海洋中的營養(yǎng)鹽

1、海洋中的營養(yǎng)鹽定義傳統(tǒng)定義的海水中營養(yǎng)鹽一般指氮、磷、硅元素的鹽類，也稱為生源要素或生物制約要素。但廣義地說，海水中的主要成分和微量金屬也是營養(yǎng)成分，第1頁/共101頁營養(yǎng)鹽的來源主要：大陸徑流帶來的巖石風(fēng)化物質(zhì)、有機物腐解的產(chǎn)物及排入河川中的廢棄物。其次：海洋生物的腐敗與分解、海中風(fēng)化、極區(qū)冰川作用、火山及海底熱泉，甚至大氣中的灰塵，都為海水提供營養(yǎng)元素。 第2頁/共101頁營養(yǎng)鹽垂直分布規(guī)律對于大洋水來說，營養(yǎng)鹽的分布可分成四層：表層：營養(yǎng)鹽含量低，分布比較均勻次層：營養(yǎng)鹽含量隨深度的增加而迅速增加第3頁/共101頁營養(yǎng)鹽垂直分布規(guī)律次深層：500-1500m500-1500m，營養(yǎng)鹽含量

2、出現(xiàn)最大值深層：磷酸鹽和硝酸鹽的含量變化很小，硅 酸鹽含量隨深度的增加而略為增加。 第4頁/共101頁氮、磷、硅 海水中的營養(yǎng)鹽氮第5頁/共101頁氮 可能存在形式 轉(zhuǎn)化和循環(huán) 含量分布與變化水平分布垂直分布季節(jié)變化第6頁/共101頁海水中的氮包括廣泛的無機和有機氮化合物。氮在海水中可能存在形式有：NO3-(+V)，NO2-(+III)， NO(+II)， N2O(+I)，N2(0)，NH3(-III)，NH4+(-)，RNH2(-)。第7頁/共101頁無機氮種類：海水中除溶解氮氣外，主要有NO3-， NH4+(NH3)，NO2- (即三氮)3種無機化合氮。作用：海水中無機氮化合物是海洋植物最

3、重要的營養(yǎng)物質(zhì)。第8頁/共101頁有機氮海水中有機氮主要為蛋白質(zhì)，氨基酸、脲和甲胺等一系列含氮有機化合物。 第9頁/共101頁有機氮和無機氮在海水中的相互轉(zhuǎn)化和循環(huán)有機氮和無機氮在海水中的相互轉(zhuǎn)化和循環(huán)第10頁/共101頁1.1.無機氮被海洋生物吸收組成有機氮無機氮被海洋生物吸收組成有機氮( (主要是蛋白質(zhì)主要是蛋白質(zhì)) )。2.2.有機氮經(jīng)化學(xué)及細(xì)菌作用分解成無機氮。如：有機氮經(jīng)化學(xué)及細(xì)菌作用分解成無機氮。如：有機氮和無機氮在海水中的相互轉(zhuǎn)化和循環(huán) 蛋白質(zhì)：首先通過化學(xué)及細(xì)菌作用生成氨基酸蛋白質(zhì)：首先通過化學(xué)及細(xì)菌作用生成氨基酸(R-CHNH(R-CHNH2 2-COOH)-COOH)，而后

4、分解成為無機氮，而后分解成為無機氮(NH(NH3 3) )。蛋白。蛋白質(zhì)除分解氨基酸，還能被分解為一些小分子的胺，質(zhì)除分解氨基酸，還能被分解為一些小分子的胺，如甲基胺等。如甲基胺等。第11頁/共101頁海水中的氨主要以NHNH4 4+ +形式存在。在亞硝酸菌和硝酸菌作用下，可被氧化生成NONO3 3- -(+V)(+V)，NONO2 2- -(+III)(+III)，這種作用稱為硝化作用。 32221NOONO硝酸菌HOHNOONH422322224亞硝酸菌 無機氮在海水中的相互轉(zhuǎn)化 第12頁/共101頁據(jù)研究，NHNH4 4+ +被氧化為NONO2 2- -的反應(yīng)有3 3種：光化學(xué)氧化作用；

