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1、第五章：天然水的生物营养元素天然水中氮、磷、硅元素的可溶性无机化合物在水生植物的生长繁殖过程中被吸收利用，成为生物体的重要组成元素。营养盐： 通常把天然水中可溶性氮、磷、硅的无机化合物称为水生植物营养盐，把组成这些营养盐的主要元素氮、磷、硅称为营养元素或生原要素。 养殖水化学课程中主要介绍水生植物生长必需，而在自然水体中含量相对较低的元素，如N、P、Si等问答： 水生植物吸收营养元素的速度方程米氏方程中半饱和常数Km的意义？藻类细胞对营养盐的吸收是一个复杂的生物化学酶促反应过程，其反应速度和底物浓度的关系符合一般酶促反应的动力学方程Michaelis-Monten方程。即米氏方程常将米氏方程转
2、化为右图形式：Km 米氏常数若 S 等于Km 时，V = 1/2 VmaxKm 反应了酶对底物有效亲和力，Km小，说明亲和力大，当 S 较小时，V吸收速度就能较大；Km较大，说明底物与酶结合不稳定，藻类要达到较高的吸收效率则需要较大的有效营养盐浓度S 。Km常用来比较不同的浮游植物吸收营养盐能力的大小。半饱和常数的意义：半饱和常数值可作为藻类细胞能正常生长所需维持水中有效形式营养盐的临界浓度，也可用于比较不同浮游植物吸收营养盐能力的大小。 在光强、水温及其它条件适宜而营养盐含量较低时，Km值越小的浮游植物越容易发展成为优势种；Km值越大的浮游植物会因缺乏营养盐使生长受到限制。而当营养盐过于丰富
3、时，浮游植物群落结构会发生明显变化，可能导致某些有害浮游植物的迅速繁殖。米氏方程仅符合于正常藻类细胞对营养盐的吸收规律。第二节 天然水中的氮P116一天然水中有效氮的形式（五种）：游离态氮 、氨氮、 亚硝氮、硝酸氮、 有机氮. 游离态氮：天然水中氮的最丰富形态，在海洋中可达20mg/Kg，而其 它可溶性氮化合物仅为0.7mg/Kg。. 硝酸态氮（NO3-N） ：含氮物质氧化的最终产物；在通气良好的天然水域，在各种无机化合态氮中占优势。但在缺氧水体中易被还原。3. 亚硝酸态氮（NO2-N）： 天然水中通常比其它形式的无机氮的含量要低，是NH4+-N和NO3-N之间的一种中间氧化状态 。. 总铵（
4、氨）态氮（TNH4-N） 指在水中以NH3和NH4+形式存在的氮的含量之和。水中含氮有机物分解矿化及硝酸盐、亚硝酸盐反硝化作用产生。在海水水质标准（GB3097-1997）和渔业水质标准(GB11607-89)中都规定非离子氨含量不得超过0.020mg/L。 5. 有机氮包括蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、硝基化合物等天然水中无机态氮与养殖生物的关系如何？答：天然水体中无机态氮与养殖生物的关系表现为两个方面：一方面，NH4+（NH3）、NO3、NO2是藻类能直接吸收利用的氮的形态，在适宜的浓度范围内，增加其含量，可提高浮游植物的生物量，提高天然饵料基础，促进养殖生产；另一方面，当水体中无机氮含量过
5、高时，易导致水体富营养化，对养殖生物产生有害的影响。3非离子氨对水产动物的毒害NH4+(NH3)的毒性表现在对水生生物生长的抑制，它能降低鱼虾贝类的产卵能力，损害鳃组织以至引起死亡。我国渔业水质标准规定，水中非离子氨的最高限值为0.02mg/L。 要定期检测水中氨的指标外，还要及时清理排除养殖水域底层的污垢及水产养殖动物排泄的粪便等措施。N的循环（特点以及对水生生态系统的意义）：特点：天然水中的各种形态的N在生物和非生物的作用下共同作用下不断地迁移，转化从而构成的复杂的动态循环。藻类的同化作用，微生物的反硝化作用，硝化作用和脱氮作用在各种形态的N的相互转化过程中起了重要的作用。意义：氮是生命代
