第5章-主要生源要素的生物地球化学循环PPT课件
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人教高中生物必修三第五章生态系统的物质循环优秀 讲课文档
第四页，共22页。
生态系统的物质循环_标清.flv 思考：农田生态系统中的物质是否都可循环？
第五页，共22页。
（二）碳循环
据图分析：碳是如何分别进出生产者、消费者、 分解者各个环节的（以什么形 式，通过哪些生命活动，形成哪些产物等）？
请同学们用关键词、箭头、方框等表示讨论结果。
第六页，共22页。
（1）A、B、C、D各是什么生物？ （2）写出①～⑤所示过程的名称
第十九页，共22页。
（3）图中缺少的生理过程是 表示。
（4）参与过程④的生物种类有
第二十页，共22页。
。用箭头在图上 。
答案：（1）绿色植物 植食性动物 肉食性动物 腐生细菌、真菌等
（2）①光合作用 ②呼吸作用 ③呼吸作用 ④分解 者的呼吸作用⑤燃烧 （3）绿色植物的呼吸作用（从A指向CO2的箭头） （4）腐生细菌、真菌等
（1）养成自我保健的意识和习惯。
（2）关注生态学知识，形成科学的世界观。
二、教学重点：碳循环的过程
三、教学难点:能量流动和物质循环的关系。
第三页，共22页。
（一）生态系统的物质循环
1.物质循环的概念。 2.概念中“物质”和“生态系统”分别是指
什么？
3.物质在什么与什么之间循环？ 4.物质循环的特点。
（四）比较能量流动和物质循环的相互关系
能量流动
形式 主要以有机物形式
物质循环
以无机物的形式流动
特点 单向流动，逐级递减 反复出现，循环流动,具有全球性
范围 生态系统的各营养级 生物圈
联系 能量流动和物质循环二者相互伴随，相辅相承， 物质循环过程中伴随着能量流动;
在生物群落中流动渠道都是食物链（网）；
第二十一页，共22页。
生态系统的物质循环_标清.flv 思考：农田生态系统中的物质是否都可循环？
第五页，共22页。
（二）碳循环
据图分析：碳是如何分别进出生产者、消费者、 分解者各个环节的（以什么形 式，通过哪些生命活动，形成哪些产物等）？
请同学们用关键词、箭头、方框等表示讨论结果。
第六页，共22页。
（1）A、B、C、D各是什么生物？ （2）写出①～⑤所示过程的名称
第十九页，共22页。
（3）图中缺少的生理过程是 表示。
（4）参与过程④的生物种类有
第二十页，共22页。
。用箭头在图上 。
答案：（1）绿色植物 植食性动物 肉食性动物 腐生细菌、真菌等
（2）①光合作用 ②呼吸作用 ③呼吸作用 ④分解 者的呼吸作用⑤燃烧 （3）绿色植物的呼吸作用（从A指向CO2的箭头） （4）腐生细菌、真菌等
（1）养成自我保健的意识和习惯。
（2）关注生态学知识，形成科学的世界观。
二、教学重点：碳循环的过程
三、教学难点:能量流动和物质循环的关系。
第三页，共22页。
（一）生态系统的物质循环
1.物质循环的概念。 2.概念中“物质”和“生态系统”分别是指
什么？
3.物质在什么与什么之间循环？ 4.物质循环的特点。
（四）比较能量流动和物质循环的相互关系
能量流动
形式 主要以有机物形式
物质循环
以无机物的形式流动
特点 单向流动，逐级递减 反复出现，循环流动,具有全球性
范围 生态系统的各营养级 生物圈
联系 能量流动和物质循环二者相互伴随，相辅相承， 物质循环过程中伴随着能量流动;
在生物群落中流动渠道都是食物链（网）；
第二十一页，共22页。
人教版高中生物必修三第5章第3节 生态系统的物质循环 课件(共32张PPT)
的生物代表________。它们的新陈代谢
类型分别是__________、___________
3、从新陈代谢的角度看，④代表_____作用， ⑤代表____作用
蛋白质
④
硝酸盐
⑥
⑤ 大气中的N2 ②
①
尿素
③
氨
4、老百姓有“雷雨发庄稼”之说，你能
解释其中的道理吗？
5、很显然，图中的[ ]过程对农业生产不 利，为什么？