5、化學(xué)氧化作用，微生物氧化作用。海水中主要是后兩種作用。由于海水吸收紫外線，故在海面以下的光化學(xué)氧化作用不明顯?；瘜W(xué)氧化作用亦主要在表層海水中進行。微生物氧化作用可由自養(yǎng)菌或異養(yǎng)菌來進行。 第13頁/共101頁 各種氮在海水中的相互轉(zhuǎn)化的模擬實驗各種氮在海水中的相互轉(zhuǎn)化的模擬實驗第14頁/共101頁從圖可見，有機氮( (硅藻) )死亡后其顆粒狀有機氮分解為NHNH4 4+ +，并轉(zhuǎn)化為NONO2 2- -和NONO3 3- -，約需3 3個月時間。在有機氮的分解過程中，微生物及酶的催化作用是極為重要的，不同的分解過程，有不同的微生物及酶參與。第15頁/共101頁當(dāng)放在暗處的水中NHNH4 4+

6、+含量達(dá)到最高值時，放在明處使其見光，則硅藻開始吸收NHNH4 4+ +，NHNH4 4+ +減少而粒狀N N增加。綜上所述，光化學(xué)氧化、化學(xué)氧化和微生物的作用，尤其是海洋細(xì)菌的作用，在海洋中氮的轉(zhuǎn)化和循環(huán)中起著重要的作用。若反過來做實驗第16頁/共101頁這個循環(huán)并不是完全封閉的，海洋每年從雨水和河流中接受了一定量的化合氮，雨水每年給每平方米海面帶入大約4 0004 00017 000 17 000 mol/dmmol/dm3 3 NH NH4 4+ +-N-N和20002000 mol/dmmol/dm3 3的NONO3 3- - - N - N，江河也向海洋中不斷輸入NONO3 3- -

7、N-N和NHNH4 4+ +-N-N。 有機氮和無機氮在海水中的相互轉(zhuǎn)化和循環(huán)第17頁/共101頁海水中無機氮的含量分布與變化含量分布的一般規(guī)律是；隨著緯度的增加而增加; ;隨著深度的增加而增加；在太平洋、印度洋的含量大于大西洋的含量；近岸淺海海域的含量一般比大洋水的含量高。第18頁/共101頁大洋海水中無機氮含量的變化范圍一般是；NO3-N：0.1-43 mol/dm3，NO2- -N：0.1-3.5 mol/dm3，NH4+ -N：0.35-3.5 mol/dm3在海水中NO3- -N的含量比NO2- -N，NH4+ -N高得多。在大洋深層水，幾乎所有的無機氮都以硝酸鹽的形式存在，它的分布

8、一般與磷酸鹽的分布趨勢相似。第19頁/共101頁 水平分布一般大洋水中硝酸鹽的含量隨著緯度的增加而增加，即使在同一緯度上各處也會由于生物活動和水文條件的不同而有相當(dāng)大的差異。右圖是大西洋一個南北斷面的分布圖。 第20頁/共101頁 垂直分布銨鹽在真光層中為植物所利用，但在深層中則受細(xì)菌作用，硝化而生成亞硝酸鹽以至硝酸鹽。因此，在大洋的真光層以下的海水中，銨鹽和亞硝酸鹽的含量通常甚微，而且后者的含量低于前者，它們的最大值常出現(xiàn)在溫度躍層內(nèi)或其上方水層之中。一般大洋海水中硝酸鹽的含量，在垂直分布上是隨著深度的增加而增加，在深層水中，由于氮化合物不斷氧化的結(jié)果，積存著相當(dāng)豐富的硝酸鹽。 第21頁/共

9、101頁可以看出三大洋硝酸鹽的含量為：印度洋 太平洋 大西洋，表層硝酸鹽被浮游植物所消耗，含量較低，甚至達(dá)到分析零值，在500-800 m500-800 m處含量隨深度急劇增加，在500500l 000 ml 000 m有最大值，最大值以下的含量隨深度的變化很小。三大洋的NONO3 3- - -N -N的垂直分布第22頁/共101頁季節(jié)變化下圖是英吉利海峽一個站位表層和底層海水中的NHNH4 4+ + -N-N，NONO2 2- - -N -N和NONO3 3- - -N -N的季節(jié)變化，第23頁/共101頁季節(jié)變化暖季：當(dāng)生物生長繁殖旺盛的，3 3種無機氮含量下降達(dá)到最低值，這種趨勢在表層水