6、谢元素。大气中氮的含量为79%，但它是一种很不活泼的气体，不能为大多数生物直接利用。只有通过固氮菌的生物固氮、闪电等的大气固氮，火山爆发时的岩浆固氮以及工业固氮等4条途径，转为硝酸盐或氨的形态，才能为生物吸收利用（要明白各种转化，条件，以及一个藻类元素组成的方程）天然水中N的转化：氮气的溶解 ，固氮作用 ，植物对无机氮的吸收 ，氮元素的再生 氨化作用 ，硝化作用 ，反硝化、脱氮作用1 N2的溶解作用：天然水中氮的最丰富形式是溶解游离态氮气2 植物对N的吸收：硝酸态氮、亚硝酸态氮、氨态氮是一切藻类都能直接吸收利用的氮源。通常认为，植物会首先吸收NH4+，当海水中NH4+几乎被耗尽时才会大量吸收N
7、O3-N。溶解有机氮也是一些微藻和细菌主要的可利用营养盐之一。 近年来的一些研究表明，浮游植物也会直接利用一部分溶解有机氮化合物(DON)，但是吸收量甚少。固氮作用 固氮作用是氮循环的一个主要过程，即水中气态氮通过特定的细菌、蓝绿藻成为有机氮，这是水中氮的重要来源之一。相对沉积物来讲水体中的固氮作用较小，氨的存在会降低固氮作用速率，此外硝酸和氧也对固氮作用有影响。3 N元素的再生：无机氮被浮游植物吸收转化成有机氮，并通过浮游动物的摄食，各级浮游动物之间及鱼类等的捕食继续在食物链中传递。在这个过程中有相当一部分氮由于溶出、死亡、代谢排出等离开食物链重新回到水体中，这就是营养盐的再生过程4 氨化作
8、用：是指含氮有机物在微生物作用下，转变为NH4+-N（氨态氮）的过程。（需氧和厌氧）P119 5 生物固氮：是指天然水体中一些固氮藻类（蓝、绿藻）及细菌，它们具有特殊的酶系统，可把N2变为生物可利用的化合物形态，为水体提供饵料及肥料。作用：为水体不断输送丰富的有机态氮，为水生生物提供饵料基础，但也使水体不断富营养化。6 反硝化作用（脱氮作用）：是指在微生物的作用下，硝酸盐或亚硝酸盐被还原为一氧化二氮（N2O）或氮气（N2）的过程。7 同化作用：水生植物通过吸收利用天然水中NH4+（NH3）、NO2- 、NO3- 等合成自身物质，称为同化作用。8 硝化作用：在通气良好的天然水中，经硝化细菌作用，
9、氨可进一步被氧化为NO2- 、NO3-。这一过程称为硝化作用。生物有机体就平均状况而言，都有相对固定的元素组成。构成藻类原生质的C，N，P元素的平均组成，按照其原子个数的之比为：C：N：P= 106：16：1 ；一般认为浮游植物对营养元素的吸收也是按照这样的比例进行的。浮游植物光合作用吸收NP的形式形成了细胞的原生质，总的有如下计量关系（一定要记住的方程式：）P120106CO2 + 16NO3+ HPO42- +122H2O + 18H+ + 微量元素 光 （CH2O）106（NH3）16H3PO4 +138O2（CH2O）106（NH3）16H3PO4表示藻类原生质的平均元素组成 ，忽略其
10、他微量元素，有差异第三节天然水中的P磷也是一切藻类生长所必需的营养元素，需要量比氮少，但天然水中缺磷现象比却氮现象明显。一 天然水中的P的存在形态 P126 正磷酸盐: PO43-、HPO42-、H2PO4-、H3PO4 （含一个P） A溶解态磷 无机缩聚磷酸盐: P2O74-、P3O105- （含多个P） 溶解态有机磷（DOP）:葡萄糖-6-磷酸、2-磷酸甘油酸、磷肌酸 颗粒态无机磷(PIP)：Ca3(PO4)2、FePO4 B颗粒态磷 颗粒态有机磷（POP）：DNA、RNA 天然水中的总磷含量中各部分所占的比例因不同水域而有显著差异，一般贫营养水体通常以可溶性无机磷酸盐所占比例较高天然水中
