海洋磷循环
第四章 海洋磷循环
氢研究报道较少。 Gassmann（1994）首次从德国汉堡
港底层淡水河及北海底层海水未过滤水体中检测到了吸 附于颗粒物上的磷化氢，而在过滤后的海水中未测出磷 化氢。 研究者们均认为水环境中的磷化氢绝大部分以基 质结合态磷化氢吸附于颗粒物表面。
磷化氢在海洋磷循环中的作用
传统的磷生物地球化学循环理论，主要关注
由于受样品采集、保存、和检验等技术的限制,早 期的分析方法使磷化氢的存在一直存在争议。1988 年,
Dévai (1988)等学者采用 GC/MS 技术首次报道了污水
处理厂污泥和浅水湖泊沉积物释放的磷化氢(Devai et al., 1988)。Gassmman et al. (1993) 采用 GC/FPD 检 测技术,通过毛细管色谱柱对磷化氢进行低温冷阱富集, 很大地提高了磷化氢检测的灵敏度。近年来,研究者采
沉积物中的还原态磷可在微生物作用下（伴随硫酸 盐的还原等），被氧化为磷酸盐；或以磷化氢的形
式释放到上层水体中，部分会进入大气环境中；土
壤中的还原态磷也可以被微生物最终氧化为生物可 利用的磷酸盐而被植物吸收利用或直接被植物吸收 利用。
磷在海洋中的停留时间及周转速率
海洋中P的停留时间（residence time）
磷化氢的环境效应
磷化氢可以作为磷在大气中迁移的载体参与到磷循环。
尽管其在大气中的磷化氢的平均寿命相对较短，但由
于光照条件的时限性，仍能够存在于夜间和多云的白 天，这些发现改变了过去对磷循环的不成熟的认识— —大气中的磷是附着在大气飘尘或降尘颗粒物上的无 机磷酸盐。
沉积物中的磷化氢由于海水的高盐度及扰动等因素，有
通过实验证实金属腐蚀可以产生磷化氢。
• 全球每年可通过闪电形成8.3×105 kg 磷化氢并释放到大气 中。Glindemann et al.（2004）模拟闪电进行实验并推测含磷 酸盐的有机物受闪电作用后，在还原环境中可形成磷化氢。
黄海、东海上层海水磷循环的同位素示踪研究
统 的动力 学． 报 道 ， 据 自从 工业 革 命 以来 ， 界 人 口 世
稠 密的 沿岸海 域人 为磷 的输 入量 已经 增 加 １ ～ １ ０ ０ ０
倍 ． ］ 大量 磷 的输 入 对海 洋 生 态 系统 的 结 构 和功 能
收 稿 日期 ：０ ６０ —１修 订 日期 ：０ ６１ －１ ２０ —９０ ； ２ ０ —２１． 基 金项 目：国家 重 点 基 础 研究 发展 规 划 资助 项 目（ ９ ９ ４ ７ ４ ． Ｇ１ ９ ０ ３ ０ ） 作 者 简 介 ： 远辉 （９ ２ ） 男 ， 建 省 惠 安 人 ， 张 １６一 ， 福 研究 员 ， 士 ， 硕 主要 从 事 海 洋 生 物 地 球 化 学 研 究 ．Ｅ ｍａｌ ｙ ． ｍ＠ １３ ｃｍ — ｉ ：ｚｈ ｘ ６ ．ｏ
一
研究 基 本 上 停 留 在 对 海 水 磷 的 静 态 描 述 ， 采 用 如 Ｒｅ ｆ ｌ ｄｉ ｄ的定 量关 系来 解 释海 洋环 境 中 磷 的 限制 作 ｅ 用， 似乎 忽 略 了 磷 的循 环 速 率 的 控 制 作 用． 今 为 迄
止 ， 于磷在 全球 海 洋 初 级 生 产比活度 ． 果 显示 ， 层 海水 各 相∞ 。 的 比活度 相 当低 ， 中 Ｔ 。 结 上 Ｐ， Ｐ 其 ＤＰ的
。 ３ 比活度 的 浓度 最高 ， ９Ｐ Ｐ ３ 悬浮 物 次之 ， 绢 颗 粒 物最低 ． 水 各 相 中。Ｐ 与。Ｐ活度 比值 从 ＴＤ 筛 海 。 Ｐ 到 悬浮物 、 筛绢 颗粒 物逐 渐增 大 ， 映 出食物链 传递 过 程 中磷 的年 龄逐 渐增 加． 据 稳 态模 式 的估 反 根
些 海 区 （ 中 国河 口和 近岸 区 ） 如 发现浮 游植 物 的生
了解 还相 当有 限 ， 重 要 原 因是 缺 乏 可 靠 的磷 吸 收 其 和输 出速 率 的数据 ， 如上 层海 水磷 的周 转速 率 、 诸 磷 是进 入再 循 环还 是输 出到 深海 的效 率等 资料 ． 因此 ， 在海 洋 生物地 球 化学 研 究 中 ， 何 直 接 测 定 磷 的 吸 任 收 、 生和输 出速 率都 是极 其重 要 的． 再 天然 核 素。 ｔ２ ４ ３ｄ ， Ｐ（ｌ — ２ ． ） １ —１ ． ） 。 ｔ ２ ５ ３ｄ Ｐ（ ／ 。 ， 主要 是 由宇 宙 射 线 与 大 气 氩 （ ） 行 核 反 应 产 生 Ａｒ 进 的， 并通 过大 气 降 雨 进 入 海 洋 ． ， Ｐ与 稳 定 磷 有 弛Ｐ 。 。
第四章海洋磷循环介绍
时间发生变化的响应;
•Tyrell等(1999)的研究表明,海洋中磷的停留时间的变化将 影响水体中固氮作用的速度。
对于上层箱子，研究要素有两个来源：
（1）河流输入；
（2）通过交换由下层箱子提供至上层箱子的海水 研究要素从上层箱子迁出的途径包括： （1）颗粒物沉降的迁出； （2）通过下降流等水体的运动从上层水体迁出。