10、更為明顯。冬季：由于生物尸骸的氧化分解和海水劇烈的上、下對流，使得3 3種氮含量回升達(dá)到最高值，且NHNH4 4+ + -N -N和NONO2 2- - -N -N先于NONO3 3- - -N -N回升。 第24頁/共101頁 緩沖現(xiàn)象季節(jié)變化垂直分布 N/P 存在形態(tài) 相互轉(zhuǎn)化和循環(huán) 含量分布與變化水平分布P第25頁/共101頁磷在海水中的存在形態(tài)磷是海洋生物必需的營養(yǎng)要素之一。磷以不同的形態(tài)存在于海洋水體、海洋生物體、海洋沉積物和海洋懸浮物中。海水中磷的化合物有多種形式，如溶解態(tài)無機磷酸鹽、溶解態(tài)有機磷化合物、顆粒態(tài)有機磷物質(zhì)和吸附在懸浮物上的磷化合物。通常以溶解的無機磷酸鹽為主要形態(tài)，

11、用POPO4 43-3-P-P表示。第26頁/共101頁海洋中各種磷的化合物也會由于生物、化學(xué)、地質(zhì)和水文過程而進行著各種變化。例如顆粒磷可以通過細(xì)菌和化學(xué)作用，而轉(zhuǎn)化為無機磷酸鹽和溶解有機磷化合物。這兩種磷化合物都可被浮游植物直接吸收，但以無機磷酸鹽為主。第27頁/共101頁海水中無機磷酸鹽存在以下的平衡：H H3 3POPO4 4H H+ +H+H2 2POPO4 4- -2 H2 H+ +HPO+HPO4 42-2-3 H3 H+ +PO+PO4 43-3-由于海水中無機磷酸鹽的濃度很低( (約1010-6-6mol/kg)mol/kg)，直接測定解離常數(shù)比較困難。KesterKeste

12、r等(1967)(1967)用測定pHpH值的方法，對人工海水和0.68mol/dm0.68mol/dm3 3 NaCl NaCl溶液測定了磷酸的三級表現(xiàn)電離常數(shù)，測定結(jié)果如下：第28頁/共101頁第29頁/共101頁根據(jù)這些常數(shù)，可計算在不同pHpH值時，3 3種磷酸鹽陰離子H H2 2POPO4 4- -，HPOHPO4 42- 2- 和POPO4 43-3-所占總磷量的百分比( (如圖) )。第30頁/共101頁由圖可看出，海水中無機磷酸鹽各種離子的量與純水及NaClNaCl溶液不同，在正常海水pH=8pH=8的情況下，主要以HPOHPO4 42-2-的形式存在，約占8787，而POPO

13、4 43-3-占1212，H H2 2POPO4 4- -僅占l l。在同一pHpH下，磷酸鹽陰離子在海水、NaClNaCl溶液和純水中的含量不同，這是由于海水中CaCa2+2+和MgMg2+2+等常量陰離子與磷酸鹽陰離子的締合作用引起的。KesterKester等指出；由于締合作用的結(jié)果，海水中有9696的POPO4 43-3-和4444的HPOHPO4 42-2-可能與鈣和鎂離子形成離子對。第31頁/共101頁磷在海水中的相互轉(zhuǎn)化和循環(huán)磷在海水中的相互轉(zhuǎn)化和循環(huán)第32頁/共101頁上述圖的闡述浮游植物通過光合作用吸收海水中的無機磷和溶解有機磷。浮游植物為浮游動物所吞食，其中一部分成為動物組

14、織，再經(jīng)代謝作用還原為無機磷釋放到海水中。未被動物完全消化的那一部分，有些經(jīng)植物細(xì)胞的磷酸酶的作用而還原為無機磷，有些則分解為可溶性有機磷，有些則形成難溶顆粒狀磷。所有這些過程都通過動物的排泄釋放到海水中，溶解有機磷和顆粒磷再經(jīng)細(xì)菌的吸收代謝而還原為無機磷。第33頁/共101頁但也有一部分磷在生物尸體的沉降過程中，沒有完全得到再生，而隨同生物殘骸沉積于海底，在沉積層中經(jīng)細(xì)菌的作用，逐步得到再生而成為無機磷。ArrheniusArrhenius發(fā)現(xiàn)，在太平洋海底沉積物的表層，平均每年每平方米約聚積0.50.54.0 mg4.0 mg磷，這些在沉積層中和底層水中的無機磷又會由于上升流、渦動混合和垂

15、直對流等水體運動被輸送到表層海水，再次參加光合作用。大陸徑流每年為海洋增添的溶解態(tài)磷約為2.22.2 10101212g/ag/a，顆粒態(tài)磷為1212 10101212g/ag/a。 第34頁/共101頁海水中磷酸鹽的含量分布與變化總的規(guī)律：一般在河口沿岸水體、封閉海區(qū)和上升流區(qū)的磷酸鹽含量較高，而在開闊的大洋表層含量較低。季節(jié)變化：近海水域磷酸鹽含量一般冬季較高，夏季較低。深度變化：在河口及沿岸淺海區(qū)磷酸鹽的垂直方向上分布比較均勻，而在深海和大洋中，則有明顯分層。第35頁/共101頁水平分布大洋海水中無機磷酸鹽的濃度是在不斷變化的，但許多地區(qū)最大濃度變化范圍都不超過0.5-1.00.5-1.

