最新5海洋营养元素

二、氮的存在形态与储库
价态 +5 +4 +3 +2 +1 0 -1 -2
-3
分子式
NO3NO2 NO2NO
N2O N2 NH2OH N2H4 NH3 NH4+ RNH2
名称 硝酸盐 二氧化氮 亚硝酸盐 一氧化氮 氧化亚氮
氮气 羟胺 肼（联氨） 氨气 铵盐 有机胺
海洋氮储库
储库 海洋植物 海洋动物 微生物 无生命的溶解有机物 无生命的颗粒有机物
束毛藻
束毛藻水华
发生区域：热带近岸 海域。
发生条件：光强较大， 海水清澈度高，高温， 寡营养盐，微风或无 风的时期。
1985年澳大利亚大堡礁Trichodesium spp. 水华卫星图片（Karl，2002）
生物固氮作用新发现：固氮微型生物
Unicellular cyanbacteria
Zehr et al., Nature, 2001
氮气 氮氧化物 硝酸盐 亚硝酸盐
铵盐
合计
氮储量（1015 gN） 所占份额（%）
0.30 0.17 0.02 530 3-240 22000 0.2 570 0.5
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
机形态（DON、PON）的氮 （3）大气：N2
海洋氮循环及其关键过程
海洋生物活动及其导致的氮形态转化
四、海洋氮循环关键过程
1、氮的生物吸收 2、生物固氮作用 3、硝化作用 4、反硝化作用
氮的生物吸收
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。
5海洋营养元素
一、营养盐的构成
海洋植物与动物生长所必需的元素
所有生物 必需元素
部分生物 必需元素
少量生物 必需元素
Βιβλιοθήκη Baidu
H、C、N、O、Na、Mg、 Si、V、Co、Mo、I、
P、S、Cl、K、Mn、Ca、 B、F、Cr、Br、Ru、
Fe、Co、Zn、Se
Sn
Li、Al、Ni、 Sr、Ba
启示
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0
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0
3
全球海洋氮收支平衡的估算
对各形态氮含量与 分布有一定了解， 对循环路径有定性 认识，但有关氮循 环关键过程的速率 特征缺乏信息。
5
3
3~10
5~150 2~70
0.4
<0.1
0.1~2 1~100
—
各形态氮之间的分配
Berman and Bronk, 2003
三、海洋氮循环路径
氮的主要输入途径： （1）火山活动（NH3）：各种无机（NO3-、NO2-、
NH4+）和有机形态（DON、PON）的氮 （2）河流：各种无机（NO3-、NO2-、NH4+）和有
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：
N 3 O 2 H 2 e 硝 酸 N 还 2 - 原 O H 2 O 酶 2 N 2 O 4 H 4 e 亚 硝 N 酸 2 O 2 2 - 还 2 H 2 原 O酶
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。
N 2 8 n e A 8 T H 2 P 3 N H 2 n A H n P D i
海洋氮储库变化可能是导致冰期—间冰期海洋生物 生产力和大气CO2变化的原因。
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
T g N /a
600
500
sources sinks
400
190
300
5
200
100
C
生物固氮作用在海洋碳、氮循环中的作用
北太平洋HOT时间系列站（Karl等，Nature，1997）
海洋固氮生物
蓝藻类、异养细菌类和光合细菌类。 蓝藻类（cyanobacteria）：束毛藻属（Trichodesmium
spp.），包括铁氏束毛藻（T. thiebautii）、汉氏束毛藻 （T. hildebrandtii）、红海束毛藻（T. erythraeum）等。
生物固氮作用新发现：固氮作用垂直分布
Davis and McGillicuddy, Nature, 2007 Montoya et al., Nature, 2004
固氮作用新发现：固氮生物的生活空间
Mehta and Baross, Science, 2006
硝化作用
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 —
0.2
35
0~30
0~350 0.1~2.7
0.1
<0.1
0~2
0~30 0.02~0.16
<0.5
3
0~25 0~600 0.02~1.7
C H 3 CO ( 丙 C ) H 酮 O O O 酸 2 )O C 2 H C 2 C C H H O C C 3 O H C H 2 H ( )N C ( 丙 N O H ) H H 氨 OO H 酸 2 ) 2 O CO C
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。
2 N 2 O 2 2 6 H 4 e 22 N OH H
N 2 O H 2 H H 2 e N 3 H H 2 O
HO ( C 2 ) 2 C O H ( O C 酮 O C ) N 戊 3 H O 2 N H 二 A H D 酸 O P 2 )O 2 C H C 2 C H C H ( 谷 O C ) 2 O N H 氨 H A 2 ( O 酸 N