在稳态时，输入与迁出通量是相等的。
若Vriver：每年进入海洋的河水体积 Vmix：每年通过交换由下层箱子提供至上层的水体积 Cdeep：深层水箱子中元素的平均浓度（mol/dm3） Csurface：上层水箱子中元素的平均浓度（mol/dm3） Criver：河水中元素的平均浓度（mol/dm3） 由河流输入进入海洋的通量为：Vriver×Criver 通过水交换由深层水提供至上层水的通量为：Vmix×Cdeep 通过水交换从上层水迁出的通量为：Vmix×Csurface 在稳态下，元素通过颗粒沉降迁出的通量（P）为： P = Vriver •Criver +Vmix •Cdeep -Vmix •Csurface
磷化氢的存在形式
磷化氢在大气环境中以气体自由态的形式存在，但受光照、
游离自由基等因素影响，不稳定；
在土壤、沉积物和水环境中的则主要为以下两种存在形式: 自由态磷化氢（Free-gaseous phosphine）:存在于土壤、
污泥、沉积物间隙中或水中的气态形式的磷化氢，可通过
扰动或变温等物理过程被释放。 基质结合态磷化氢（Matrix-bound phosphine）:结合于土 壤、沉积物或其他颗粒物，通过酸或碱消化处理释放出的 磷化氢。
用柱前二次冷阱富集与 GC/FPD 联用的方法,再次降低
了磷化氢的检测限,使得自然环境的多种介质中均检测 到磷化氢。
生态系统的物质循环
生态系统的物质循环生态系统是由生物和非生物相互作用，形成一个生命体系。
生物体内的元素在生态系统中通过物质循环，加速了自然界的物质代谢。
物质循环包括能量的流动和物质的储存和再利用，是生态系统的一个重要特征。
本文将重点介绍生态系统中的物质循环。
一、水的循环水的循环是生态系统当中最为重要和广泛的循环。
地球上的水大部分都被海洋、湖泊和河流覆盖着，它们占有人类使用的所有水的99%。
雨水、雪水和冰川等其他形式的水占据着地球上少量的水。
自然界中的水循环可以分为两类，即静态水循环和动态水循环。
静态水循环是指存在于海洋、湖泊等静止或缓慢流动环境中的水的循环。
静态水循环非常缓慢，但至关重要，因为它影响了大气的水蒸气、海洋生态系统和全球温度变化。
动态水循环是指存在于河流、地下水和降水中等活动状态的水的循环。
动态水循环非常快，因为它直接地影响了植物和动物的生存。
二、碳的循环碳是生态系统中最重要的元素之一，它存在于大气中的二氧化碳、有机物和无机物中。
植物通过光合作用吸收二氧化碳的同时，将其转化成有机物，使其可以被动物摄取。
动物在呼吸过程中，将有机物与氧反应，产生二氧化碳，放回到大气中。
这种过程叫做碳的循环。
此外，化石燃料的燃烧和部分植物和动物的分解，也会释放二氧化碳，加速碳的循环。
随着人类经济的快速发展，化石燃料的利用率不断提高，这导致大气中的二氧化碳含量成倍增加，引起了全球变暖和气象极端事件。
三、氮的循环氮是植物和动物生命活动的必需元素。
大多数植物无法直接利用大气中的氮，它们需要从土壤中吸收养分。
土壤中氮的来源可以是氮化合物、有机物质、人类和动物遗物。
氮通过无机化作用转化成氨，作为植物的养分；通过硝化作用转化成硝酸盐，使土壤含氮化合物丰富，有利于植物生长。
氮还可以在动物体内进行吸收和生产。
当生物死亡或者粪便过期时，体内的氮会被释放回到环境中，这样就形成了氮的循环。
四、磷的循环磷是生命中必需的元素之一，对植物和动物的发育和免疫系统建立很重要。
磷元素与水体富营养化的关系
磷元素与水体富营养化的关系摘要水是人类赖以生存最重要的资源，但是在全世界，现在所有国家都面临一系列的水环境危机，我国也不例外。
而水体富营养化更是其中受到关注最多的问题之一。
在查阅相关综述和实验，发现磷元素是水体富营养化现象最重要的制约因子。
为了具体的阐述这一论点，先介绍了磷元素的生物地球化学以及在水体中的循环特征，接下来对富营养化水体中除磷的技术进行了详细的说明，包括传统生化技术和新型生态修复技术。
最后借用太湖为例子，以湖流域水环境监测中心发布的水质数据，对其进行初步的分析，结果表明太湖污染物主要为高锰酸盐和氮、磷，太湖富营养化是流域内各种直接和间接的污染源的综合效应。
得到最终的结论，在治理包括太湖在内的湖泊富营养化现象时应该注意使用多种技术综合应用，达到利益和效益的最大化。
关键词：富营养化、水质、除磷、总磷Abstract目录摘要 (IV)Abstract .......................................................... 错误!未定义书签。
