浮游生物泛指生活于水中而缺乏有效移动能力的漂流生物,其中分有
浮游植物及
浮游动物。
形态特征
浮游生物体型细小,大多数用
肉眼看不见,悬浮在水层中且游动能力很差,主要受水流支配而移动的生物,称浮游生物。
浮游生物是按其生活方式而划分的一类生物群体,并非按物种划分。
名称由来
浮游生物的定义,主要是指它们的被动性运动,实际上也可以说是指用
浮游生物网或水桶采集的水中生物。也有很多人直接采用原文plankton。
提出浮游生物一词时是指全部浮游在水中的有机体,后来又专指在水中生活的生物,亦即指明为浮游的
生物群落。与此相对应的,“浮游生物体”一词则是专指每个浮游生物。
此外,为与浮游生物(Plankton)一词相对应,1891年E.H.Haecker提出了“
底栖植物”(
水底植物,benthos,Nekton)一词。
1896年C.Schrter和O.Kirchner提出了“
漂浮植物”(pleuston)一词。
1917年E.Naumann提出了“
漂浮生物”一词
1961年J.M.Peres提出了“海洋生物”(pelagos)一词,这些名词都是用于区别水生生物的生态群。
种类划分
浮游生物多种多样,特别是动物,几乎可以见到全部动物类群:体型微小的原生动物、藻类,也包括某些甲壳类、软体动物和某些动物的幼体。它们没有或仅有微弱的游泳能力。可分为浮游植物和浮游动物。
按个体大小,浮游生物可分为六类:
大型浮游生物,5~10毫米,如大型桡足类、磷虾类;
属于植物的,以硅藻、
鞭毛藻和蓝藻居多,还有不少附着在
悬浮物上的细菌。一般浮游生物是小型的,但也有伞径长达2米的水母等。从形态上看,浮游生物为适应浮游,体表常有复杂的突起,或在体内贮存着大量的水、油滴、脂肪和气体等。
分布特征
浮游生物的种类和数量随时间(主要是季节分布)和空间(主要是水平分布和垂直分布)而变。
水平分布
海洋浮游生物按纬度不同大致分为
寒带种、温带种和
热带种3类。它们之间不论在种类上或数量上都存在着很大差异。一般说,
寒带浮游生物的种类少,每种的数量大;热带浮游生物相反,种类多而每种的数量少;温带浮游生物则介于两者之间。例如翼足类在
黄海北部迄未发现,黄海南部仅8种、东海有31种,而南海则有50种。温度显然是形成这个现象的主要因子。
浮游生物的水平分布与寒流和暖流密切相关,因而有些种类常可作为寒流和暖流的指示种。例如
管水母类的
帆水母和银币水母可作为东海
黑潮暖流的
指示种。
除温度和
海流外,盐度也可影响
海洋浮游生物的水平分布。一般
近海浮游生物属广盐性种类,分布较广,而外海浮游生物则属
狭盐性种类,分布较窄。
营养盐也是影响海洋浮游生物水平分布的一个因子。营养盐丰富的近海水域,浮游植物的数量较大。
淡水浮游生物的水平分布主要受温度影响。按栖息纬度的不同也可分为
寒带种、温带种和热带种 3类。在
广温性温带种里出现不少
世界种,这是由于
休眠孢子或
休眠卵借风力或鸟类而广泛传播所致。很多淡水
枝角类的世界种就是通过休眠卵的传播而形成的。
垂直分布
在海洋或深
湖里,浮游生物栖息在不同深度的水层中。浮游植物要进行光合作用,只能分布在有光照的上层(约0~200米)。由于需要的光照强度不同,蓝藻一般分布较浅,而硅藻则分布在光照层的不同水层。例如角毛藻常在表层,而海毛藻常在较深水层(20米以下)。浮游动物在上、中、下各个水层都有分布,不过种类和数量在各个水层显然不同。例如,
原生动物、
轮虫、水母类、
枝角类、浮游腹足类及浮游幼体一般分布在上层,其他各类在上、中、下层都有分布,个别种类如深海磷虾则匿居深海。
僧帽水母、
帆水母等具气囊,漂浮海面,属于
漂浮生物。一般浮游动物(如桡足类、毛颚类、浮游端足类等)的种类随深度(不超过1000米)而增多,但数量却随深度而减少。