能量流动和物质循环又有本质 上的区别：能量流经生态系统各个营养级 时是逐级递减，而且运动是单向的、不是 循环的，最终在环境中消失。物质循环是 带有全球性的，在生物群落与无机环境间 物质可以反复出现，反复利用，循环运动 ，不会消失。
能量流动和物质循环的因果关系
生态系统的存在是靠物质循环和能量 流动来维持的。生态系统的能量流动和物 质循环都是通过食物链和食物网的渠道实 现的，二者相互伴随进行，又相辅相承， 密不可分的统一整体。
碳的循环过程
碳元素约占生物 体干重的49％，碳是 有机化合物的“骨 架”，没有碳就没有 生命。碳在无机环境 与生物群落之间是以 CO2的形式进行循环 的。
循环的图解
形成石油、
化石燃料 天然气等
生产者
形成石油、 天然气等。
燃
呼光
烧 作 用
吸 作 用
合 作 用
分 解 作
摄食作用
呼 吸 作 用
无机环境 呼
47. 不是境况造就人，而是人造就境况。48. 你想成为幸福的人吗?但愿你首先学会吃得起苦。——屠格涅夫49. 成功的时候，都说是朋友。但只有母亲——她是失败时的伴侣。——郑振峄 50.在我们的一生中，没有人会为你等待，没有机遇会 为你停留，成功也需要速度 51.不论做什么事，都要相信你自己，别让别人的一句话将你击倒。人生没有对错，只有选择后的坚持，不后悔，走下去，走着走着，花就开了。52.吃别人吃不了的苦，忍别人受不了的气，付出比别人更 多的，才会享受的比别人更多。53.我们每个人的人生之舟都需要自己掌舵，自己掌控。懂得，是跌倒了依然会选择站起，失败了依然会选择重来，受伤了依然会选择坚强;懂得，是在黑暗中依然不迷失方向，在生死关头依然不乱了 方寸，在灾难包围中依然会微笑前行。54.思路清晰远比卖力苦干重要，心态正确远比现实表现重要，选对方向远比努力做事重要，做对的事情远比把事情做对重要。成长的痛苦远比后悔的痛苦好，胜利的喜悦远比失败的安慰好。 55.再大的事，到了明天就是小事，再深的痛，过去了就把它忘记，就算全世界都抛弃了你，——你依然也要坚定前行，因为，你就是自己最大的底气。56.人生路上常有风雨，需要一个好的心态。再难的路，只要不放弃，一直走下 去，总会走到终点;再重的担子，笑着是挑，哭着也是挑，又何必让自己难堪;再不顺的生活，撑一撑，也就过去了，笑容，最终会出现在脸上。57.最精美的宝石，受匠人琢磨的时间最长。最贵重的雕刻，受凿的打击最多。58.只有 对过去既往不咎，才能甩掉沉重的包袱；只有能够看轻自己，才能做到轻装上阵。只要不放弃，就没有什么能让自己退缩；只要够坚强，就没有什么能把自己打垮。59.学会驾驭自己的生活，即使困难重重，也要满怀信心的向前。 不自怜不自卑不哀怨，一日一日过，一步一步走，那份柳暗花明的喜乐和必然的抵达，在于我们自己的修持。真正想做成一件事，不取决于你有多少热情，而是看你能多久坚持。60.永远不要沉溺在安逸里得过且过，能给你遮风挡 雨的，同样能让你不见天日。只有让自己更加强大，才能真正的撑起一片天。61.人生中谁都有梦想，但要立足现实，在拼搏中靠近，在忍耐中坚持，别把它挂在嘴边，常立志者无志。62.人这一辈子，其实做不了几件事，所以想做
人教版高中生物必修3第五章生态系统的物质循环(课件 共18张PPT)
谢谢大家！
3、缓解温室效应的措施
开发新能源
增大植被面积
三、能量流动与物质循环的关系
请写出其中包含的食物链 树 虫 鸟 能量流动特点：
单向流动，逐级递减 物质循环特点： 全球性，反复循环 虫子靠什么获得能量？能不能只吃能量？ 物质是能量流动的载体 如果没有太阳，碳能不能从无机环境进入生物群落？ 能量是物质循环的动力
生物群落与无机环境 之间不断循环的过程 （1）生态系统的碳循环是指碳元素在_____________________
c （在a~c中选择）中合成有机物； （2）大气中的CO2可以在绿色植物的_____