一、水体富营养化与水环境危机 (VII)（一）、水环境危机 (VII)（二）、水体富营养化现象 (X)（三）、水体富营养化的危害 (XI)1、对人体健康的危害 (XI)2、对渔业养殖的危害 (XII)3、对水体生态环境的危害 (XII)4、对水体的利用.............................................XII二、磷循环与水体富营养化 (XII)（一）、磷的生物地球化学循环 (XIII)（二）、磷元素与水体富营养化 (XV)1、水体中的磷循环 (XV)2、磷循环特征与水体富营养化的关系 (XVI)3、水体富营养化磷污染对水质的危害和影响 (XVII)(二)、富营养化水体中除磷的技术 (XVIII)1、传统除磷技术 (XVIII)2、强化除磷的生态修复技术 (XXI)(三)、磷含量过高的水体富营养化现象的防治 (XXIII)1、控制外源性磷的输入 (XXIII)2、控制内源性磷的有效性 (XXIV)三、太湖水体富营养化现状与磷元素的关系 (XXV)（一）、背景材料 (XXV)（二）、数据来源与分析 (XXVI)(三)、总结 (XXIX)第四部分结论与建议 (XXX)参考文献 (XXXI)致谢 (33)一、水体富营养化与水环境危机水作为人类赖以生存的最重要资源之一，其作用不言而喻。
全球生物地球化学循环名词解释
全球生物地球化学循环名词解释全球生物地球化学循环是指地球上生物体与环境之间不断发生的物质循环过程。
这些循环包括水循环、碳循环、氮循环、磷循环和硫循环等。
下面我将从多个角度对这些循环进行解释。
1. 水循环，水循环是指地球上水在不同形态之间不断循环的过程。
它包括蒸发、凝结、降水、地表径流、地下水补给等过程。
水循环是维持地球上水资源平衡的重要机制，也对气候形成和生物生存起着关键作用。
2. 碳循环，碳循环是指地球上碳元素在大气、海洋、陆地和生物体之间的循环过程。
它包括光合作用、呼吸作用、有机物分解、矿物化等过程。
碳循环是维持地球上碳平衡的重要机制，也对气候变化和生态系统功能发挥起着重要作用。
3. 氮循环，氮循环是指地球上氮元素在大气、土壤、植物和动物之间不断转化的过程。
它包括氮固定、氮硝化、氮反硝化、氮脱氮等过程。
氮循环是维持地球上氮平衡的重要机制，也对植物生长和生态系统稳定性具有重要影响。
4. 磷循环，磷循环是指地球上磷元素在岩石、土壤、水体和生物体之间不断转化的过程。
它包括磷岩石的风化、土壤中磷的吸附和解吸、植物和动物的磷吸收和排泄等过程。
磷循环是维持地球上磷平衡的重要机制，也是生物体合成DNA、RNA和ATP等生命分子的重要来源。
5. 硫循环，硫循环是指地球上硫元素在大气、水体、土壤和生物体之间不断转化的过程。
它包括硫的氧化、还原、硫酸盐的沉积和生物体的硫代谢等过程。
硫循环是维持地球上硫平衡的重要机制，也对气候、土壤质量和生物多样性等方面产生重要影响。
总之，全球生物地球化学循环是地球上生物体与环境之间物质循环的综合表现。
这些循环相互作用、相互影响，共同维持着地球生态系统的平衡和稳定。
对于了解地球的自然过程、生态环境的保护和可持续发展具有重要意义。
生态系统中的能量流动与物质循环知识点总结
生态系统中的能量流动与物质循环知识点总结生态系统是由生物和非生物因素相互作用构成的生物群落，在这个复杂的系统中，能量流动和物质循环是保持生态平衡所必需的关键过程。
本文将对生态系统中的能量流动和物质循环进行一个知识点总结。
一、能量流动能量是维持生物体生存和生物群落稳定的基础。
在生态系统中，能量以一种线性流动方式传递，通常被分为两个主要类型：一是光合作用结果的化学能量，二是消费者通过食物链转化的化学能量。
1. 光合作用光合作用是指植物通过光能转化为化学能的过程，它是能量流动的起点。
绿色植物通过叶绿素吸收太阳能，并利用二氧化碳和水合成有机物质（如葡萄糖）和氧气。
这个过程中，太阳能被转化为有机物的化学能。
光合作用是地球上能量的主要来源，不仅维持了植物的生命活动，也为所有消费者提供了食物和能量。
2. 食物链与食物网光合作用所合成的有机物会被转换成动物的生物量和能量。
生态系统中的食物链描述了能量通过生物体之间的食物关系的传递过程。
一般而言，食物链由植物作为生产者、食草动物作为第一级消费者、肉食动物作为第二级消费者等等构成。
但实际上，生态系统中存在着复杂的食物网，不同生物之间会存在多种关系。
能量通过食物链和食物网传递，使生物体能够进行生长和运动。
3. 生态金字塔生态金字塔是描述生态系统中能量流动和生物数量的图形工具。
一般而言，生态金字塔可以分为三种类型：一级生产者金字塔、消费者金字塔和气候金字塔。
一级生产者金字塔显示了植物的生物量和能量；消费者金字塔显示了食草动物和肉食动物的生物量和能量；气候金字塔显示了生态系统中的能量捕获和流失。
二、物质循环物质循环是生态系统中物质元素通过生物、非生物和人类活动之间的迁移和转化过程。
主要包括水循环、碳循环、氮循环和磷循环。
1. 水循环水循环是指水从大气中的蒸发、凝结成云、降水到地面，再通过河流、湖泊、地下水和海洋的迁移和循环的过程。
水循环是维持生物体生存和生态系统稳定的重要循环之一。
第四章 海洋磷循环-2_PPT幻灯片