各类浮游动物的垂直分布并非固定不变,而是随外界和内部条件的改变而发生相应变化。
①由气候改变引起的变化
如不少浮游动物(
背光性或趋弱光性)在阴天栖息上层,而在晴天移居中、下层。这是光度变化所致。
②由生殖引起的变化
③由发育引起的变化
这在浮游动物中相当普遍,如幼体系趋强光性,又摄食浮游植物,故栖息上层,而成体则因系
背光性或趋弱光性,又摄食其他动物,移栖中、下层。
④由海流引起的变化
如
上升流可把下层浮游动物带到上层,从而改变垂直分布情况。
⑤由食料引起的变化
如中、下层草食性浮游动物到了晚间为摄食浮游植物而上升至表层。又如中、下层肉食性毛颚类为追逐食料,到夜晚跟着桡足类上升至表层。
垂直分布的最大变化是由
昼夜垂直移动引起的。白天下降、夜晚上升,这种生态现象在浮游动物中相当普遍尤其是
浮游甲壳动物。可是,在每一类动物(如桡足类)中,不是每个种都进行昼夜垂直移动,并且上下移动的幅度和时间也不完全一致。由于昼夜垂直移动,各个水层的种类组成和数量发生很大变化。一般上层的种类和数量在夜晚显著增加。所以夜晚是采集浮游动物的最好时间。有些罕见的深海种类只能在夜间才能采到。光度的
昼夜变化可能是引起这个现象的主要外界因子。浮游动物往往栖息在
光度对它最合适的水层。由于光度的昼夜变化,浮游动物就进行相应的昼夜垂直移动。除光度外,其他外界因子如温度、
盐度、食料等也能直接地或间接地影响昼夜垂直移动。此外,昼夜垂直移动现象在
生殖期或非生殖期,在
幼体期或成体期显然不同,这可能受生殖、发育、代谢等内部因子的影响。
季节分布
浮游生物的种类组成和数量有明显的季节变化,而这变化又随纬度而异。
北温带浮游植物的数量高峰一般在春季出现,因那时光度增强,
营养盐(氮、磷等无机盐类)增多,有利于浮游植物的大量繁殖。到夏季,营养盐消耗殆尽,草食性浮游动物又大量摄食,导致浮游植物的数量骤减。入秋,营养盐增多,浮游植物再度大量繁殖,从而出现另一个比春季稍低的高峰。冬季环境恶劣(特别是温度太低),浮游植物再度减少。这种一年出现两个高峰的现象称为
双周期。此外浮游植物的种类有季节交替。例如夏季硅藻衰退后,甲藻起而代之,因后者适于在高温和营养盐贫乏的季节大量繁殖。
北温带浮游动物的季节分布和浮游植物大致相似。不同点是浮游动物的春秋两个高峰出现得比浮游植物稍晚,因为草食性浮游动物必须要有丰富的饵料才能大量繁殖。浮游动物也有种类的季节交替现象。例如,由于毛颚类摄食桡足类,前者的高峰会比后者出现稍迟。
寒带海洋的浮游植物和浮游动物,一年只有一个繁殖高峰,这称为单周期,出现在环境较好的温暖夏季。其他季节光照太弱或消失(冬季完全黑暗),温度太低,浮游生物无法繁殖。热带海洋的
环境因子(特别是温度)整年没有多大变化,所以季节间也就没有明显差异。
在淡水水域,浮游生物季节分布在数量变化上与
海洋浮游生物大同小异,但在种类变化上则有较大差异。例如在
淡水浮游生物中占优势的
绿藻类、蓝藻类、
枝角类和
轮虫类,其数量高峰经常出现在水温较高的温暖季节,尤以夏季繁殖最盛,不过冬季的种类贫乏和数量稀少,则与海洋浮游生物一致。由于水的粘度随着水温的升高而降低(25℃时的粘度约为0℃时的1/2),淡水浮游生物到夏季容易下沉。为此,不少种类在进化过程中逐渐以扩大身体表面积来增加浮力,如淡水枝角类僧帽溞的头部向前伸长呈头盔状。这种形态
季节变异在硅藻类的星杆藻、甲藻类的
角甲藻和轮虫类的
螺形龟甲轮虫也可看到。
生态价值
生态意义
硅藻和甲藻是
大陆架区生产者的优势种,其生产力是海洋生态系统其他
生物生产力的基础,某些甲藻能引起
赤潮。浮游动物中的桡足类和磷虾是永久性浮游生物,
腔肠动物的
浮浪幼虫、