含碳有机物在_______ b 和_______ a （在a~c中选择）可以分解为CO2 生产者 乙代表__________, 消费者 丙代表__________ 分解者 （3）甲代表________,
右图示生态系统碳循环示意图，A、B、C、D是生态系 统的成分，请据图回答： C D B
作用实现的，C D 分解 D过程是通过______
（4）生物群落中有一部分碳以 煤、石油等化石燃料 _________________ 形式储 CO2 形式存在。 藏在地层中。碳在无机环境中以
下图为生态系统碳循环示意图，其中甲、乙、丙表示生态系统中的三种成分。
建立一个碳循环的模型简图
生产者 光 呼 合 吸 作 作 用 用
大气中的CO 2
消费者
分解者
【练习1】下图是碳循环的图解 ④ ⑥
大气中的CO2
⑤
① ② ③
C D
A
B
⑦
煤、石油等
1、从生态系统的成分看，A、B、C、D各代表什么生物？ 初级消费者、生产者、次级消费者、分解者 2、碳分别以什么形式进入、离开生物群落？CO2 CO2 3、大气中的CO2进入生物群落主要依赖于[ ③ ]______ 光合 作用。 4、碳从生物群落回到大气中途径有： 动植物呼吸作用 微生物分解作用 化石燃料的燃烧 5、图中的捕食食物链为： B A C 6、⑦过程的加剧将产生怎样的后果？ 温室效应
第5章 主要生源要素的生物地球化学循环
北太平洋HOTS站总溶解氮（TDN) 与总溶解磷(TDP)的关系
二、磷的存在形态与储库
海水中的总磷（TP）可分为颗粒磷（PP）和
总溶解磷（TDP）（TP=PP+TDP）， 在大 多数开阔海洋环境中，TDP储库一般远远超 过PP储库。 颗粒磷和总溶解磷均包括无机和有机的磷组 分，因此，PP=POP+PIP，TDP= DOP+DIP。
4HNO3 5CH 2O 5CO2 7H 2O 2N2
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-的空间分亚北极大西 洋，表层海水具有高浓度的NO3-，在任何季 节都不会因浮游植物光合作用而呈缺乏状态， 这些海域称为高营养盐低叶绿素海域。
2、全球海洋深层水中NO3-的空间分布
沿热盐
循环路 径，深 层海水 中NO3的含量 逐渐增 加
全球海洋4000m深度NO3-的空间分布特征
开阔大洋表层水，氮主要存 在于DON中（83%），其次 是PON（7%）、NO3- +NO2河口区 （5%）、NH4+（5%）。 开阔大洋深层水，氮主要以 开阔大 洋表层 NO3 +NO2 形式存在，占比 水 92%，其余以DON存在。 沿岸海域和河口区， NO3+NO2-的比例明显比大洋表 近岸海域 层水来得高，分别占比45% 开阔大 和31%；DON占比降低（沿 洋深层 岸海域18%；河口区13%）；水 NH4+的比例随离岸距离的减 少贡献越大。 PON占比在沿岸海域（3%） 与河口区（8%）与开阔大洋 开阔大洋、沿岸和河口区水体各形态 氮的分配情况 表层水差别不大。
二、磷的存在形态与储库
海水中的总磷（TP）可分为颗粒磷（PP）和
总溶解磷（TDP）（TP=PP+TDP）， 在大 多数开阔海洋环境中，TDP储库一般远远超 过PP储库。 颗粒磷和总溶解磷均包括无机和有机的磷组 分，因此，PP=POP+PIP，TDP= DOP+DIP。
4HNO3 5CH 2O 5CO2 7H 2O 2N2
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-的空间分亚北极大西 洋，表层海水具有高浓度的NO3-，在任何季 节都不会因浮游植物光合作用而呈缺乏状态， 这些海域称为高营养盐低叶绿素海域。
2、全球海洋深层水中NO3-的空间分布
沿热盐
循环路 径，深 层海水 中NO3的含量 逐渐增 加
全球海洋4000m深度NO3-的空间分布特征