Redfield 指了浮游生物的N/P比值的平均值 （16） 与深海中的比值（15）相似，并非是一种巧合或浮游 生物适应海洋中的计量比值，而是浮游植物调整成海 洋的N/P比值以适应固氮的需要。
海洋中磷的浓度并不是由河流的输入与沉积物埋 葬输出比例来设定的，而是因蓝细菌固氮的无机氮浓 度而调整N/P比值的。因此当氮成为限制初级生产的 元素时，氮固定生物会为生态系统提供无机氮，在地 质时间尺度上，磷限制着海洋生态系统的生产力。
海洋中磷限制问题
历史上对海洋系统中磷酸盐的研究相对氮的研究 要少，因为磷酸盐一直不被认为会成为典型的限制营 养盐。虽然越来越多的水域被认为存在磷的限制，但 大部分海洋系统中常常出现的是硝酸盐限制，铁限制。 最近的研究表明整个海洋生态系统可能是硝酸盐限制 的，但系统内的部分区域存在着磷限制。另外人类活 动的影响，使大量超过Redfield N/P比值的营养盐输 入到海洋，从而使部分系统磷限制越来越严重。
北太平洋副热带环流区ALOHA站9年观测结 果显示水体中的氮和磷的贮池存在复杂的相互作 用，表明目前该区浮游生物生长速率处于净氮固 定隐退而磷控制的时期。从长时间尺度和大范围 来讲，在开放海洋环境是氮限制还是磷限制主要 取决于氮固定和反硝化的平衡情况。目前的磷限 制，缺乏氮固定情况下可以转化成氮限制。
海水中的磷酸盐的测定方法：
基本原理: 磷钼黄→磷钼蓝
7PO43- + 21NH4 + + 12 Mo7O246- + 72 H+ = 7(NH4)3[PMo12O40] +36 H2O
磷钼黄
在酒石酸锑钾存在下，磷钼酸中的一部分Mo6+离子被 抗坏血酸还原成Mo5+ ,生成叫做“钼蓝”的物质，也就是 磷钼黄被还原成磷钼蓝，在885nm下进行比色测定。
磷元素与水体富营养化的关系
磷元素与水体富营养化的关系摘要水是人类赖以生存最重要的资源，但是在全世界，现在所有国家都面临一系列的水环境危机，我国也不例外。
而水体富营养化更是其中受到关注最多的问题之一。
在查阅相关综述和实验，发现磷元素是水体富营养化现象最重要的制约因子。
为了具体的阐述这一论点，先介绍了磷元素的生物地球化学以及在水体中的循环特征，接下来对富营养化水体中除磷的技术进行了详细的说明，包括传统生化技术和新型生态修复技术。
最后借用太湖为例子，以湖流域水环境监测中心发布的水质数据，对其进行初步的分析，结果表明太湖污染物主要为高锰酸盐和氮、磷，太湖富营养化是流域内各种直接和间接的污染源的综合效应。
得到最终的结论，在治理包括太湖在内的湖泊富营养化现象时应该注意使用多种技术综合应用，达到利益和效益的最大化。
关键词：富营养化、水质、除磷、总磷Abstract目录摘要 (IV)Abstract .......................................................... 错误!未定义书签。
一、水体富营养化与水环境危机 (VII)（一）、水环境危机 (VII)（二）、水体富营养化现象 (X)（三）、水体富营养化的危害 (XI)1、对人体健康的危害 (XI)2、对渔业养殖的危害 (XII)3、对水体生态环境的危害 (XII)4、对水体的利用.............................................XII二、磷循环与水体富营养化 (XII)（一）、磷的生物地球化学循环 (XIII)（二）、磷元素与水体富营养化 (XV)1、水体中的磷循环 (XV)2、磷循环特征与水体富营养化的关系 (XVI)3、水体富营养化磷污染对水质的危害和影响 (XVII)(二)、富营养化水体中除磷的技术 (XVIII)1、传统除磷技术 (XVIII)2、强化除磷的生态修复技术 (XXI)(三)、磷含量过高的水体富营养化现象的防治 (XXIII)1、控制外源性磷的输入 (XXIII)2、控制内源性磷的有效性 (XXIV)三、太湖水体富营养化现状与磷元素的关系 (XXV)（一）、背景材料 (XXV)（二）、数据来源与分析 (XXVI)(三)、总结 (XXIX)第四部分结论与建议 (XXX)参考文献 (XXXI)致谢 (33)一、水体富营养化与水环境危机水作为人类赖以生存的最重要资源之一，其作用不言而喻。
海洋科学导论习题
1、海洋科学研究对象是世界海洋及与之密切相关联的大气圈、岩石圈、生物圈。
2、海洋研究的重要性在于其面积占地表的72%，被认为是生命的摇篮，是地球上未充分开3、发的最后疆域，也是最大的资源仓储及最主要的气候调节器。
4、如何理解现代地球的大气圈、水圈和岩石圈构成了一个适宜生命存在的环境（1）. 地球独特的天文条件，加上大气圈、水圈和生物圈本身的调节作用提供了适于生命的各种气候条件；（2）. 磁层和大气层将有害于生命的高能辐射和带电离子阻挡或吸收；（3）. 生物通过呼吸和光合作用在大气中进行着必不可少的氧与二氧化碳的交换；（4）. 水圈和岩石圈为生物提供着必需的水分和矿物养料等等。
