉动物作为食物是不切实际的。
垂直分带:水体、沉积物和底栖生物界面
湖泊水体组成的垂直分带,底层湖泊沉积物(湖泊沉积物),底栖生物区,它占据了
表1总结了四个主要湖泊分层系统
描述成带颞可变性
水平稳定的远洋区滨海区
垂直稳定
水柱湖泊沉积物底栖生物区
垂直的季节性
变温层(混合层)斜温层深水层
垂直动态
透光层不透光带
离岸(下辐照度< 1%)
水从湖表面延伸至底部Lake-generated水柱下面固体界面的水柱和湖底
的密度层(温暖)中间密度层(过渡)底密度层(酷)
湖的部分光> 1%
(光合作用)的部分光湖< 1%(没有光合作用)
近岸(下辐照度> 1%)
厘米上下湿地中界面(图3)。水柱延伸在远洋和沿海区域。远洋的水柱区是由风能产生的电流进入沿岸带水从滨海区到远洋区流离失所。因此,潜等成分溶解气体溶解固体,悬浮物,悬浮生物不断远洋之间交换区和滨海区只要有电流在前几米的湖。化学差异的顶部几米深海区沿岸带可能开发生物过程的影响下,然而,当电流弱。
虽然水柱共享远洋区和滨海区,湖泊沉积物总是背后深海区,但可能或不可能涵盖所有的沿海地带。沉降的沉积物是由矿物和有机质来源于湖流域,从粪球组成的有机物,有机垃圾(碎屑)和骨骼碎片的生物来自湖本身。不断沉积的细混合固体材料发生在整个湖。干扰流动的水的沉积物主要发生在浅水中,大多数风能产生的电流的能量和波旅行花费对滨海的底部
图1描述的沿海和远洋区域的湖。滨海区从海岸线向外延伸至大约太阳辐照度的位置底部的湖对应大约1%的太阳辐照度的水柱。在滨海区,水生植物生长和附着藻类(固着生物)是可能的。远洋区始于滨海带的外缘。浮游植物是沿海和远洋区之间自由交换。
图1描述的沿海和远洋区湖。滨海区从海岸线向外延伸至大约太阳辐照度的位置底部的湖对应大约1%的太阳辐照度的水柱。在滨海区,水生植物生长和附着藻类(固着生物)是可能的。远洋区始于滨海带的外缘。浮游植物是沿海和远洋区之间自由交换。
区。因此,海岸附近的能量可能会导致细沉积物,如那些湖泊的特征,被更深的水。出于这个原因,湖泊沉积物可能不会积聚在沿岸带的所有部分。另外,小的湖泊或强烈的风,因此没有
渐进的斜率(广义沿海)
陡坡(狭窄的沿海)
渐进的斜率(广义沿海)
小湖
陡坡(狭窄的沿海)
大的湖
大的湖
图2的沿海和远洋计划视图区域的湖泊,说明滨海带的宽度的变化与斜率的变化在任何给定的湖的边缘,和小湖泊的倾向的面积百分比覆盖率较高沿岸带湖总面积。
图2计划的沿海和远洋区湖泊,说明滨海带的宽度的变化与斜率的变化在任何给定的湖的边缘,和小湖泊的倾向的面积百分比覆盖率较高沿岸带湖总面积。
受到极端的风能产生的干扰,湖泊沉积物可能占领大部分或所有的沿海地带。
湖泊沉积物是能够支持真核生物(藻类、原生动物、无脊椎动物、脊椎动物)只有当他们是含氧的。含氧的深水层时,几毫米的沉积物通常(但不总是)将含氧的。下面几毫米,顶部通常氧气下降是因为微生物呼吸支持的沉积物中有机物导致氧气的消耗,但一些氧气(例如,50%)可能会持续,因为无脊椎动物沉积物注入氧气通过小隧道泥沙沉积物内多达10 - 20厘米。几乎所有的更深层次的在湖泊沉积物(> 10 - 20厘米),这可能是很多米厚,缺氧,只能支持微生物厌氧代谢的能力。深水层的水缺氧时,整个沉积物剖面是缺氧,只能支持厌氧微生物。有很多这样的微生物,缺氧沉积物表明新陈代谢的强有力的证据,包括积累的物质,如减少亚铁,硫化,甲烷。在沉积物逐渐更大的深度,然而,微生物厌氧生物的新陈代谢减缓,因为容易使用的部分有机物被耗尽或者因为氧化剂硫酸或硝酸等可能会耗尽。因此,有一个从上层沉积物微生物代谢率下降最深的沉积物,这几乎是惰性生物。
之间的接口水柱和湖泊沉积物中有其自身的名称(“底栖生物区”),因为它是非常重要的生态系统的角度,尽管它缩小尺寸。生物生活在沉积物表面或略低于(下降到20厘米)携带“海底”的名称。在沉积物在深海区,底栖生物不包括光自养生物,因为没有达到这些沉积物。底栖生物区有丰富的无脊椎动物,只要是氧化的表面,这并非总是如此。氧化的底栖生物区通常支持许多重要的无脊椎动物,其中大多数是嵌入在沉积物中,必要时避免捕食。例子包括蚊幼虫和其他昆虫的幼虫(图3)。某些鱼类(如鲶鱼)可能与底栖生物区密切相关,在他们适应找到和使用嵌入式无脊椎动物通过化学感应的方式,不使用视觉。氧化的底栖生物区也支持原生动物和细菌进行好氧的代谢,包括特别是有机物的氧化分解。缺氧的底栖生物区只支持厌氧细菌和一些专门的原生动物。