16、0 mol/dmmol/dm3 3。在熱帶海洋表層水中，生物生產(chǎn)力大因而這里磷的濃度最低，通常在0.1-0.20.1-0.2 mol/dmmol/dm3 3在太平洋、大西洋和印度洋的南部，由于彼此相通，磷酸鹽的分布及含量大致相同。第36頁/共101頁而在大西洋與太平洋的北部，磷酸鹽的分布則有著明顯的差別。大西洋北部磷含量較低，而太平洋北部磷含量幾乎是南部海區(qū)的兩倍。之所以形成這種差別，是與這些大洋的環(huán)流有關(guān)。這種情況與溶解氧的分布類似，一般規(guī)律是磷含量高，氧含量低，如大西洋氧的最小層處，也是磷含量量高的地方，達(dá)到2 2 mol/dmmol/dm3 3以上，第37頁/共101頁磷酸鹽之所以由大西

17、洋深層水向北太平洋深層水方向富集是：由于這些大洋深海的環(huán)流方向為低溫、高鹽和低營養(yǎng)的大西洋表層水在大西洋北端的挪威海沉降，成為大西洋深層水，越過格陵蘭至英國諸島的海脊往南流。在這期間，含磷顆粒從表層沉降到深海的過程中不斷被氧化腐解而釋放出營養(yǎng)鹽，這些被再生的營養(yǎng)鹽和未被腐解的顆粒物質(zhì)隨著深層水流向太平洋方向遷移，一直到北太平洋深處，這個富集過程不斷繼續(xù)下去。第38頁/共101頁使深層水中POPO4 43-3-P-P的含量從大西洋深層的1.21.2 mol/dmmol/dm3 3，逐漸提高到北太平洋深層的3 3 mol/dmmol/dm3 3。由此可見，之所以形成這種差別，是由于大洋環(huán)流和生物循

18、環(huán)相互作用的結(jié)果。 第39頁/共101頁垂直分布圖5.115.11表示了三大洋水中磷酸鹽的垂直分布情況。它大體反映出三大洋水中磷酸鹽含量分布變化的一般規(guī)律； 第40頁/共101頁表層較低。原因：由于生物活動吸收磷酸鹽，使磷的含量很低，甚至降到零值。在500-800m500-800m深水層內(nèi)，隨深度的增加而迅速增加。原因：含磷顆粒在重力的作用下下沉或被動物一直帶到深海，由于細(xì)菌的分解氧化，不斷地把磷酸鹽釋放回海水，從而使磷的含量隨深度的增加而迅速增加，一直達(dá)到最大值(1000m(1000m左右) )。第41頁/共101頁1000m1000m以下的深層水，隨深度的增加變化很小。原因：在1000m1

19、000m以下的深層水中，磷幾乎都以溶解的磷酸鹽的形式存在。由于垂直渦動擴散，使來源于不同水層的磷酸鹽濃度趨于均等。第42頁/共101頁季節(jié)變化海水中磷的含量由于受生物活動規(guī)律及其他因素的影響而存在季節(jié)變化。尤其是在溫帶( (中緯度) )海區(qū)的表層水和近岸淺海中，磷酸鹽的含量分布具有規(guī)律性的季節(jié)變化。第43頁/共101頁夏季( (含量較低) )：表層海水由于光合作用強烈，生物活動旺盛，攝取磷的量多，而從深層水來的磷補給不足，就會使表層水磷的含量降低，以致減為零值。冬季( (含量最高) )：由于生物死亡，尸骸和排泄物腐解，磷重新釋放返回海水中，同時由于冬季海水對流混合劇烈，使底部的磷酸鹽補充到表層