5、从海洋学研究角度可将世界大洋分为大平洋、大西洋、印度洋、南大洋6、简述海底扩张学说的意义及如何理解其发展构成了板块构造学说的基础和主要内容？大洋中脊轴部裂谷带是地幔物质涌升的出口，涌出的地幔物质冷凝形成新洋底，新洋底同时推动先期形成的较老洋底逐渐向两侧扩展推移，这就是海底扩张。
海底扩张的意义：1）海底扩张说能够解释海洋地质学和海洋地球物理学领域的大部分问题，其机制符合物理学理论，并与许多地质、地球物理观测结果一致。
2）海底扩张在不同大洋表现形式不同。
一种是扩张着的洋底同时把与其相邻接的大陆向两侧推开，大陆与相邻洋底相嵌在一起随海底扩张向同一方向移动，随着新洋底的不断生成和向两侧展宽，两侧大陆间的距离随之变大，这就是海底扩张说对大陆漂移的解释，同时也构成了板块学说中中拉张板块；另一种方式是洋底扩展移动到一定程度便向下俯冲潜没，重新回到地幔中去，相邻大陆逆掩于俯冲带上，构成了板块学说中挤压、剪切板块类型的基础。
3）自从海底扩张理论系统提出以来，已使人们对洋盆及其边缘有了深刻的理解，而且新资料几乎总是与这个统一的概念相一致。
板块学说的内容：地球最上部被划分为岩石圈和软流圈。
软流圈在缓慢而长期的作用力下，会呈现出塑性或缓慢流动的性质。
水域生态系统的氮磷循环与物质转化研究
水域生态系统的氮磷循环与物质转化研究水域生态系统是地球上重要的生态系统之一，它承载着大量的生物多样性和提供着人类所需的各种资源。
在水域生态系统中，氮和磷是两个重要的营养元素，它们的循环与转化直接影响着水域生态系统的稳定性和健康性。
因此，对水域生态系统中氮磷循环和物质转化的研究具有重要的理论和实践意义。
一、氮的循环与转化氮是生物体内重要的结构物质和生命活动的基本组成部分，其循环和转化对维持水域生态系统的稳定起着至关重要的作用。
氮的循环主要包括氮沉积、氮氧化还原、氮脱氧、氮固定等过程。
首先，氮沉积是氮循环的重要过程之一。
通过湍流、降水等途径，大气中的氮化合物沉降到水体中，进而通过生物摄取、解吸和沉积于底泥中。
这些营养盐的沉积对水域生态系统中的生物生长和繁殖提供了充足的氮源。
其次，氮氧化还原过程也是氮循环的重要组成部分。
氨氧化细菌和硝化细菌的作用下，氨氮逐步被氧化为硝酸盐。
而反硝化作用则是指在缺氧条件下，硝酸盐被还原为氮气释放到大气中。
这一过程使得氮在氮气和氮盐的形式间进行转化，维持氮的平衡。
此外，氮脱氧也是氮循环的重要环节。
水体中的氮最终以有机氮的形式被生物摄取，再通过有机氮分解细菌的脱氧作用释放出来。
这种脱氧作用使得氮得以再次进入到水体中，循环利用。
最后，氮固定是氮循环中的重要过程。
通过氮固定作用，将氮转化为可以被生物利用的形式，如生物固氮或人工固氮。
而生物固氮则主要是指一些细菌、蓝藻和海洋植物等能够利用氮气酶将氮气转化为氨氮。
这一过程极大地丰富了水域生态系统中的氮资源。
二、磷的循环与转化磷是生物体内合成核酸和能量储存物质的重要组成成分之一，对维持生物体的正常功能和水域生态系统的平衡至关重要。
磷的循环主要包括磷沉降、磷释放、磷吸附、磷溶解等过程。
首先，磷沉降是磷循环的重要过程之一。
随着水体中溶解性磷的浓度的增加，磷盐会沉积到水体的底泥中，从而形成磷底泥。
这些底泥在一定条件下会释放出溶解态磷，为水体的磷循环提供了来源。
第5章 主要生源要素的生物地球化学循环
• CH3COCOOH(丙酮酸) + HOOCCH(NH2 )CH2CH2COOH⎯⎯→CH3CH(NH2 )COOH(丙氨酸) + HOOCCO(CH2
)2COOH
• 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。
• 生物固氮过程需要消耗大量的能量，同时伴随着 放氢反应，ATP为此反应过程提供所需的能量。
• 主要海洋固氮生物： 蓝藻类、异养细菌类和光合 细菌类。蓝藻类（cyanobacteria）在海洋中分布最 广的是束毛藻属（Trichodesmiumspp.），包括铁 氏束毛藻（T. thiebautii）、汉氏束毛藻（T. hildebrandtii）、红海束毛藻（T.erythraeum）等。
库
促进光合作用
吸收更多大气CO2
• 假说二：海洋固氮作用机制（Falkowski, Nature,
1997; Broecker andHenderson, Paleooceanogr, 1998;
Michaels等, Oceanography, 2001；Karl等, Biogeochemistry, 2002）
（3）主要营养盐： N、P、Si（是海洋初级生产过 程和食物链的基础，其在海水中的含量会影响海 洋生物生产力与生态系统结构，反过来，生物活 动又对其在海水中的含量、分布产生明显影响。
•海 洋 中 主 要 营 养 盐 循 环