底栖生物区延伸不仅在底部的深海区也在滨海带的底部的底栖生物组件(图3)。沿岸带不仅包括湖泊沉积物和水体之间的接口也在水柱和滨海带的任何部分,碰巧被湖泊沉积物。因此,整个固体表面湖位于底部的底栖生物区。
基于密度的季节分带:垂直分层
因为水的温度会影响它的密度,它是常见的不同密度对应的湖泊开发层跨层温差。在温带,所有,但最浅的湖泊开发密度分层在春季,通常持续到深秋。类似季节性分层在亚热带和热带湖泊也常见,但分层的持续时间更长和nonstratified时期(混合周期)不包含冰层覆盖的区间,因为它经常在温带。
密度分层导致生态重要的垂直区划的湖泊(图4)。一个上层,包含空气界面,是一个分层湖的变温层;它也可以被称为“混合层”。的变温层是最温暖和最密集的三层。它的厚度是强烈影响的大小湖泊,在较大的湖泊显示较高的风能转移水流变稠,混合层在其形成的时期。在保护水体,混合层可能是薄两米,但在更大的(> 10平方公里),被风吹的水体,它们可能是一样厚15 - 20米。此外,混合层的厚度在给定湖增加冷却下降期间,在混合层的底部侵蚀下面层。
混合层通常显示足够的辐照度在其完整的厚度来支持光合作用。即使在湖泊透明度很低,
混合层的最上部分照明。
混合层延伸不断在深海区,滨海区。只有在高度透明的湖泊沿岸带扩展混合层以下。远洋部分混合层内浮游动物食草动物饲料大力浮游植物,但可能向下移动的混合层白天为了避免捕食。其他小型无脊椎动物在白天经常迁移的混合层。大多数风转移到水的能量消散在混合层;这种能量的贡献在混合层高度的一致性在小中间距离尺度(10公里或更多),除了在扩展平静的天气。
下面的混合层分层湖是一个热梯度,相应的密度梯度。渐变过渡温度和密度混合层和最酷的层,它在于接触湖的底部。热转变称为温跃层,但层中温跃层的谎言是最好的称为变温层(图4),斜温层可能会或可能不会得到足够的irradi-ance支持光合作用。浮游植物在湖泊,很透明,通常生长在meta-limnion,而湖泊的低透明度很少显示斜温层自养生物的生长。在深海区,浮游植物生长在透明的meta-limnion湖可能比浮游植物生长在不同物种组成的混合层。一些质量传递发生在变温层和斜温层的数量取决于湍流的接口两层。metalim-nion的厚度变化很大在湖泊中。比2 m很少薄,可能是一样厚的混合层甚至更厚。
最深的季节性层hypolim-nion湖泊。的温度和密度hypo-limnion通常反映季节性分层建立时出现的条件。这是常见的分层的湖泊在温带hypolimnetic 4°C附近的水域,水的温度是最密集的,或略高于4°C,反映了当时流行的水温分层的春天。在低纬度地区,最低温度增加,直到它到达大约在10°24°C纬度的赤道。因此,分层湖可能有深水层4°C在威斯康辛州和24°C在委内瑞拉。
深水层,混合层相比,有一个非常低湍流度,太黑暗了,光合作用,并从表面是孤立的。另外,除了在低纬度地区,凉爽得多比混合层(图4)。
由于它的物理隔离从光合作用和大气中的氧气,深水层通常分层期间失去了氧气。氧气的损失的大小取决于深水层,其温度、分层的持续时间,和有机质的数量下降,这是一个湖泊的营养状态的副产品。在湖泊深度足以支持稳定的分层(例如,10 - 20米),深水层可能缺席,斜温层到达湖的底部。在更深的湖泊、深水层可能变温层的体积相等,非常深湖(例如,> 100米),比变温层深水层可能会更大。湖泊和一个非常大的深水层经常保持hypolimnetic氧气在分层的季节,尤其是在温带深水层很酷的地方。湖泊与一个非常小的深水层通常失去大部分或所有的氧气,即使他们有低生产率,因为湖的沉积物含有足够的有机物质需求从一个小深水层大部分或所有的氧气。氧浓度在湖泊的深水层中间大小非常敏感的营养状态。富营养化湖泊通常失去大部分或全部hypolimnetic氧气,从而产生一个缺氧的底栖生物区,而湖泊生产力较低的可能保留一个好氧的深水层上覆底栖生物区,有一个表面氧化。
