海洋环境化学 第6章 富营养化

• 海域的第一次厌氧环境对底栖大型生物的破坏尤为严
重，它可以使经过多年才建立起来的底栖生物群落毁 于一旦。
对整个生态系统结构和生物分布的影响
• 由于水体富营养化，在改变浮游植物结构的同时，也改变
了整个生态平衡。如在水体富营养化以前通常是硅藻占支 配地位，这时鲑鱼等高等鱼种的生产量较高。
• 而在水体富营养化之后，水体中的浮游植物便以鞭毛藻类
第四章、富营养化和赤潮
一、什么是富营养化？
富营养化（eutrophication)是指湖泊、河
流、海洋、水库等水体中氮、磷等植物营养 物质含量过多所引起的水质污染现象。 由于水体中氮、磷营养物质的富集，引起藻 类及其他浮游生物的迅速繁殖，使水体溶解 氧含量下降，造成藻类、浮游生物、植物、 水生物和鱼类衰亡甚至绝迹。
藻 类 组 成 相 近 ， 即 P∶N∶O( 原 子 比 ) = 1∶16∶106 ； P∶N∶C( 质 量 比 ) =1∶7.2∶41。
• 但是，过量的氮、磷营养物质的存在，
使得海水过渡的“肥沃”引起藻类大量繁 殖，这样的现象称为富营养化。
三、富营养化的影响
• 有利的：
适度的富营养化对于当地水产养殖和渔业
有机物，而不至于导致多余有机物的细菌分解，从 而使底层水处于厌氧状态。
• 但是如果上层水体过份“肥沃”，藻类大量繁殖，
情况就不同了。除了多余的有机物在分解时消耗氧 气以外，底栖动物的大量繁殖也要消耗大量的氧气。
对底栖生物的影响 2
• 在一些垂直对流差及水交换不良的海区，氧消耗量就
有可能超过供应量，从而使底层水体处于厌氧环境。 这时一些厌氧细菌通过消耗硫酸盐和硝酸盐来进行新 陈代谢。其结果是水体中出现象Ｈ２Ｓ、ＮＨ３之类 的有毒气体，最后必定引起底栖生物的大量死亡。这 又给厌氧细菌提供了大量的高质量的“食物”使其繁 殖更迅速，从而形成恶性循环。
益的，尤其是对当地的水产养殖和渔业生产。 如在某些河口区和上升流区存在大渔场便是很 好的例子。
• 但是这种情况往往只限于某些由自然过程而引
起的富营养化海区。因为由人为因素引起的富 营养化往往很难“富”至“恰到好处”，一旦 引起水体的过份富营养化就会产生负面结果。
对全球气候变化的贡献
• Ｗａｌｓｈ等（1985）认为水体富营养化有助于
体分层，这种对流量是很小的，因此，水体 中的有机物就大量堆积，而无机营养物质则 随着时间的推移而逐渐减少。这种趋势一直 要到某种营养物的枯竭才停止，这种营养物 通常为Ｎ或Ｐ。
• 接着而来的是藻类的大量死亡和水体中有机
物大量向底层转移。
对底栖生物的影响 1
• 通常，底栖动物能很快地吃掉上层水中沉降下来的
PO43-形式存在，其中可能以HPO42-形式为主。水体 中可溶解的磷有限，因为这很容易与Cd2+、Fe3+、 Al3+等生成难溶性沉淀物沉积于底质中；
• 海水中磷和氮一起参与光合作用，合成有机物，生
物体死亡分解，生物活体排泄，以及沉积物与海水 的物质交换，构成磷在海洋中的循环。
富营养化：
• 海水中磷、氮、碳、氧的比值基本上与
• 缺 氧 (NO3-、NO2-已耗尽)：
还原菌
(CH2O)106(NH3)16H3PO4 ＋ 53SO42- ——→ 106CO2 + 53H2S + 106H2O + H3PO4
海洋中的磷：
• 海洋中的磷主要可分为颗粒态的磷和溶解态的磷，
又可分为无机态磷和有机态磷;
• 海 水中 可溶 性无 机磷 酸盐 有： HPO42- 、 H2PO4- 、
• 富营养化的海水再加上合适的温度和光照等，
浮游植物便会大量繁殖（尤其是鞭毛藻类）， 相应地以这些浮游植物为生的浮游动物的生 产量也会大量增加（尤其是桡足类甲壳动 物）。但是水体中藻类的大量繁殖也降低了 水体的透明度，从而限制了生活在较深水域 的褐藻和红藻的繁殖。
对浮游生物的影响 2
• 虽然这时也有有机物的垂直对流，但由于水
为主，食植动物增加，食肉动物减少，高级鱼种开始减少， 低级的普通鱼种增加，这对当地的渔业生产显然是非常不 利的。
• 在浮游植物（或动物）数量增加的同时，它们的种群数量
由于Ｓｉ、有机物、微量元素及各类维生素等在 海水中的量都相对比较大，一般不会成为浮游植 物生长的限制因素。
海洋中硝酸盐和磷酸盐是海洋浮游植物生长、发
育各阶段所必需，因此，Ｎ、Ｐ是影响浮游植然情况： 海水中磷酸盐和氮化物含量非常小，受生物活动 的影响非常明显，在海洋营养盐分布存在时间和 空间的变化。
人为来源： 工业废水、生活污水和农业污水大量入海； 农业上肥料成分流失； 大气的氮、磷负荷输入。
氮的降解：
• 有 氧：
(CH2O)106(NH3)16H3PO4＋138O2—→106CO2 + 122H2O +
16HNO3+H3PO4
• 缺 氧：
脱氧菌
(CH2O)106(NH3)16H3PO4＋84.8HNO3—→ 106CO2 + 42.4N2 + 148.4H2O + 6NH3 + H3PO4
自然条件下湖泊会从贫营养湖过渡为富营养湖，进 而演变为沼泽和陆地，富营养化加快了这个进程。
富营养化湖泊 – 生物的生长率增加，演替加快 贫营养化湖泊 – 水体洁净，生物生长率低
二、海洋中的营养物质
海洋中浮游植物所需的营养成分有很多，主要有 氮（Ｎ）、磷（Ｐ）、硅（Ｓｉ）、有机物、微 量元素及各类维生素。
海水中有机物向底质转移，从而加速海水作为大 气中ＣＯ２储存库的过程，从这一点上来说对地 球气候进一步变暖还有一定的缓解作用。
• 另外，某些能生产二四基硫化物（ＤＭＳ）的藻
类的大量繁殖能使大气中硫酸盐含量增高，从而 使大气中的云凝核增加，云的增加及云的的反照 率增加，会导致气温下降。
对浮游生物的影响 1
生产是有益的；
对全球气候变化的贡献；
• 不利的：
对浮游生物的影响 对底栖生物的影响 对整个生态系统结构和生物分布的影响 其它影响
适度的富营养化对于当地水产养殖和渔业 生产是有益的。
• 由于海水“营养度”的增加，海域的浮游植物
初级生产率增加从而导致次级生产率的增加。
• 因此，从一定意义上来讲适度的富营养化是有