20、，使其含量達(dá)全年最高值。 第44頁/共101頁Cooper等在英吉利海峽一個站位，曾經(jīng)進行磷酸鹽季節(jié)變化的多年按月觀測。結(jié)果是：最高值在冬季，磷含量在21.5100 g/dm3之間變化，有些年份的最低值可低到0.5 mg/m3(圖512)。第45頁/共101頁我們通過膠州灣磷的季節(jié)變化圖( (圖5 513)13)就可直觀地看出其變動的情況。但是，從圖看到；在8 8月份，膠州灣的磷含量突然增加，why?why?這是由于降雨使大陸排水量突增，大陸水從陸地帶了大量磷，因而使8 8月磷含量又有所增加。第46頁/共101頁河口磷酸鹽的緩沖現(xiàn)象這種現(xiàn)象是指水體的磷酸鹽濃度保持在一個相對恒定的范圍。最初是S

21、tefanssonStefansson和RichardsRichards在哥倫比亞河口發(fā)現(xiàn)的。產(chǎn)生緩沖現(xiàn)象的原因，是由于磷酸鹽與懸浮顆粒物發(fā)生了液- -固界面的吸附- -解吸作用：即河口懸浮顆粒物能從富含磷酸鹽的水體吸附磷酸鹽，而后又能在低濃度水中釋放出磷酸鹽，這樣就使水體的磷酸鹽濃度保持在一個相對恒定的范圍。 第47頁/共101頁 N/P從硝酸鹽，磷酸鹽的季節(jié)變化可以看出，這些鹽類和含量與海洋植物的活動有密切關(guān)系。如果其含量很低，則會限制生物活動，被稱為生物生長限制因子。生物在吸收這些鹽類時一般是按比例進行的，由于生物作用的影響，一定存在固定的關(guān)系；根據(jù)大洋中硝酸鹽，磷酸鹽分布情況大致相近，

22、可以斷定這兩種鹽類在大洋中的含量之間有著一定的比值，稱為N/P比值。 第48頁/共101頁三大洋的N/PN/P比值見圖5.65.6，從調(diào)查結(jié)果來看，這個值是近似恒定的，即N/PN/P16(16(原于數(shù)) )，N/P=7(N/P=7(質(zhì)量) )。 第49頁/共101頁大洋是如此，近海和淺海區(qū)N/PN/P比值并不恒定，不同的區(qū)域有不同的比值，有些區(qū)域隨著季節(jié)還有變化，如美國華盛頓州FridayFriday港表層水的N/PN/P比值在12-1412-14之間，并且隨著季節(jié)的不同而變化。膠州灣19911991年以前，年N/PN/P比值平均值為10-3110-31，夏季為9 91818，基本正常。199

23、1-19941991-1994年則升高到2424，19981998年夏季由于大量降水升高到240240。由此，N/PN/P升高導(dǎo)致P P的供給相對不足；成為浮游植物生長的限制因子。第50頁/共101頁 可能存在形式 硅和氮、磷在循環(huán)過程中的差異 含量分布與變化水平分布垂直分布季節(jié)變化硅第51頁/共101頁存在形式 海水中硅的存在形態(tài)頗多，有可溶性的硅酸鹽，膠體狀態(tài)的硅化合物，懸浮硅和作為海洋生物組織一都分的硅等。其中以可溶性硅酸鹽和懸浮二氧化硅兩種為主。海洋中可溶性硅的平均濃度為36 36 mol/dmmol/dm3 3，在大洋深水中可達(dá)100-200100-200 mol/dmmol/dm3

24、 3。 第52頁/共101頁硅酸(H4SiO4或Si(OH)4是一種弱酸，它在水中存在如下平衡H4SiO4 H3SiO4-+ H+H3SiO4- H2SiO42-+ H+ 在25，0.5mol/dm3的NaCl溶液中，硅酸的K13.9 10-10，K2=1.95 10-13。因此，在海水中(pH值通常為7.78.3)，只有約5%的溶解硅以離子形態(tài)H3SiO4-存在。溶解硅主要是以單分子硅H4SiO4的形態(tài)存在。第53頁/共101頁通常把可通過超過濾器( (濾膜孔徑為0.1-0.50.1-0.5 m m的硝化纖維膜) )并且可用硅鉬黃絡(luò)合比色法測定的低聚合度的溶解硅酸和單分子硅酸總稱為“活性硅酸