• 由于营养盐参与了生物生命活动的整个过程，它 们的存在形态与分布会受到生物活动的制约，同 时受到化学、地质和水文因素的影响，因此，它 们在海洋中的含量与分布并不均匀，也不恒定， 往往存在明显的季节与区域变化。
主要生源要素的生物地球化学循环
• 反硝化作用发生的条件： （1）亚氧或缺氧； （2）大量的有机物存在。
全球海洋σt=27等密度面溶解氧的空间分布
• 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
• 3、开阔大洋 NO3-的垂直分 布
六、人类活动对海洋氮循环的影响
• 人类工、农业活动经常大量使用各种含氮物质于 塑料生产、农作物肥料等，其基本原料是氮的化 合物NH3；
第5章 主要生源要素的生物地 球化学循环
第1节 引言
• 一、生源要素构成 海洋植物与动物生长所必需的元素
（1）不称为营养盐：CO2、SO42-、HBO3-、Mg2+、 Cl-、K+、Ca2+等（含量高，不会限制生物生长）。
（2）痕量营养盐：如Fe、Mn、Co、Zn、Se等（在 海水中含量很低）。
• 磷是所有生物进行能量传输和生长所必需 的营养盐，但是，有关磷在全球海洋浮游
生物分布及其生产力中所起的作用了解得 并不多。
• 地球化学家的观点：磷限制
当NO3-相对PO43-稀少的时候，固氮生物可从 大气获取用之不绝的N2，当这些藻类被摄食或降 解时，以NH4+等形式将氮释放到水体中，从而增 加N:P比。但大气并没有磷储库，也就是说，一旦 水体中的磷被消耗完，则没有可替代的来源。从 这点看，硝酸盐浓度应追随磷酸盐浓度的变化而 变化，海洋中磷的动力学控制着海洋的生物生产 力。
• 所合成的NH3有少部分直接用作农作物肥料，其 余大量的被进一步合成为更易为运输和保存的尿 素：
• 还有部分合成的NH3与磷酸、硫酸或硝酸进一步 合成为其他含氮肥料或用于塑料生产。
• 人类合成的各种含氮组分最终会以各种途径进入 海洋，从而对海洋氮循环产生明显影响。
生态环境的物质循环过程例题和知识点总结
生态环境的物质循环过程例题和知识点总结在我们生活的地球上，生态环境中的物质循环是维持生命活动和生态平衡的关键。
物质循环就像是一个巨大的物流系统，让各种元素在生物、大气、水和土壤等环境要素之间不断流动和转化。
接下来，我们将通过一些例题来深入理解生态环境的物质循环过程，并对相关知识点进行总结。
一、碳循环碳是生命的基本元素之一，碳循环对地球的气候和生态系统有着至关重要的影响。
例题 1：假设在一个封闭的森林生态系统中，植物每年通过光合作用固定了 100 吨的碳，而植物和动物的呼吸作用以及微生物的分解作用总共释放了 80 吨的碳。
那么这个生态系统中的碳储量是增加了还是减少了？增加或减少了多少？答案：植物通过光合作用固定的碳量大于呼吸作用和分解作用释放的碳量，所以碳储量增加了。
增加的量为 100 80 ＝ 20 吨。
知识点：1、碳循环的主要过程包括光合作用、呼吸作用、燃烧和分解作用。
2、大气中的二氧化碳通过植物的光合作用进入生物群落，生物群落中的有机碳通过呼吸作用、分解作用和燃烧等过程又返回大气。
3、人类活动，如大量燃烧化石燃料和砍伐森林，导致大气中二氧化碳浓度增加，加剧了温室效应。
二、氮循环氮是构成蛋白质和核酸等生物大分子的重要元素。
例题 2：在一个农田生态系统中，农民每年施入 50 千克的氮肥（以氮元素计），农作物吸收了 30 千克，土壤中残留了 10 千克，通过淋溶和挥发损失了 5 千克，其余被微生物固定。
那么微生物固定的氮量是多少？答案：施入的氮肥总量减去农作物吸收的、土壤残留的、淋溶和挥发损失的量，即为微生物固定的氮量：50 30 10 5 ＝ 5 千克。
知识点：1、氮循环包括固氮作用、氨化作用、硝化作用和反硝化作用等过程。
2、固氮作用将大气中的氮气转化为可被植物利用的氮化合物，如氨。
3、氨化作用将有机氮转化为氨，硝化作用将氨转化为硝酸盐，反硝化作用则将硝酸盐还原为氮气返回大气。
4、人类活动，如过度使用氮肥，可能导致水体富营养化等环境问题。
植物性浮游生物的生态意义
植物性浮游生物的生态意义植物性浮游生物是海洋生态系统中的重要组成部分，它们对海洋生态系统的稳定性和功能起着至关重要的作用。
植物性浮游生物主要包括浮游植物和浮游藻类，它们通过光合作用吸收二氧化碳，释放氧气，是海洋生态系统中的主要生产者。
植物性浮游生物的生态意义主要体现在以下几个方面：1. 氧气的释放植物性浮游生物通过光合作用吸收二氧化碳，释放氧气，为海洋生态系统提供氧气。
海洋中的氧气来源主要来自于植物性浮游生物的光合作用，它们产生的氧气不仅满足了海洋生物的呼吸需求，也对整个地球的氧气循环起着至关重要的作用。
2. 碳的固定植物性浮游生物吸收海水中的二氧化碳进行光合作用，将碳固定在生物体内，形成有机物质。
这些有机物质不仅为植物性浮游生物自身提供能量和营养，也为海洋食物链的发展提供基础。
同时，通过植物性浮游生物的光合作用，大量的碳被固定在海洋中，起到了减缓全球变暖的作用。
