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1、第1节引言一、生源要素构成第五章海水中主要生源要素海洋植物与动物生长所必需的元素所有生物部分生物少量生物的生物地球化学循环必需元素必需元素必需元素H、C、N、O、Na、Si、V、Co、Mo、Mg、P、S、Cl、K、Li、Al、Ni、Sr、I、B、F、Cr、Br、Mn、Ca、Fe、Co、BaRu、SnZn、Se（1）不称为营养盐：CO2、SO42-、HBO3-、Mg2+、二、营养Cl-、K+、Ca2+等（含量高，不会限制生物生长）。盐循环（2）痕量营养盐：如Fe、Mn、Co、Zn、Se等（在海水中含量很低）。（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
2、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。1第2节氮的生物地球化学循环由于营养盐参与了生物生命活动的整个过程，它一、海洋氮循环在气候变化中的作用们的存在形态与分布会受到生物活动的制约，同ò氮（N）是海洋生物生长的必需营养元素，它是时受到化学、地质和水文因素的影响，因此，它生物体中蛋白质、核酸、光合色素等有机分子的们在海洋中的含量与分布并不均匀，也不恒定，重要组成元素。往往存在明显的季节与区域变化。ò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。ò地球大气的初始氧化与氮循环密切相
3、关。ò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：海洋的作用地球大气的初始氧化过程（Berman-Frank等,2003,Res.Microbiol）Sigman&Boyle,Nature,20002三个假说启示假说一：陆架侵蚀机制（McElroy,Nature,1983;Culter等,EPSL,2003）ò冰期—间冰期海洋氮储库的变化可能是导致冰期—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间冰期海洋生物生产力和大气CO2浓度发生变化的增加海洋结合态氮储库促进光合作用吸收更多大气CO2重要原因。假说二：海洋固氮作用机制（Falkowski,Natur
4、e,1997;BroeckerandHenderson,Paleooceanogr,1998;Michaels等,Oceanography,2001；ò了解海洋水体氮的生物地球化学循环对于阐释海洋Karl等,Biogeochemistry,2002）生态系统的功能和全球气候变化具有重要意义。冰期大气Fe沉降通量增加海洋固氮作用增强增加海洋结合态氮储库激发生物生产力有机碳输出通量增加吸收更多大气CO2ò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。假说三：海洋反硝化作用机制（Ganeshram等，Nature,1995；Altabet等，Nature,1995；Ganesh
5、ram等，Paleoceanogr.,2000）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有机碳输出通量增加吸收更多大气CO2ò目前对海洋中各形态氮的含量与分布有一定了解，二、氮的存在形态与储库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。ò氮以多种价态存在，其生物地球化学行为异常复杂。600价态分子式名称sources500sinks+5NO-硝酸盐3400190+4NO2二氧化氮+3NO-亚硝酸盐2300+2NO一氧化氮TgN/a5200+1N2O氧化亚氮0N氮气2100-1NHOH羟胺2-2NH肼（联氨）02498599700102
6、003NH氨气al,1,1l.,2l,20r,23etntoetaevorube+otimieotidDG全球海洋氮收支平衡的估算-3NH4氨盐dispSarspanCondCodidesRNH有机胺anberBra2ruG3ò氨离子以NH4+和NH3两种形态存在，二者存在如下ò溶解于海水中的N2分子是最重要的氮存在形态，平衡：海水中的溶解N接近于与大气达到平衡的数值。NH+←⎯→NH+H+243ò少量以溶解态或颗粒态的无机和有机氮存在。pH=8.1时，95%的氨以NH+形态存在，仅5%以4ò主要无机形态是NO3-（1‾500μM）、NO2-NH3形态存在。（0.1‾50μM）、NH
7、4+（1‾50μM），合起来ò海洋中有机氮均以-3价存在，其中最重要的组分是又称溶解无机氮。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）。海洋氮储库海洋中各种形态氮的浓度储库氮储量（1015gN）所占份额（%）开阔大洋开阔大洋沿岸海域海水河口水体泻湖水体海洋植物0.300.001氮形态表层水深层水海洋动物0.170.0007（μM）微生物0.020.00006N8001150700‾1100700‾11