开阔大洋表层水，氮主要存 在于DON中（83%），其次 是PON（7%）、NO3- +NO2河口区 （5%）、NH4+（5%）。 开阔大洋深层水，氮主要以 开阔大 洋表层 NO3 +NO2 形式存在，占比 水 92%，其余以DON存在。 沿岸海域和河口区， NO3+NO2-的比例明显比大洋表 近岸海域 层水来得高，分别占比45% 开阔大 和31%；DON占比降低（沿 洋深层 岸海域18%；河口区13%）；水 NH4+的比例随离岸距离的减 少贡献越大。 PON占比在沿岸海域（3%） 与河口区（8%）与开阔大洋 开阔大洋、沿岸和河口区水体各形态 氮的分配情况 表层水差别不大。
生物地球化学循环讲稿
• 净初级生产量：总初级生产量减去植物因呼吸作
用的消耗,剩下的有机物质（J·m-2·a-1或g （DW）·m-2·a-1）
NPP=GPP-R
• 生物量：指单位面积内植物的总重量，单位是
J·m-2或g（DW）·m-2。
2.次级生产: 消费者利用初级生产的产品进行新陈 代谢，经过同化作用形成异养生物自身物质的生 产过程。
4.植物群落的结构特征
• 水平方向：
随机分布 成群分布 规则分布
• 垂直方向：
乔木层 灌木层 草本层 地被层
5.植物群落的季相（自稳定性）
• 概念：整个植物群落的外貌以年为周期变化的
特征，表现为植物的萌芽、展叶、开花、结果、 叶变秋色和落叶等物候期的季节性发生。
• 北京的季相
初春草木萌动，仲春万紫千红，晚春绿 肥红瘦；初夏繁花绿叶相映好，仲夏万 绿丛中几点红，晚夏嘉荫蔽日花踪寥；
草 原 生 态系统 草 场生 态系统 工业 生 态系统
荒 漠 生 态系统 果园 生 态系统
湖 泊生 态系统 鱼 塘 生 态系统
（二）生物群落 1. 个体、种群和群落 2. 生物群落的组成
种类组成、数量、优势种（个体多，生物量大 的种）、建群种（优势种中的最优者）和附属种 （次要种） 3.生物群落的功能类群 （1）生产者：绿色植物和化能合成细菌。 （2）消费者：植食动物、肉食动物和杂食动物 （3）分解者：细菌、真菌、土壤原生动物和一 些小型无脊椎动物，靠分解动、植物残体为生。
初秋硕果累累，仲秋叶色斑斓，晚秋落 木萧萧；初冬霜叶凋零，隆冬万木萧疏， 晚冬春意初露。
6.植物群落的演替（自组织性）
（1）概念：植物群落的组成和结构发生质的变 化，最终导致一个植物群落被另一个植物群落所 替代。
用的消耗,剩下的有机物质（J·m-2·a-1或g （DW）·m-2·a-1）
NPP=GPP-R
• 生物量：指单位面积内植物的总重量，单位是
J·m-2或g（DW）·m-2。
2.次级生产: 消费者利用初级生产的产品进行新陈 代谢，经过同化作用形成异养生物自身物质的生 产过程。
4.植物群落的结构特征
• 水平方向：
随机分布 成群分布 规则分布
• 垂直方向：
乔木层 灌木层 草本层 地被层
5.植物群落的季相（自稳定性）
• 概念：整个植物群落的外貌以年为周期变化的
特征，表现为植物的萌芽、展叶、开花、结果、 叶变秋色和落叶等物候期的季节性发生。
• 北京的季相
初春草木萌动，仲春万紫千红，晚春绿 肥红瘦；初夏繁花绿叶相映好，仲夏万 绿丛中几点红，晚夏嘉荫蔽日花踪寥；
草 原 生 态系统 草 场生 态系统 工业 生 态系统
荒 漠 生 态系统 果园 生 态系统
湖 泊生 态系统 鱼 塘 生 态系统
（二）生物群落 1. 个体、种群和群落 2. 生物群落的组成
种类组成、数量、优势种（个体多，生物量大 的种）、建群种（优势种中的最优者）和附属种 （次要种） 3.生物群落的功能类群 （1）生产者：绿色植物和化能合成细菌。 （2）消费者：植食动物、肉食动物和杂食动物 （3）分解者：细菌、真菌、土壤原生动物和一 些小型无脊椎动物，靠分解动、植物残体为生。
初秋硕果累累，仲秋叶色斑斓，晚秋落 木萧萧；初冬霜叶凋零，隆冬万木萧疏， 晚冬春意初露。
6.植物群落的演替（自组织性）
（1）概念：植物群落的组成和结构发生质的变 化，最终导致一个植物群落被另一个植物群落所 替代。
第五章 第3节 生态系统的物质循环精品PPT课件