3. 食物链的基础植物性浮游生物是海洋食物链的基础，它们被浮游动物和底栖生物等其他生物捕食，构成了复杂的海洋生态系统。
植物性浮游生物的丰富和多样性直接影响着整个海洋生态系统的稳定性和多样性，保持海洋生态平衡。
4. 氮、磷等元素的循环植物性浮游生物在海洋中吸收了大量的氮、磷等元素，通过食物链的传递，这些元素被不断循环利用。
植物性浮游生物在海洋生态系统中起着重要的营养循环作用，维持着海洋生态系统的稳定性。
5. 形成海洋生态系统的生态位植物性浮游生物在海洋中占据着重要的生态位，它们与其他生物相互作用，共同构成了复杂的海洋生态系统。
植物性浮游生物的存在和繁衍，维持着海洋生态系统的平衡和稳定，保护了海洋生物的多样性和丰富性。
总的来说，植物性浮游生物在海洋生态系统中扮演着不可或缺的角色，它们通过光合作用、氧气释放、碳固定、食物链基础、元素循环和生态位形成等多种方式，维持着海洋生态系统的稳定性和功能，对地球生态环境的平衡和可持续发展起着重要的作用。
保护植物性浮游生物，就是在保护整个海洋生态系统，维护地球生态平衡的重要举措。
磷循环
R CH COOH NH2
-
R CH COOH NH3+
+OH
+H+
R CH COONH3
+
+OH
-
R CH COONH2
+H+
pH<pI 阳离子
pH=pI 氨基酸的兼性离子
pH>pI 阴离子
肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。 两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基 酸缩合则形成三肽…… 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽 (oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的 肽称多肽(polypeptide)。 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团 不全，被称为氨基酸残基(residue)。
蛋白质
2004年安徽阜阳出现著名 的“大头婴儿”事件。 据该市县级以上医疗机构 核查统计，从2003年5月以来， 因食用劣质奶粉出现营养不良 综合征共171例，死亡13例， 病死率7.6％。
氨基酸是组成蛋白质的基本单位
H 甘氨酸 CH3 CH3
NH2 C
H
COOH
CH
NH2 C COOH CH3 CH3 CH
磷是植物体内重要化合物的组成元素
核酸与核蛋白 核酸是作物生长发育、繁殖和 遗传变异中极为重要的物质，磷的 正常供应，有利于细胞分裂、增殖， 促进根系的伸展和地上部的生长发 育。
磷脂
磷脂在种子内含量较高，说 明在其繁殖方面有重要作用，磷 脂分子中既有酸性基因，又有碱 性基因，对细胞原生质的缓冲性
具有重要作用，因此磷脂提高作
磷的化学性质
主要化合物
三氧化二磷 磷在常温下慢慢氧化，或在不充分的空气中燃烧， 可生成P4O6 由于三氧化二磷的分子具有似球状的结构而容易 滑动，所以是有滑腻感的白色吸潮性蜡状固体. 三氧化二磷有很强的毒性，溶于冷水中缓慢地生 成亚磷酸，它是亚磷酸酐。 P4O6+6H2O(冷)==4H3PO3 三氧化二磷在热水中歧化生成磷酸和放出磷化氢： P4O6+6H2O(热)==PH3↑+3H3PO4
海洋生态学复习资料
海洋生态学复习资料1、真光层：也称透光层，有足够的光可供植物进行光合作用，其光合作用的量超过植物的呼吸消耗。
2、海洋动物的昼夜垂直移动：一般认为光是影响动物昼夜垂直移动的最重要的生态因子，所谓“最适光强”假说即认为浮游动物是停留在最适光强区，当光照超过其最适光强时，动物表现为负向光性；低于最适光强时，表现为正向光性，从而引起动物白天下降、夜晚上升的行为3、生物发光的生物学意义：作为同种集群的识别信号(识别同类、控制集群、引诱异性)；作为对捕获物的一种引诱，如深海鱼类；作为一种照明和对肉食性敌害的一种警告或利用光幕来掩护自己。
4、密度制约机制：这类因素的作用强度随种群密度而变动，当种群达到一定大小时，某些与密度有关的因素就会发生作用，而且种群受到影响部分的比例也与种群大小有关。
5、r-选择：逻辑斯蒂生长曲线中表示种群的内禀增长能力的参数，这类生物称为r-对策者，这类动物通常是出生率高，寿命短，个体小，缺乏保护后代的机制，子代死亡率高，具较强的扩散能力，适应于多变的栖息生境。
6、K-选择：逻辑斯蒂生长曲线中表示环境所受负载的最大种群密度的参数，这类生物称为K-对策者，这类动物通常是出生率低，寿命长，个体大，具较完善的保护后代的机制，子代死亡率低，适应与稳定的栖息生境。
7、生物群落：在一定时间内生活在一定地理区域或自然生境里的各种生物种群所组成的一个集合体。
