最新5海洋营养元素

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
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
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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
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
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。
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。
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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。