氧气的重视一个湖,因为真核生物的新陈代谢(大多数原生动物,无脊椎动物、鱼、藻类)不能生活在缺氧的水域。因此,失去hypolimnetic氧气排除nonmicrobial组件的生物群的深水湖。
区与动态维度:透光和不透光
光合作用的水柱湖是依赖于可用性的光合有效辐射(PAR波长350 - 700纳米)。PAR,密切对应人类的视觉的光谱,删除指数随着它穿过一个水柱。标准高的可用性在白天处于或接近水面的列。如果营养,光合作用的利率很可能是高在地表附近。逐步下降,尤其是与深度para-leled利率下降的光合作用与深度。深度对应~表面辐照度的1%,净光合作用达到零门槛之外,植物生物量的积累是不可能的。深度低于1%的水平,光合生物(如浮游植物)失去质量和死亡或处于休眠状态,除非他们被水流回到地表,这通常发生在混合层而不是在变温层或深水层。
水面之间的深度和辐照度称为1%的深度的透光层(图5),低于1%的深度辐照度是不透光带。透光层不得占用整个变温层的湖,也可能扩展到完整的变温层厚度。在某些情况下,eupho-tic区可能会延伸到斜温层,但其扩展到一个湖的深水层是不可能的。
透光层的厚度取决于水的透明度,进而影响颜色(从土壤颜色的有机酸)、溶解无机悬浮物(粉砂和粘土)和生物体,特别是那些含有叶绿素,一个高效吸收的光。因为这些成分的浓度可以在相对较短的时间尺度变化(如每周)的厚度透光和不透光区是动态的;它受到季节性和不规则的随时间变化的。
透光层的厚度可能小的高径流,当暂停无机材料和彩色有机化合物进入湖泊的最大数量。其他时候透光层可能会瘦,但是与此同时藻华,这可以产生足够的叶绿素大幅降低水体的透明度。相反,透光层可能大幅增稠当营养耗尽,因为phyto-plankton生物量可能下降,从而增加透明度的水。同时,放牧强劲浮游动物可能会变厚透光层通过移除浮游植物生物量。
透光区扩展到整个湖,包括远洋和沿海区域。事实上,透光层的平均厚度决定了滨海带的外边界,因为它影响的附加植被滨海区域的特征。
概述
表1所示的四套区域定义独特的栖息地内湖泊与特定类别的生物和生物地球化学相关联或代谢过程。区反映一些最重要的物理和化学因素,控制生物的驱动过程和生物群落结构。分带,虽然一般定性,而一个量化的概念,反映了经验积累和测量在许多类型的湖泊。因此,区域的知识
图5说明湖分成透光和不透光区。透光层,湖水卷在其中积极的净光合作用可以发生,大约对应的深度> 1%的辐照度。湖的部分下面这个边界负净光合作用或总光合作用可以忽略不计。
图5说明湖分成透光和不透光区。透光层,湖水卷在其中积极的净光合作用可以发生,大约对应的深度> 1%的辐照度。湖的部分下面这个边界负净光合作用或总光合作用可以忽略不计。
边界在一个湖泊允许对一些一般性的预测率的各种生物和生物地球化学过程将发生在一个给定的湖,和这些生物的空间分布和过程。
术语表
不透光,没有光,一般解释limno-logically接收不到1%的太阳能irradi-ance到达湖的表面。
变温层——至上和最热的层(也称为混合层)湖的经历季节性气候变暖引起的密度分层在湖边表面。
透光,湖的一部分接收足够的太阳能辐照度支持光合作用(通常超过1%的全太阳能辐照度)。
深水层——最密集,最深的,最酷的层的热分层湖。hypolim-nion不支持光合作用,因为它缺乏太阳能辐照度,在许多情况下显示部分或完全消耗溶解氧。
沿海海岸附近,严禁,irra-diance到达底部高于1%的太阳能辐照度在水面。
斜温层,过渡层密度和温度深水层连接变温层。
远洋,超出了一个湖的沿岸带。
底栖生物——湖扩展几厘米的区域上方和下方底部的湖。
参见:密度分层和稳定性;
湖泊流域的地貌。
进一步的阅读
哈钦森通用电气(1967)论述湖沼学,卷二:介绍生物学和Limnoplankton湖。纽约:威利。
哈钦森通用电气(1975)论述湖沼学,第三卷:湖沼学的植物学。纽约:威利。
哈钦森通用电气(1993)论述湖沼学,第四卷:底栖动物。纽约:威利。
Kalff J(2002)湖沼学:内陆水生态系统。上台北:普伦蒂斯霍尔。
吉姆RG(2001)湖沼学,第三版。纽约:学术出版社。
继续阅读:滨海区
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