25、鹽”，它容易被硅藻吸收。第54頁/共101頁硅酸在海水中的溶解度 在25時，SiO2在純水中的溶解度為180 mol/dm3 (以含硅量表示，下同)，而在0時，則為79 mol/dm3。所以，天然海水中硅酸鹽是處于不飽和狀態(tài)，在海水中不可能出現(xiàn)SiO2自行沉淀析出現(xiàn)象，而只能是繼續(xù)溶解。 第55頁/共101頁海洋中硅的生物地球化學(xué)過程海水中去除硅酸的主要途徑是由于硅不可逆地進入硅質(zhì)生物體或遷入沉積物中，如硅藻、有孔蟲和硅海綿對硅有很高的富集作用。然而，許多海洋學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)沿岸通常呈現(xiàn)低鹽度而高硅量的現(xiàn)象，認(rèn)為這是進行著硅酸的非生物移出的過程，即化學(xué)沉析過程。第56頁/共101頁李法西等研究認(rèn)為

26、；這是由于在河口與海水混合過程中所形成的pH值，Eh值和電解質(zhì)濃度條件下，河水中溶解的Fe，Al，Mn等能生成 水 合 氧 化 物 及 其 膠 體 沉 淀(Al(OH)3Fe(OH)3)。這些新生物質(zhì)能化學(xué)吸附海水中活性硅，形成鐵、鋁硅酸鹽，成為多相礦粒，然后沉積到海底。 第57頁/共101頁海水中硅酸鹽的含量分布與變化硅在海洋中的含量分布規(guī)律與氮、磷元素相似，海洋中硅酸鹽含量隨著海區(qū)的季節(jié)的不同而變化。但硅是海洋中濃度變化最大的元素，變化幅度都比N N，P P元素來得大。因此，它在海水中的分布規(guī)律有它的特別之處。 第58頁/共101頁水平分布大洋表層水中，因有硅藻等浮游植物的生長繁殖，硅酸鹽

27、被消耗而使硅的含量大為降低。如SiO2：有時可低于0.02 mol/dm3，南極和印度洋深層水中SiO2的含量都約為4.3 mol/dm3，西北太平洋深層水中SiO2的含量則高達(dá)6.1 mol/dm3 。第59頁/共101頁由此看出，深水中硅含量由大陸徑流量最大的大西洋朝著大陸徑流量最小的太平洋的方向顯著增加。其他生源要素(硝酸鹽和磷酸鹽等)也是如此，why?硅含量：大西洋南部(不包括高緯度區(qū))在水深1000m到海底的水層中硅含量約為2057 mol/dm3，印度洋為4078 mol/dm3，而太平洋北部和東北部約為170 mol/dm3。由世界大洋環(huán)流的方向和生物的循環(huán)所決定的第60頁/共1

28、01頁最大濃度海水中硅的最大濃度在白令海東部與太平洋毗鄰的海區(qū)，這里底層水含硅量為180-200 mol/dm3，有時甚至高達(dá)220 mol/dm3。第61頁/共101頁海水中硅酸鹽的垂直分布較為復(fù)雜，其分布與硝酸鹽和磷酸鹽有所不同。垂直分布 第62頁/共101頁海水中硅酸鹽的垂直分布較為復(fù)雜，其分布與硝酸鹽和磷酸鹽有所不同。硅酸鹽在大洋水中分布的主要特點是：中間水層硅的含量沒有最大層，硅酸鹽的含量是隨深度的增加而逐漸地增加。在太平洋底層水中( (圖5 519)19)，硅含量有時高達(dá)270270 mol/dmmol/dm3 3。第63頁/共101頁深層水中硅酸鹽含量如此之高，不僅與生物體的下沉

29、溶解有關(guān)，而且與底質(zhì)表層硅酸鹽礦物質(zhì)的直接溶解有關(guān)。但是，海洋中硅的濃度隨深度的增加而增加并不總是有規(guī)律的，在某些海區(qū)如深海盆地和海溝水域中，其垂直分布出現(xiàn)最大值。其次，三大洋水中硅的垂直分布也有很大的不同，太平洋和印度洋深層水中含硅量要比大西洋深層水中高得多。垂直分布 第64頁/共101頁硅酸鹽同磷酸鹽和硝酸鹽一樣，由于生物生命過程的消長，其含量分布具有顯著的季節(jié)變化。在春季：因硅藻等浮游植物繁殖旺盛，使海水中硅酸鹽含量大為減少。但由于含有大量硅酸鹽的河水徑流入海，生物活動減少的硅酸鹽不像磷酸鹽和硝酸鹽那樣可消耗至零。 季節(jié)變化 第65頁/共101頁夏季：由于表層水溫升高，硅藻生長受到抑制，

