海洋生态系统的分解作用与生物地化循环-厦门大学海洋与地球.PDF

第八章 海洋生态系统的分解作用与生物地化循环 第一节 海洋生态系统的分解作用 一、有机物质的分解作用及其意义 （一）什么叫分解作用 初级生产的产品和固定的能量经由食物链中各种异养生物的消费、传递，形成物质 和能量的流动。同时，动植物也不断产生有机碎屑，包括排泄的废物以及生物死亡后的 残体碎片。这些有机物质也贮存一定的潜能，通过分解者生物的作用逐渐降解，颗粒有 机物逐渐腐解为溶解有机物，复杂的有机物逐渐分解为较简单的有机物，最终转变成无 机物质；同时能量也以热的形式逐渐散失。这个过程就是生态系统的分解作用 （decomposition ）。在分解过程中原先被结合在有机物中的无机营养元素（N 、P 等）也 逐渐被释放出来，称为矿化作用 （mineralization ）。 在有氧条件下，分解作用的生物化学反应正好与光合作用相反。前者是 CO2 还原为 有机碳和产生 O2，将吸收的光能贮存在有机物中，是贮能的过程。后者则是通过呼吸作 用将有机碳转变成 CO 和消耗 O ，是释能过程，其化学反应可表示为 2 2 C H O ＋6O 酶 6CO ＋6H O＋能量 6 12 6 2 ⎯⎯→ 2 2 分解作用释放的能量与有机物的生化组分有关。上式氧化底物为葡萄糖，可释出 2870 KJ/mol 的能量。 在缺氧条件下，某些微生物（如反硝化细菌、硫酸盐还原菌等）利用硝酸盐或硫酸 盐等高氧化态化合物作为电子受体进行厌氧呼吸，有机物被分解为 CO ，同时产生NH 、 2 3 、 N 或 H S 等副产物。 2 2 （二）有机物质的分解过程 有机物的分解包括可溶性物质的沥滤、微生物的降解和异养生物的消耗等一系列很 复杂的过程，是由许多种生物反复的共同作用才能完成的。而且，沥滤、降解和被异养 生物消耗是在整个分解过程起作用的，只不过在不同阶段其作用大小有差异而已。同时， 各种有机碎屑的分解过程与碎屑食物链紧密联系，它包括颗粒有机物和溶解有机物的反 复再循环过程（图 8.1）。 不同来源的碎屑有机物，其分解过程有差别。从大型藻类和维管束植物来源的有机 物分解过程包括下面几个阶段： ①沥滤阶段 （leaching phase ）：可溶性物质从碎屑中转移出来的一种形式。有机体一 旦死亡，就很快地沥滤出那些可溶的或水解的物质。这些有机溶解物易被异养生物吸收 利用，同时产生 CO2 和无机盐类。应当指出，这一阶段并不一定要有微生物的参与。实 验证明，不管是在有菌或无菌条件下，其沥滤速率是一样的。 ②分解阶段 （decomposition phase ）：这一阶段有机物的分解主要通过微生物（细菌、 真菌和其他微型生物系统）的降解作用（degradation ）来实现。微生物分泌各种酶来降 185 POM 再循环 生长 颗粒物和 低分子量 呼吸 高分子量物质 扩散性物质 可溶性有机物 DOM 再循环 图8.1 颗粒有机物与溶解有机物在食物链中的再循环(引自Kaiser et al. 2005) 解有机物，并且吸收所产生的可溶性有机物，部分用于自身生长，部分用于呼吸消耗产 生 CO2 。在分解阶段，碎屑中某些化合物（如糖、脂肪酸和一些氨基酸）易被微生物利 用，而另一些物质（如纤维素、蜡和木质素）很难被微生物分解。因此，在分解阶段， 颗