联系作者：
为更好满足学习和使用需求，课件在下载后 可以自由编辑，请根据实际情况进行调整
In order to better meet the needs of learning and using, the courseware is freely edited after downloading
的形式进行。
(2)在生物群落内：以
的形式进行。
弄清箭头的方向及代表含义。
将上图换成字母，并尝试判断四种成分(找 依据)，如下面三种变式图：
碳出 入生 物群
落的 途径
碳进入 生物群落
碳出 生物群落
光合作用
化能合成作用 动植物的呼吸作用 微生物的分解作用 燃烧
温室效应
(1)成因
①工厂、汽车、飞机、轮船等对化学燃料的大量 使用，向大气中释放大量的CO2。 ②森林、草原等植被大面积的破坏，大大降低了 对大气中CO2的调节能力。 (2)危害
实验假设
案例1
案例2
微生物能分解落叶使之腐烂 微生物能分解淀粉
实 实验组 对土壤高温处理 验 设 对照组 对土壤不做任何处理 计
自变量 土壤中是否含微生物
A杯中加入30 mL土壤 浸出液 B杯中加入30 mL蒸馏 水 是否含有微生物
优优 秀秀 课课 件件 尽尽在在 海海波波飞飞 扬扬
更多精彩：
生态系统的物质循环反复出现，循 环流动，不会消失，生物可反复利用。
生 物
组成生物体的C、H、O、P、S 基本元素
无 机
群 落
反复循环
环 境
比较能量流动和物质循环的相互关系
能量流动
物质循环
形式 主要以有机物形式
以无机物的 形式循环
特点
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的形式进行。
(2)在生物群落内：以
的形式进行。
弄清箭头的方向及代表含义。
将上图换成字母，并尝试判断四种成分(找 依据)，如下面三种变式图：
碳出 入生 物群
落的 途径
碳进入 生物群落
碳出 生物群落
光合作用
化能合成作用 动植物的呼吸作用 微生物的分解作用 燃烧
温室效应
(1)成因
①工厂、汽车、飞机、轮船等对化学燃料的大量 使用，向大气中释放大量的CO2。 ②森林、草原等植被大面积的破坏，大大降低了 对大气中CO2的调节能力。 (2)危害
实验假设
案例1
案例2
微生物能分解落叶使之腐烂 微生物能分解淀粉
实 实验组 对土壤高温处理 验 设 对照组 对土壤不做任何处理 计
自变量 土壤中是否含微生物
A杯中加入30 mL土壤 浸出液 B杯中加入30 mL蒸馏 水 是否含有微生物
优优 秀秀 课课 件件 尽尽在在 海海波波飞飞 扬扬
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生态系统的物质循环反复出现，循 环流动，不会消失，生物可反复利用。
生 物
组成生物体的C、H、O、P、S 基本元素
无 机
群 落
反复循环
环 境
比较能量流动和物质循环的相互关系
能量流动
物质循环
形式 主要以有机物形式
以无机物的 形式循环
特点
人教版高中生物必修三第5章第3节 生态系统的物质循环 课件(共19张PPT)
3.温室效应的危害 极地冰川加速融化
沿海城市被淹没 农田减少，粮食减产
互动探究
如何解决“温室效应” ？ 1.减少煤、石油等化石燃料的燃烧，提高能效。 2.开发新的洁净能源，如核能、太阳能、风能、 水能等。 3.大面积植树造林，降低空气中CO2含量。
思考讨论
大力植树造林，是否会对温室效应起到缓解作用？ 大力植树造林后，这些植物能大量吸收已有的二 氧化碳，因而能起一定的缓解作用。
归纳总结
1.物质：组成生物体C、H、O、N、P、S等基 本元素。而不是单质，也不是化合物。
2.范围：是指地球上最大的生态系统——生物圈。 其中的物质循环带有全球性，所以又 叫生物地球化学循环。
3.循环：
生物群落
组成生物体的C、H、O、
N、P、S基本元素 反复循环
无机环境
4.特点：具有全球性，循环流动.
