化学海洋主要生源要素的生物地球化学循环.pdf

二营养盐循环 目前对海洋中各形态氮的含量与分布有一定 了解，对其循环路径也有定性认识，但有关 海洋氮循环关键过程的速率特征仍缺乏定量 信息。 海洋生物活动是 导致海洋中氮于 各种形态之间相 互转化的重要影 响因素，其中生 物固氮作用、氮 的生物吸收、硝 化作用和反硝化 作用是海洋氮循 环的关键过程 四、海洋氮循环关键过程 1、氮的生物吸收 2、固氮作用； 3、硝化作用； 4、反硝化作用 1、氮的生物吸收 在许多开阔大洋海域，生物初级生产过程往 往受氮的提供量所限制。由于海洋中的大部 分浮游植物无法直接利用N2，它们必须通过 吸收溶解态氮组分（如NO3-、NO 、NH 、尿2- 4+ 素）来满足其光合作用需要。 当海水中的氮进入到生物细胞壁后，通过一系 列酶的作用和合成代谢反应，最终被转化为蛋 白质。所发生的重要合成代谢反应如下： 由于亚硝酸盐比硝酸盐处于较低的氧化态，其转化 为有机形式需要耗费较少的能量。与此类似，浮游 植物吸收氨盐或尿素所耗费的能量更少。 如果将混合了溶解态尿素、氨盐、亚硝酸盐和硝酸 盐的溶液来培养浮游植物，浮游植物利用还原态氮 的速率最快。 在沿岸海域，尿素由于有较快的产生速率，生物对 其的吸收也比较重要。 2、固氮作用 固氮作用在海洋碳、氮循环中的作用 3、硝化作用 初始时，PON 降解产生 NH4+ ，它激发了亚硝基 单孢菌的生长，这些细 菌将NH4+氧化成NO2- 。 此导致水体NH4+浓度降 - 低，而NO 浓度升高。 2 - 高浓度的NO 激发硝化 2 细菌的生长，硝化细菌 - - 将NO 氧化成NO 。最 2 3 终，所有DIN均被转化为 NO3- 。 未被降解的残余PON 主 要由较为惰性的组分构 成，它们无法被好氧海 黑暗条件下固定体积海水中PON 有氧降解所产 洋细菌降解。 生的氮化合物 4、反硝化作用 反硝化作用特点： 五、海洋中氮营养盐的分布 1、全球海洋表层水中NO3- 的空间分布 全球海洋表层水中NO3- 的空间分布 英吉利海峡 一个站位的 表层和近底 层水中三氮 浓度的季节 变化 六、人类活动对海洋氮循环的影响 全球海洋无机氮（NO3- ）与无机磷（PO43- ）的 关系（GEOSECS 数据） 短时间尺度上磷的重要性 有关氮是唯一限制性营养盐的看法存在明显的缺陷， 其中最重要的一点是忽略了有机营养盐和痕量金属元 素在浮游生物生长中的潜在作用； 磷可能是目前部分海域浮游植物生产力的限制性因子 二、磷的存在形态与储库 1、磷的存在形态 海水中的总磷（TP ）可分为颗粒磷（PP）和总 溶解磷（TDP ）（TP=PP+TDP ），在大多数开 阔海洋环境中，TDP储库一般远远超过PP储库。 颗粒磷和总溶解磷均包括无机和有机的磷组分， 因此，PP=POP+PIP，TDP= DOP+DIP 。 海水中（S=35 ）溶 解无机磷各种存在形 式随pH值的变化情况 T=25 °C、pH=8.1、 S=35时海水中各种形 态溶解无机磷所占的 份额 压力变化对溶解无机磷存在形态会产生影响 T=25 °C 、pH=8 .1、S= 35时 压力对各种形态溶解无机磷所占份额的影响 各种形态溶解无机磷所占份额(%)