8、如何理解捕食者-被食者之间的辩证关系？答：①捕食者调节被食者种群的动态，防止被食者种群产生剧烈波动，维持被食者种群的相对稳定。
②当捕食者捕食被食者种群中那些体弱或有病的个体时，不仅对被食者的繁殖和增长无损害，反而可以提高被食者的种群素质。
③广食性种类有利于被食者的共存。
9、种间竞争：指两个或更多物种的种群对同一资源(如空间、食物、营养物质等)的争夺，通常在同一地域内，种类越多，竞争就越激烈。
10、生态位：指一个种群在生态系统中，在时间空间上所占据的位置及其与相关种群之间的功能关系与作用。
海洋监测技术5海洋营养元素详解
氮的生物吸收
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 低价态氮的速率最快。
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。
生物固氮作用
某些原核生物通过固氮酶将N2转化为N化合物（如 NH4+, DON等）的过程。该过程所释放的N化合物 为浮游植物和其他微生物提供N营养盐。
7
0.001 0.0007 0.00006
2.3 0.01-0.1
95.2 0.009 2.5 0.002 0.03
100
各种形态氮的浓度
形态
N2 NO3NO2NH4+ DON PON
开阔大洋 表层水
开阔大洋 深层水
沿岸海域 海水
河口水体 泻湖水体
（M）
800
1150 700~1100 700~1100 —
开阔大洋的初级生产往往 受氮所限制。由于大部分 浮游植物无法直接利用N2， 它们必须通过吸收溶解态 氮（NO3-、NO2-、NH4+、 尿素）来满足其光合作用 需要。
氮的生物吸收
海水溶解氮进入细胞壁后，通过一系列酶的作用 和合成代谢反应，最终转化为蛋白质：
NO3 2H 2e 硝酸还原酶NO2- H2O
了解海洋氮循环对于阐释海洋生态系功能和全球气 候变化具有重要意义。
氮循环一直是海洋科学经久不衰的热点研究领域。
海洋氮循环研究现状
TgN/a
600
sources
500
sinks
400
190
300
5
200
100
0
CodGisrupboetireatnadl,1S9a8rm5 ieCnotod,is1p9o9B7triaentdael.s, 2a0n0d1Devol, 200G2ruber, 2003
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海洋磷循环
磷灰石（Apatite）
• 磷灰石是一系列磷酸
•
盐矿物的总称，它们 有很多种，其中氟磷 灰石是商业上最主要 的矿物。 磷灰石的形状为玻璃 状晶体、块体或结核， 颜色多种多样。多数 很纯净，再硬一些就 可当宝石了，遗憾的 是它们还太软，只能 被用作低档的饰物。 磷灰石加热后常会发 出磷光。
蛋白石是含有硅酸成分的宝石．能 绽放出如彩虹般的光辉，价位额高。
海洋环境中硫的循环
水循环
水从海洋蒸发进入 大气，降雨、下雪 到陆地，再流回到 海洋。箭头指明水 资源库之间水运动 的过程
• 由于太阳能的不断输入，地球表面的水分缓慢的
运动，大范围的从海洋进入大气，到陆地，再回 到水的最大资源库-海洋。水蒸发进入低空大气层， 并以水蒸气、云和冰的晶体停留在高空，然后以 降雨和下雪的形式返回地球。洋流和季风影响全 球水循环
第五节 硅 循 环
显微镜下的海洋硅藻
硅藻的重要性
• 硅藻类为真核藻类，多数为单细胞生物，
具有由硅构成的独特细胞壁。 • 硅藻类是了解海洋生态环境系统是否健康 的关键生物，并负责制造海洋中的碳和氧， 大气中约五分之一氧气由其光合作用产生。 海洋硅藻还是水生动物的食料，它们处在 食物链底层，是海洋中的主要初级生产力。
磷灰石首饰
生物陶瓷，人工骨
隆鼻
医用羟基磷灰石及复合材料
磷通过食物网从陆地到海洋沉淀物， 然rganic
• 4.2 磷
主要存在形式： • 溶解无机磷酸盐：HPO42-，PO43• 溶解有机磷化合物 • 颗粒态无机磷酸盐：磷酸盐矿物存在于海水 悬浮物和海洋沉积物，丰度最大的是磷灰石 • 颗粒有机磷化合物：指生物有机体内、有机 碎屑中所含的磷
海洋细菌在磷循环中的作用
• 细菌分解海洋动植物残体，并释放出可供
植物利用的无机态磷酸盐。磷也是海洋微 生物繁殖和分解有机物过程所必需的因子。
人类活动的影响
• 人类种植的农作物和牧草，吸收土壤中的磷。在自然经济
的农村中，一方面从土地上收获农作物，另一方面把废物 和排泄物送回土壤，维持着磷的平衡。但商品经济发展后， 不断地把农作物和农牧产品运入城市，城市垃圾和人畜排 泄物往往不能返回农田，而是排入河道，输往海洋。这样 农田中的磷含量逐渐减少。为补偿磷的损失，必须向农田 施加磷肥。在大量使用含磷洗涤剂后,城市生活污水含有 较多的磷,某些工业废水也含有丰富的磷，这些废水排入 河流、湖泊或海湾，使水中含磷量增高。 • 这是湖泊发生富营养化和海湾出现赤潮的主要原因。