身体健康，学习进步。 8、生活本来很不易，不必事事渴求别人的理解和认同，静静的过自己的生活。心若不动，风又奈何。你若不伤，岁月无恙。
9、命运要你成长的时候，总会安排一些让你不顺心的人或事刺激你。 10、你迷茫的原因往往只有一个，那就是在本该拼命去努力的年纪，想得太多，做得太少。 11、有一些人的出现，就是来给我们开眼的。所以，你一定要禁得起假话，受得住敷衍，忍得住欺骗，忘得了承诺，放得下一切。 12、不要像个落难者，告诉别人你的不幸。逢人只说三分话，不可全抛一片心。 13、人生的路，靠的是自己一步步去走，真正能保护你的，是你自己的选择。而真正能伤害你的，也是一样，自己的选择。 14、不要那么敏感，也不要那么心软，太敏感和太心软的人，肯定过得不快乐，别人随便的一句话，你都要胡思乱想一整天。 15、不要轻易去依赖一个人，它会成为你的习惯，当分别来临，你失去的不是某个人，而是你精神的支柱;无论何时何地，都要学会独立行走 ，它会让你走得更坦然些。
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• 正基于此，氮循环研究一直是海洋科学经久不衰 的热点研究领域。
-
12
• 目前对海洋中各形态氮的含量与分布有一定了解， 对其循环路径也有定性认识，但有关海洋氮循环 关键过程的速率特征仍缺乏定量信息。
-
13
二、氮的存在形态与储库
• 氮以多种价态存在，其生物地球化学行为异常最重要的氮存在形态， 海水中的溶解N2接近于与大气达到平衡的数值。
- 氮被海洋生物吸收的示意图25
• 当海水中的氮进入到生物细胞壁后，通过一系列 酶的作用和合成代谢反应，最终被转化为蛋白质 。所发生的重要合成代谢反应如下：
• 沿岸海域与河口区PON所占比例与开阔大洋表层水 差别不大，分别占3%（沿岸海域）和8%（河口 区）。
-
20
三、海洋氮循环路径及其关键过程
• 海洋的氮输入途径主要包括： （1）火山活动（NH3）； （2）河流； （3）大气。
火山活动和河流向海洋输送各种无机 （NO3-、NO2-、NH4+）和有机形态（DON、PON） 的氮，而大气主要提供N2。
• 少量以溶解态或颗粒态的无机和有机氮存在。
• 主要无机形态是NO3-（1‾500 μM）、NO2（0.1‾50 μM）、NH4+（1‾50 μM），合起来又 称溶解无机氮。
-
15
• 氨离子以NH4+ 和NH3两种形态存在，二者存在如 下平衡：
NH4 + ←⎯→NH3 + H+
pH=8.1时，95%的氨以NH4+形态存在， 仅5%以NH3形态存在。
-
19
• 开阔大洋深层水，氮主要以NO3- 和NO2-形式存在， 其比例占92%，其余的以溶解有机氮形态存在。
• 开阔大洋表层水，氮主要存在于DON中（83%）， 其次是PON（7%），再下来是NO3- +NO2-（5%）和 NH4+（5%）。
• 沿岸海域和河口区，NO3- +NO2-的比例明显比大 洋表层水来得高，其比例分别为45%和31%；DON所 占比例降低至18%（沿岸海域）和13%（河口区）； NH4+的比例随离岸距离的减少贡献越大。
第5章 主要生源要素的生物地 球化学循环
-
1
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
-
2
（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）。
海洋生物活动及其导致的氮形态转化
-
23
四、海洋氮循环关键过程
• 1、氮的生物吸收； • 2、固氮作用； • 3、硝化作用； • 4、反硝化作用
-
24
• 1、氮的生物吸收
在许多开阔大洋海 域，生物初级生产 过程往往受氮的提 供量所限制。由于 海洋中的大部分浮 游植物无法直接利 用N2，它们必须通 过吸收溶解态氮组 分（如NO3-、NO2-、 NH4+、尿素）来满 足其光合作用需要。
-
21
• 海洋生物固氮作用；
• 通过物理过程由中深层 向上提供的NO3-；
• 各种形态氮（NO3-、 NH4+）被海洋生物的吸 收；
• 通过颗粒物沉降向中深 层输送的PON；
• DON垂向或水平输送；
• 硝化作用；
• 反硝化作用
-
22
海洋生物活动 是导致海洋中 氮于各种形态 之间相互转化 的重要影响因 素，其中生物 固氮作用、氮 的生物吸收、 硝化作用和反 硝化作用是海 洋氮循环的关 键过程。
地球大气的初始氧化过程
-
7
• 海洋氮循环在冰期—间冰期大气CO2变化中的作用
变化 机制？
共识： 海洋的作用
-
8
三个假说
• 假说一：陆架侵蚀机制
（McElroy,Nature,1983; Culter等, EPSL, 2003）
冰期海平面低
陆架区暴露于空气
间冰期累积的有机物风化侵蚀
增加海
洋结合态氮储库
冰期大气Fe沉降通量增加 用增强
海洋固氮作
增加海洋结合态氮储库 生物生产力
激发
有机碳输出通量增加
吸
收更多大气CO2
-
10
• 假说三：海洋反硝化作用机制（Ganeshram等，
Nature, 1995；Altabet等，Nature, 1995；Ganeshram等， Paleoceanogr., 2000）
（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。
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3