30、硅含量又有一定程度的回升。冬季：生物死亡，其尸體下沉腐解使硅又重新溶解于海水中，海水中硅酸鹽含量迅速提高。季節(jié)變化 第66頁/共101頁氮和磷的再生必須在細(xì)菌作用下才能從有機質(zhì)中釋放出來，而硅質(zhì)殘骸主要是靠海水對它的溶解作用。 硅和氮、磷在循環(huán)過程中的差異第67頁/共101頁富營養(yǎng)化與赤潮富營養(yǎng)化是水體老化的一種現(xiàn)象。它指的是由于地表徑流的沖刷和淋溶，雨水對大氣的淋洗，以及帶有一定的營養(yǎng)物質(zhì)的廢水、污水向湖泊和近海水域匯集，使得水體的沿岸帶擴大，沉積物增加，N N，P P等營養(yǎng)元素數(shù)量大大增加，造成水體的富營養(yǎng)化。富營養(yǎng)化現(xiàn)象在人為污染水域或自然狀態(tài)水域均會發(fā)生。第68頁/共101頁引起富營養(yǎng)

31、化的物質(zhì)，主要是浮游生物增殖所必需的元素，有C，N，P，S，Si，Mg，K等20余種，其中N，P最為重要。一般認(rèn)為N，P是浮游生物生長的制約因子。第69頁/共101頁氮主要來源于大量使用化肥的農(nóng)業(yè)排水和含有糞便等有機物的生活污水。磷主要來自含合成洗滌劑和生活污水。工業(yè)廢水對N N，P P的輸入也起著重要作用。微量元素FeFe和MnMn有促進浮游生物繁殖的功能。維生素B B1212是多數(shù)浮游生物成長和繁殖不可缺少的要素。第70頁/共101頁第71頁/共101頁第72頁/共101頁第73頁/共101頁第74頁/共101頁富營養(yǎng)化的指標(biāo)大致分物理、化學(xué)和生物學(xué)三類，具體見表515富營養(yǎng)化的評價方法有

32、：(1)單項指標(biāo)法：采用富營養(yǎng)化閾值進行評價，主要特征參數(shù)的臨界值為COD=1-3mg/dm3，DIP=0.045 mg/dm3，DIN=0.2-0.3 mg/dm3，此外Chl.a(1-10 mg/dm3)、初級生產(chǎn)力(1-10 mg/(dm3 h)等也可作為指標(biāo)第75頁/共101頁(2)(2)綜合指標(biāo)法( (營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法) )：E=(CODE=(COD DINDIN DIPDIP 10106 6)/4500)/4500，ElEl為富營養(yǎng)化。(3)(3)營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法(NQI(NQI法) )？公式中分子項為監(jiān)測濃度，分母項為營養(yǎng)狀況評價標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)NQI3NQI3時富營養(yǎng)化水平。第76頁/

33、共101頁水體富營養(yǎng)化為水生植物( (主要是浮游植物) )的生長繁殖提供了大量營養(yǎng)物質(zhì)，并往往導(dǎo)致赤潮的發(fā)生。世界上多數(shù)臨海國家的近海海域富營養(yǎng)化加劇，赤潮發(fā)生十分頻繁。第77頁/共101頁第78頁/共101頁赤 潮赤潮在國際上也稱有害藻類(HAB)(HAB)，是指在一定的環(huán)境條件下，海洋中的浮游微藻、原生動物或細(xì)菌等在短時間內(nèi)突發(fā)性鏈?zhǔn)皆鲋澈途奂瑢?dǎo)致海洋生態(tài)系嚴(yán)重破壞或引起水色變化的災(zāi)害性海洋生態(tài)異?，F(xiàn)象。近年來，有些海區(qū)由于人為排污等原因致使?fàn)I養(yǎng)鹽富集，引起浮游生物的過度繁殖，即所謂的“赤潮”。第79頁/共101頁渤海的污染日趨嚴(yán)重，大量氮、磷物質(zhì)入海，使海水呈現(xiàn)較強的富營養(yǎng)化狀態(tài)，致使

34、赤潮頻頻發(fā)生。 例 子第80頁/共101頁赤潮對環(huán)境的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：赤潮對環(huán)境的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1. 影響水體的酸堿度和光用度；影響水體的酸堿度和光用度；2. 競爭消耗水體中的營養(yǎng)物質(zhì)，并分泌一些抑制其他競爭消耗水體中的營養(yǎng)物質(zhì)，并分泌一些抑制其他生物生長的物質(zhì)；生物生長的物質(zhì)；3. 造成水體中生物量增加，但種類數(shù)量減少；造成水體中生物量增加，但種類數(shù)量減少；4. 許多赤潮生物含有毒素，這些毒素可使海洋生物生許多赤潮生物含有毒素，這些毒素可使海洋生物生理失調(diào)或死亡；理失調(diào)或死亡；第81頁/共101頁5.5.赤潮藻也可使海洋動物呼吸和濾食活動受損，導(dǎo)致赤潮藻也可使海洋動