蛇尾的长腕幼虫和
藤壶的无节幼虫是
暂时性浮游生物。
磷虾是鱼类的主要饵料之一,南极海洋中的磷虾数量最多。浮游动物属消费者。
有孔虫类和
放射虫类的壳是
海洋沉积物中一类重要的
古生物化石,根据它们能确定地层的
地质年代和
沉积相,还能借助它们寻找沉积矿产和石油。浮游生物是水域中其他生物生产力的基础,由于它们分布广,繁殖力强,故可能成为未来世界的主要食源。
在浮游植物中,有的也是通过调节体内气体的量而作垂直移动的。在水中,尤其是大湖泊和海洋中,光合作用几乎都在
真光层内进行的。具有光合作用的浮游生物,每年光合成量,整个海洋碳素估计可达250亿吨(E.Steeman Nielsen.1960)或200亿吨(J.H.Ryther,1969)。现存的浮游植物数量与浮游动物相比,在热带海洋中约为20倍,在寒带海洋中约为10倍,在湖泊中一般比例较小,在营养贫瘠或含腐殖质多的湖泊中有时也会比浮游动物的数量小些。小型浮游动物作为水中食物链的基础的一环而受到重视;同时,对于海洋而言,它们大规模地垂直移动具有把有机物向下层运输的作用,受到了人们的重视。
科学价值
①可作为海流指示种,对探索海流流向有一定帮助。
③有些发光浮游生物(特别是夜光虫)的大面积发光对海军在夜间作战不利,因发光可以暴露军舰的航行路线。
④磷虾类、管水母类等浮游动物大量密集在一起,形成声散射层,可以阻碍或干扰声波在水中的传播。
⑤硅藻、
放射虫、有孔虫和翼足类等死后外壳大量沉积在海底,成为海洋底质的重要组成部分。这些生物性沉积物对研究海洋地质史和古代
海洋环境有一定帮助。
⑥有些浮游生物因具有富集
放射性同位素的能力,可以作为水域被放射性同位素污染的指标。此外,有些浮游生物也可作为污染的指示种。
⑦有些浮游动物(如海蜇、毛虾等)是重要海产品。
由于在理论上和实践上的重要性,浮游生物学日益受到各国生物学工作者和水产学工作者的重视。
渔业价值
浮游植物作为生产者是第一环节(也称第 1营养级),植食性浮游动物摄食浮游植物,是第2环节。浮游生物是水域生产力 的基础;浮游植物的产量(
初级生产力)决定着植食性浮游动物的产量(次级生产力),而后者又决定着小型鱼类的产量(3级生产力)和大型鱼类的产量(终级生产力)。因此,渔获量的大小基本上取决于浮游生物产量。
这个相互关系在
海洋生态系统中尤其明显。例如,渔获量很高的中国
舟山渔场就是处在不同水流(径流和
沿岸流)的交汇区,又受
上升流(把下层
营养盐带到光照层)的影响,营养盐较丰富,这就导致浮游生物的大量繁殖和生产力的提高。故浮游生物产量(特别是
初级生产力)是形成渔场的基本条件,并可作为寻找渔场的一个标志。特别是一切幼鱼和中、上层植食性鱼类(如
鲱鱼、
鲐鱼、
蓝圆鲹、鲚鱼等)的饵料基础。它的数量和分布可作为探索上述鱼类
索饵洄游路线和寻找渔场的标志,对捕捞业有一定指导意义。
浮游生物作为贝、虾、鱼类幼体的天然饵料,它的人工培养对养殖业也帮助很大。有些浮游生物如蓝藻、甲藻等若繁殖过盛,可产生“
湖靛”或“赤潮”,杀死经济水产动物。
发现案例
2014年8月20日,俄罗斯科学家在对取自
国际空间站窗户和墙壁的样本进行分析时发现,国际空间站的外壳上竟然附着着
海洋浮游生物,尚不清楚这些浮游生物如何进入太空的。
国际空间站俄罗斯任务组在2014年8月的研究证明,一些生物能够在国际空间站的外壳上生存。一些研究甚至认为,这些生物能够在真空、低温、辐射等恶劣的航天条件下生长。科学家们在国际空间站的表面上找到了浮游生物的痕迹,尚不清楚这些浮游生物是如何进入太空的,科学家已展开调查。
实验中发现的浮游生物可以在海洋中找到,但在国际空间站宇航员和货物的升空地点、位于
哈萨克斯坦的拜科努尔发射场却不常见。