•海 洋 中 主 要 营 养 盐 循 环
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4
• 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。
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5
第2节 氮的生物地球化学循环
一、海洋氮循环在气候变化中的作用
• 氮（N）是海洋生物生长的必需营养元素，它是生 物体中蛋白质、核酸、光合色素等有机分子的重 要组成元素。
• 氮是许多海域初级生产力和碳输出的主要控制因 子，因而与大气CO2浓度的变化乃至全球气候变化
有密切联系。
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• 地球大气的初始氧化与氮循环密切相关
促进光合作用 大气CO2
吸收更多
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• 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）
冰期时海洋反硝化作用降低
增加海
洋结合态氮储库
激发生物
生产力 加
有机碳输出通量增 吸收更多大气CO2
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启示
• 冰期—间冰期海洋氮储库的变化可能是导致冰 期—间冰期海洋生物生产力和大气CO2浓度发生变 化的重要原因。
• 了解海洋水体氮的生物地球化学循环对于阐释海 洋生态系统的功能和全球气候变化具有重要意义。
• 海洋中有机氮均以-3价存在，其中最重要的组分
是腐殖质，其次包括氨基酸、核酸、氨基糖、尿
素以及它们的聚合物（如DNA、RNA、甲壳质
Chitin）。
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海洋氮储库
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海洋中各种形态氮的浓度
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海洋的不同区域，各种形态氮之间的分配是不同的
开阔大洋、 沿岸和河口 区水体各形 态氮的分配 情况
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• 目前对海洋中各形态氮的含量与分布有一定了解， 对其循环路径也有定性认识，但有关海洋氮循环 关键过程的速率特征仍缺乏定量信息。
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二、氮的存在形态与储库
• 氮以多种价态存在，其生物地球化学行为异常最重要的氮存在形态， 海水中的溶解N2接近于与大气达到平衡的数值。
- 氮被海洋生物吸收的示意图25
• 当海水中的氮进入到生物细胞壁后，通过一系列 酶的作用和合成代谢反应，最终被转化为蛋白质 。所发生的重要合成代谢反应如下：
• 沿岸海域与河口区PON所占比例与开阔大洋表层水 差别不大，分别占3%（沿岸海域）和8%（河口 区）。
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三、海洋氮循环路径及其关键过程
• 海洋的氮输入途径主要包括： （1）火山活动（NH3）； （2）河流； （3）大气。
火山活动和河流向海洋输送各种无机 （NO3-、NO2-、NH4+）和有机形态（DON、PON） 的氮，而大气主要提供N2。
• 少量以溶解态或颗粒态的无机和有机氮存在。
• 主要无机形态是NO3-（1‾500 μM）、NO2（0.1‾50 μM）、NH4+（1‾50 μM），合起来又 称溶解无机氮。
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• 氨离子以NH4+ 和NH3两种形态存在，二者存在如 下平衡：
NH4 + ←⎯→NH3 + H+
pH=8.1时，95%的氨以NH4+形态存在， 仅5%以NH3形态存在。
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• 开阔大洋深层水，氮主要以NO3- 和NO2-形式存在， 其比例占92%，其余的以溶解有机氮形态存在。
• 开阔大洋表层水，氮主要存在于DON中（83%）， 其次是PON（7%），再下来是NO3- +NO2-（5%）和 NH4+（5%）。
• 沿岸海域和河口区，NO3- +NO2-的比例明显比大 洋表层水来得高，其比例分别为45%和31%；DON所 占比例降低至18%（沿岸海域）和13%（河口区）； NH4+的比例随离岸距离的减少贡献越大。
第5章 主要生源要素的生物地 球化学循环
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1
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
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2
