海洋氮循環(huán)

1、,海洋氮循環(huán),海 洋 氮 循 環(huán),海洋中氮的存在形態(tài)和分布,,01,海洋氮循環(huán)的基本過程,,02,氮循環(huán)過程改變的后果,,04,固氮作用,,03,2024/3/31,一、海洋中氮的存在形態(tài)和分布,在海水中的存在形式：海水中的氮包括廣泛的無機和有機氮化合物，可能存在形式有：NO3-(+V)，NO2-(+III)，N2O(+I)，NO(+II)，N2(0)，NH3(-III)，NH4+(-Ⅲ)，RNH2(-Ⅲ)。無機氮主要存在形

2、式：除氮氣外，海水中主要有NO3-，NH4+(NH3)，NO2- (即三氮)3種無機化合氮。海水中無機氮化合物是海洋植物最重要的營養(yǎng)物質(zhì)。海水中有機氮主要為蛋白質(zhì)，氨基酸、脲和甲胺等一系列含氮有機化合物。,2024/3/31,海水中無機氮的含量分布與變化,含量分布的一般規(guī)律是；①隨著緯度的增加而增加;②隨著深度的增加而增加；③在太平洋、印度洋的含量大于大西洋的含量；④近岸淺海海域的含量一般比大洋水的含量高。,2024/3/31,

3、一、海洋中氮的存在形態(tài)和分布,大洋海水中無機氮含量的變化范圍一般是；NO3--N：0.1-43μmol/dm3，NO2- -N：0.1-3.5μmol/dm3，NH4+-N：0.35-3.5μmol/dm3．在海水中NO3- -N的含量比NO2- -N，NH4+ -N高得多。在大洋深層水，幾乎所有的無機氮都以硝酸鹽的形式存在，它的分布一般與磷酸鹽的分布趨勢相似。,2024/3/31,水平分布,一般大洋水中硝酸鹽的含量隨著緯度的增加而增加

4、。下圖是大西洋一個南北斷面的分布圖。,2024/3/31,垂直分布,銨鹽在真光層中為植物所利用，但在深層中則受細菌作用，硝化而生成亞硝酸鹽以至硝酸鹽。因此，在大洋的真光層以下的海水中，銨鹽和亞硝酸鹽的含量通常甚微，而且后者的含量低于前者，它們的最大值常出現(xiàn)在溫度躍層內(nèi)或其上方水層之中。一般大洋海水中硝酸鹽的含量，在垂直分布上是隨著深度的增加而增加，在深層水中，由于氮化合物不斷氧化的結(jié)果，積存著相當(dāng)豐富的硝酸鹽。,2024/3/31,一

5、、海洋中氮的存在形態(tài)和分布,表 層,2024/3/31,三大洋的NO3--N的垂直分布,可以看出三大洋硝酸鹽的含量為：印度洋>太平洋>大西洋，表層硝酸鹽被浮游植物所消耗，含量較低，甚至達到分析零值，在500-800m處含量隨深度急劇增加，在500～1000 m有最大值，最大值以下的含量隨深度的變化很小。,2024/3/31,一、海洋中氮的存在形態(tài)和分布,,2024/3/31,季節(jié)變化,下圖是英吉利海峽一個站位表層和底層

6、海水中的NH4+ -N，NO2- -N和NO3- -N的季節(jié)變化,2024/3/31,,暖季：當(dāng)生物生長繁殖旺盛的，3種無機氮含量下降達到最低值，這種趨勢在表層水更為明顯。冬季：由于生物尸骸的氧化分解和海水劇烈的上、下對流，使得3種氮含量回升達到最高值，且NH4+ -N和NO2- -N先于NO3- -N回升。,2024/3/31,二、海洋氮循環(huán)的基本過程,,2024/3/31,二、海洋氮循環(huán)的基本過程,1. Anammox（厭氧氨氧化

7、） involving the generation of N2 from inorganic constituents by autotrophic microbes. 2.Nitrogen fixation.　固氮3. Nitrification. 　硝化4. Heterotrophic denitrification.（異養(yǎng)反硝化）:N2 ,NH4+ ,N2Oand CO2 5. Dissimilatory nitrate

8、 reduction to ammonium (DNRA).異化型硝酸鹽還原The N2-output pathways:1 and 41.,Maren Voss and Joseph P. Montoya,nature,(2009),2024/3/31,,Oceanic Nitrogenbudget,Sarmiento and Gruber,2006,2024/3/31,海洋氮收支,,2024/3/31,三、固氮作用,海洋固氮生物：

9、 藍細菌類、光合細菌類、異養(yǎng)細菌類開闊大洋最主要的固氮生物：束毛藻N2,2024/3/31,三、固氮作用,固定的新生氮源主要通過以下途徑進入生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力組成:固氮生物體 → 分泌、死亡分解產(chǎn)生有機氮 →細菌分解轉(zhuǎn)化 可溶性無機氮 → 被其它植物吸收，產(chǎn)生初級生產(chǎn)力固氮生物體 → 分泌、死亡分解產(chǎn)生有機氮 → 細菌直接利用　微生物自身生物量 → 微型食植動物 → 后生動物，進入食物網(wǎng)固氮生物 →生物固碳、固氮 提供化

10、合態(tài)氮 → 促進其它浮游植物進行生物固碳, 形成有機物質(zhì)和生物體 → 被濾食性動物、浮游動物、雜食性動物和魚類等所食 → 進入食物鏈，產(chǎn)生綜合生產(chǎn)力,2024/3/31,三、固氮作用,人類活動固氮量已超過自然過程固氮量,2024/3/31,四、氮循環(huán)過程改變的后果,富營養(yǎng)化,浮游生物的大量繁殖，往往使水體呈現(xiàn)藍色、紅色、棕色、乳白色等。由于海洋富營養(yǎng)化時，水體常呈現(xiàn)紅色，故海洋富營養(yǎng)化被稱為赤潮。而江河湖泊中的富營養(yǎng)化被稱為水華。,20

11、24/3/31,四、氮循環(huán)過程改變的后果,物種變化或消失,N肥 ? 增產(chǎn),N 肥 ? 增加優(yōu)勢度，減少多樣性,Tilman，1987,2024/3/31,四、氮循環(huán)過程改變的后果,大氣活性溫室氣體NO + NO2 (NOx): 化石燃料燃燒 NO (高活性) ? 煙霧，對流層O3形成酸雨 (NO2 + OH- ? HNO3)N2O: 肥料施用量增加 ? 反硝化增溫潛勢大 (約為CO2 的200倍, 占大氣增溫總貢獻的6%)在

12、對流層是化學(xué)惰性的，但在平流層會破壞臭氧,2024/3/31,四、氮循環(huán)過程改變的后果,N沉降? 加速植物生長(C吸收)…到達某個臨界值.N飽和: 可利用性超出需求與森林生產(chǎn)力下降相關(guān)聯(lián)(酸化產(chǎn)生的非直接的影響,如改變了對寒冷的耐受性N飽和 ? N 損失? “opening” of the N cycle,2024/3/31,人類對全球氮循環(huán)過程的擾動,The NERC GANE programme,2024/3/31,人類對全球