35、物呼吸和濾食活動受損，導(dǎo)致大量的海洋動物機械性窒息死亡；大量的海洋動物機械性窒息死亡；6.6.處在消退期的赤潮生物大量死亡分解，水體中溶解處在消退期的赤潮生物大量死亡分解，水體中溶解氧大量被消耗，導(dǎo)致其他生物死亡。氧大量被消耗，導(dǎo)致其他生物死亡?？偟脑u價：總的評價：赤潮不僅嚴(yán)重破壞了海洋生態(tài)平衡，赤潮不僅嚴(yán)重破壞了海洋生態(tài)平衡，惡化了海洋環(huán)境，危害了海洋水產(chǎn)資源，危惡化了海洋環(huán)境，危害了海洋水產(chǎn)資源，危及海洋生物，甚至威脅著人類的健康和生命及海洋生物，甚至威脅著人類的健康和生命安全安全 第82頁/共101頁赤潮大多發(fā)生在內(nèi)海、河口，港灣或有上升流的水域。赤潮一般發(fā)生在春、夏季，這與水溫有關(guān)。赤

36、潮是一種復(fù)雜的生態(tài)異?，F(xiàn)象，涉及水文、氣象、物理、化學(xué)和生態(tài)環(huán)境的多學(xué)科交叉的海洋學(xué)問題。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，富營養(yǎng)化是形成赤潮的主要原因，但不惟一。 第83頁/共101頁第84頁/共101頁溫度，鹽度、pHpH值、光照、海流、風(fēng)速、細(xì)菌量和微量元素等條件都有影響，見圖5 52828，不同海域，赤潮爆發(fā)的成因也不同。第85頁/共101頁已知的赤潮生物有4 000多種，40屬，主要是甲藻和硅藻。赤潮治理大都利用化學(xué)手段，如直接滅殺法使用CuSO3，NaClO3，O3和過碳酸鈉等無機物。此外，目前研究較多的是有機除藻劑，利用膠體性質(zhì)的凝聚法(如氧化鋁溶膠聚合體的無機凝聚劑，高分子凝聚劑以及天然黏土礦物助

37、凝劑等)。預(yù)防水體富營養(yǎng)化是預(yù)防赤潮的重要手段。第86頁/共101頁第87頁/共101頁我國赤潮記錄總的來說東海和南海多于黃渤海，2020世紀(jì)50509090年代，南海共記錄了145145次，占赤潮總額次的4545；東海區(qū)記錄了118118次，占總數(shù)的36.336.3；黃海區(qū)記錄了3232次，占記錄總數(shù)的1010；渤海區(qū)記錄了2727次，僅占赤潮總數(shù)的8.38.3。這表明赤潮發(fā)生的頻次有從北到南遞增的分布趨勢( (見圖5.29)5.29)但是，赤潮的規(guī)模從南到北則有不斷擴大的趨勢，1998199820002000連續(xù)3 3年，國際上罕見的面積達(dá)到幾千平方千米的特大赤潮都發(fā)生在渤海和東海。第88

38、頁/共101頁1 1何謂海水中的營養(yǎng)鹽? ?它在海洋學(xué)上的重要性如何? ?主要體現(xiàn)在海洋化學(xué)的哪些分支領(lǐng)城? ?2 2海洋中的氮循環(huán)有何特征? ?3. 3. 硝酸鹽在世界各主要大洋中的垂直分布有何規(guī)律和特征? ? 4 4以中國海的南、北兩處具體描述海水中三氮季節(jié)變化的一般規(guī)律問題第89頁/共101頁5 5舉例說明海水中有機氮與無機氮之間有何關(guān)聯(lián)? ?6 6磷酸鹽在世界各主要大洋中的垂直分布有何規(guī)律和特征? ? 7 7海洋中磷循環(huán)如何描述? ?其特征是什么? ?8 8何謂海水中營養(yǎng)鹽的氨磷比? ?世界主要大洋的氮磷值是多少? ?通常如何作圖表達(dá)? ?它在海洋化學(xué)的哪些領(lǐng)域上應(yīng)用? ?試舉兩例表述中國近海的氮磷比第90頁/共101頁9 9試舉二三例說明氮