（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）。
海洋生物活动及其导致的氮形态转化
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四、海洋氮循环关键过程
• 1、氮的生物吸收； • 2、固氮作用； • 3、硝化作用； • 4、反硝化作用
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• 1、氮的生物吸收
在许多开阔大洋海 域，生物初级生产 过程往往受氮的提 供量所限制。由于 海洋中的大部分浮 游植物无法直接利 用N2，它们必须通 过吸收溶解态氮组 分（如NO3-、NO2-、 NH4+、尿素）来满 足其光合作用需要。
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21
• 海洋生物固氮作用；
• 通过物理过程由中深层 向上提供的NO3-；
• 各种形态氮（NO3-、 NH4+）被海洋生物的吸 收；
• 通过颗粒物沉降向中深 层输送的PON；
• DON垂向或水平输送；
• 硝化作用；
• 反硝化作用
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22
海洋生物活动 是导致海洋中 氮于各种形态 之间相互转化 的重要影响因 素，其中生物 固氮作用、氮 的生物吸收、 硝化作用和反 硝化作用是海 洋氮循环的关 键过程。
地球大气的初始氧化过程
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7
• 海洋氮循环在冰期—间冰期大气CO2变化中的作用
变化 机制？
共识： 海洋的作用
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8
三个假说
• 假说一：陆架侵蚀机制
（McElroy,Nature,1983; Culter等, EPSL, 2003）
冰期海平面低
陆架区暴露于空气
间冰期累积的有机物风化侵蚀
增加海
洋结合态氮储库
冰期大气Fe沉降通量增加 用增强
海洋固氮作
增加海洋结合态氮储库 生物生产力
激发
有机碳输出通量增加
吸
收更多大气CO2
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• 假说三：海洋反硝化作用机制（Ganeshram等，
Nature, 1995；Altabet等，Nature, 1995；Ganeshram等， Paleoceanogr., 2000）
（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。
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•海 洋 中 主 要 营 养 盐 循 环
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• 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。
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第2节 氮的生物地球化学循环
一、海洋氮循环在气候变化中的作用
• 氮（N）是海洋生物生长的必需营养元素，它是生 物体中蛋白质、核酸、光合色素等有机分子的重 要组成元素。
• 氮是许多海域初级生产力和碳输出的主要控制因 子，因而与大气CO2浓度的变化乃至全球气候变化
有密切联系。
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• 地球大气的初始氧化与氮循环密切相关
促进光合作用 大气CO2
吸收更多
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• 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）
冰期时海洋反硝化作用降低
增加海
洋结合态氮储库
激发生物
生产力 加
有机碳输出通量增 吸收更多大气CO2
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启示
• 冰期—间冰期海洋氮储库的变化可能是导致冰 期—间冰期海洋生物生产力和大气CO2浓度发生变 化的重要原因。
• 了解海洋水体氮的生物地球化学循环对于阐释海 洋生态系统的功能和全球气候变化具有重要意义。
• 海洋中有机氮均以-3价存在，其中最重要的组分
是腐殖质，其次包括氨基酸、核酸、氨基糖、尿
素以及它们的聚合物（如DNA、RNA、甲壳质
Chitin）。
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海洋氮储库
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海洋中各种形态氮的浓度
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海洋的不同区域，各种形态氮之间的分配是不同的
开阔大洋、 沿岸和河口 区水体各形 态氮的分配 情况