海洋氮循环

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1、,海洋氮循环,海 洋 氮 循 环,海洋中氮的存在形态和分布,01,海洋氮循环的基本过程,02,氮循环过程改变的后果,04,固氮作用,03,2019/10/17,一、海洋中氮的存在形态和分布,在海水中的存在形式：海水中的氮包括广泛的无机和有机氮化合物，可能存在形式有：NO3-(+V)，NO2-(+III)，N2O(+I)，NO(+II)，N2(0)，NH3(-III)，NH4+(-)，RNH2(-)。 无机氮主要存在形式：除氮气外，海水中主要有NO3-，NH4+(NH3)，NO2- (即三氮)3种无机化合氮。海水中无机氮化合物是海洋植物最重要的营养物质。海水中有机氮主要为蛋白质，氨基酸、脲和甲胺

2、等一系列含氮有机化合物。,2019/10/17,海水中无机氮的含量分布与变化,含量分布的一般规律是； 随着纬度的增加而增加; 随着深度的增加而增加； 在太平洋、印度洋的含量大于大西洋的含量； 近岸浅海海域的含量一般比大洋水的含量高。,2019/10/17,一、海洋中氮的存在形态和分布,大洋海水中无机氮含量的变化范围一般是；NO3-N：0.1-43mol/dm3，NO2- -N：0.1-3.5mol/dm3，NH4+-N：0.35-3.5mol/dm3在海水中NO3- -N的含量比NO2- -N，NH4+ -N高得多。在大洋深层水，几乎所有的无机氮都以硝酸盐的形式存在，它的分布一般与磷酸盐的分布

3、趋势相似。,2019/10/17,水平分布,一般大洋水中硝酸盐的含量随着纬度的增加而增加。下图是大西洋一个南北断面的分布图。,2019/10/17,垂直分布,铵盐在真光层中为植物所利用，但在深层中则受细菌作用，硝化而生成亚硝酸盐以至硝酸盐。因此，在大洋的真光层以下的海水中，铵盐和亚硝酸盐的含量通常甚微，而且后者的含量低于前者，它们的最大值常出现在温度跃层内或其上方水层之中。 一般大洋海水中硝酸盐的含量，在垂直分布上是随着深度的增加而增加，在深层水中，由于氮化合物不断氧化的结果，积存着相当丰富的硝酸盐。,2019/10/17,一、海洋中氮的存在形态和分布,表 层,2019/10/17,三大洋的N

4、O3-N的垂直分布,可以看出三大洋硝酸盐的含量为：印度洋太平洋大西洋，表层硝酸盐被浮游植物所消耗，含量较低，甚至达到分析零值，在500-800m处含量随深度急剧增加，在5001000 m有最大值，最大值以下的含量随深度的变化很小。,2019/10/17,一、海洋中氮的存在形态和分布,2019/10/17,季节变化,下图是英吉利海峡一个站位表层和底层海水中的NH4+ -N，NO2- -N和NO3- -N的季节变化,2019/10/17,暖季：当生物生长繁殖旺盛的，3种无机氮含量下降达到最低值，这种趋势在表层水更为明显。 冬季：由于生物尸骸的氧化分解和海水剧烈的上、下对流，使得3种氮含量回升达到最

5、高值，且NH4+ -N和NO2- -N先于NO3- -N回升。,2019/10/17,二、海洋氮循环的基本过程,2019/10/17,二、海洋氮循环的基本过程,1. Anammox（厌氧氨氧化） involving the generation of N2 from inorganic constituents by autotrophic microbes. 2.Nitrogen fixation. 固氮 3. Nitrification. 硝化 4. Heterotrophic denitrification.（异养反硝化）:N2 ,NH4+ ,N2Oand CO2 5. Dissimil

6、atory nitrate reduction to ammonium (DNRA).异化型硝酸盐还原 The N2-output pathways:1 and 41.,Maren Voss and Joseph P. Montoya,nature,(2009),2019/10/17,Oceanic Nitrogenbudget,Sarmiento and Gruber,2006,2019/10/17,海洋氮收支,2019/10/17,三、固氮作用,海洋固氮生物： 蓝细菌类、光合细菌类、异养细菌类开阔大洋最主要的固氮生物：束毛藻N2,2019/10/17,三、固氮作用,固定的新生氮源主要通过以

7、下途径进入生态系统的生产力组成: 固氮生物体 分泌、死亡分解产生有机氮 细菌分解转化 可溶性无机氮 被其它植物吸收，产生初级生产力 固氮生物体 分泌、死亡分解产生有机氮 细菌直接利用 微生物自身生物量 微型食植动物 后生动物，进入食物网 固氮生物 生物固碳、固氮 提供化合态氮 促进其它浮游植物进行生物固碳, 形成有机物质和生物体 被滤食性动物、浮游动物、杂食性动物和鱼类等所食 进入食物链，产生综合生产力,2019/10/17,三、固氮作用,人类活动固氮量已超过自然过程固氮量,2019/10/17,四、氮循环过程改变的后果,富营养化,浮游生物的大量繁殖，往往使水体呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。

8、由于海洋富营养化时，水体常呈现红色，故海洋富营养化被称为赤潮。而江河湖泊中的富营养化被称为水华。,2019/10/17,四、氮循环过程改变的后果,物种变化或消失,N肥 增产,N 肥 增加优势度，减少多样性,Tilman，1987,2019/10/17,四、氮循环过程改变的后果,大气活性温室气体 NO + NO2 (NOx): 化石燃料燃烧 NO (高活性) 烟雾，对流层O3形成 酸雨 (NO2 + OH- HNO3) N2O: 肥料施用量增加 反硝化 增温潜势大 (约为CO2 的200倍, 占大气增温总贡献的6%) 在对流层是化学惰性的，但在平流层会破坏臭氧,2019/10/17,四、氮循环过程改变的后果,N沉降 加速植物生长(C吸收)到达某个临界值. N饱和: 可利用性超出需求 与森林生产力下降相关联(酸化产生的非直接的影响,如改变了对寒冷的耐受性 N饱和 N 损失 “opening” of the N cycle,2019/10/17,人类对全球氮循环过程的扰动,The NERC GANE programme,2019/10/17,人类对全球氮循环过程的扰动,2019/10/17,人类对全球氮循环过程的扰动,2019/10/17,人类对全球氮循环过程的扰动,谢谢,