11、的含磷量通常以酸性钼酸延形成的磷钼酸进行测定。根据能否与酸性钼酸盐反应，可将水中的磷划分为两类：活性磷化合物和非活性磷化合物（要知道的概念）活性磷(PO4- P) ：凡能与酸性钼酸盐反应的 。非活性磷：不与酸性钼酸盐反应的有效磷：能被水生植物吸收利用的部分称为有效磷。课后问答题 ： 1天然水中的P的存在形态有哪些？2 何为活性磷酸盐（活性P），其分布特点？凡能与酸性钼酸盐反应的，包括磷酸盐、部分溶解态有机磷、吸附在悬浮物表面的磷酸盐以及一部分可溶于酸的悬浮无机磷 如Ca3(PO4)2、FePO4等等，统称为活性磷化合物；由于活性磷化合物主要以可溶性磷酸盐的形式存在，所以通常又称为活性磷酸盐，以
12、PO4-P表示。分布变化特点： 季节变化：整体而言：夏季含量很低，秋季含量上升，冬季达到高峰，春季开始下降（生物复苏）磷一般的规律是：磷酸盐含量最大值多出现在冬季或早春，最小值多出现于暖季的后期；垂直变化：在真光层，由于浮游生物大量吸收磷，致使有效磷含量很低，有时甚至被消耗殆尽。因而随深度的增大，其含量逐渐增大，并在某一深度达到最大值，此后不再随深度而变化。淡水中磷酸盐的分布变化因水系的不同呈现不同特征在水体停滞分层时，表层水由于植物吸收消耗，有效磷常可降低至检验不出的程度，而底层水则因有机物矿化、沉积物补给而积累较高含量的磷酸盐水平变化：海洋中磷的含量通常也表现为沿岸、河口水域高于大洋；近岸
13、海区P远岸海区P3影响天然水中的P循环的生物学因素（1234）有哪些？ P129 或各种因素（12345）1 生物有机残体的分解和矿化，从而再生为无机磷酸盐，是构成水体有效P的重要来源2 水体中沉积物的释放（如动物残骸的沉积，被沉积物吸附的PO4P，经微生物的矿化。一般水底界面两侧的浓度梯度增大，则P的释放作用也越大）3水生动物的分泌和排泄（天然水中浮游植物在分泌出有机磷酯等有机态磷并使之重新参与磷循环方面起着重要作用。浮游动物排泄磷酸盐常常是有效磷的重要的再生途径 ）4水生动物的吸收利用（藻类在吸收利用有效氮和有效磷时一般也按P/N=1:16(或15)的比例进行。P/N比是否符合植物生长的需
14、要，这对于养殖水体饵料生物的培养必须特别重视；浮游植物对有效磷的吸收速率与水中有效磷浓度的关系也符合米氏方程。但不同种浮游植物吸收利用有效磷的能力差异相当悬殊。）5若干非生物的过程（降水，冲刷土壤地表径流，生活污水）4为何P易成为限制初级生产力的因子？答：可溶性含磷物质的化学沉淀或吸附沉淀可以使部分有效磷离开水体。悬浮于水中的黏土微粒或胶粒，可能把水体中的HPO42紧紧吸附在其表面。无论是水体中的化学沉淀或者液-固界面上的吸着作用都可能降低水中有效磷的浓度。因此，世界上很多地区的淡水水域严重缺磷，以致磷成为其初级生产力的重要限制因素。一旦大量的磷进入水体后，往往会引起浮游植物的迅猛生长而使水体
15、呈现富营养化。活性硅酸盐（SiO3-Si）：溶解状态的硅酸盐及胶体硅通常可用形成硅钼酸络合物比色法测定，一般把能与钼酸铵试剂反应而被测出的部分硅化合物称活性硅酸盐。活性硅酸盐大都能为硅藻所吸收利用，可作为水中有效硅含量的指标。人们通常都认为硅不是限制性营养物质。 第八章 污染物的毒性和毒性试验P192（注重概念）毒物：指在一定条件下，较小浓度或剂量就能引起生物机体功能或器质性损伤的化学物质，或剂量虽微，但积累到一定的量，就能干扰或破坏生物机体正常生理功能引起暂时或永久性的病理变化，甚至危及生命的化学物质。中毒：生物机体功能或器质性改变后出现疾病状态。毒性： 一定量的毒物接触或进入生物机体后，对生物能够产生不同程度的损坏。毒物对生物引起这种损坏的能力称为毒物的毒性毒物和非毒物之间没有绝对的界限，最基本的是剂量致死浓度（LC）：在一定时间内生物机体死亡为标准而确定的水中外来化合物的浓度。 分为： 1绝对致死浓度：在一定时间内引起所观察生物个体全部死亡的水中化合物的最低浓度。( LC100)2半致死
