海洋氮循環(huán)課件第1頁/共29頁海洋氮循環(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第2頁/共29頁2023/4/16一、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。第3頁/共29頁2023/4/16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。第4頁/共29頁2023/4/16一、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。第5頁/共29頁2023/4/16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。下圖是大西洋一個南北斷面的分布圖。第6頁/共29頁2023/4/16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(xì)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。第7頁/共29頁2023/4/16一、海洋中氮的存在形態(tài)和分布表層第8頁/共29頁2023/4/16三大洋的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500～1000m有最大值，最大值以下的含量隨深度的變化很小。第9頁/共29頁2023/4/16一、海洋中氮的存在形態(tài)和分布第10頁/共29頁2023/4/16季節(jié)變化下圖是英吉利海峽一個站位表層和底層海水中的NH4+-N，NO2--N和NO3--N的季節(jié)變化第11頁/共29頁2023/4/16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。第12頁/共29頁2023/4/16二、海洋氮循環(huán)的基本過程第13頁/共29頁2023/4/16二、海洋氮循環(huán)的基本過程1.Anammox（厭氧氨氧化）involvingthegenerationofN2frominorganicconstituentsbyautotrophicmicrobes.2.Nitrogenfixation.固氮3.Nitrification.硝化4.Heterotrophicdenitrification.（異養(yǎng)反硝化）:N2,NH4+,N2OandCO25.Dissimilatory

nitratereductionto

ammonium(DNRA).異化型硝酸鹽還原TheN2-outputpathways:1and41.MarenVossandJosephP.Montoya,nature,(2009)第14頁/共29頁2023/4/16OceanicNitrogenbudgetSarmientoandGruber,2006第15頁/共29頁2023/4/16海洋氮收支CodispotiandChristensen,1985Heineetal.第16頁/共29頁2023/4/16三、固氮作用海洋固氮生物：藍(lán)細(xì)菌類、光合細(xì)菌類、異養(yǎng)細(xì)菌類開闊大洋最主要的固氮生物：束毛藻N2第17頁/共29頁2023/4/16三、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(xì)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(xì)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)力第18頁/共29頁2023/4/16三、固氮作用人類活動固氮量已超過自然過程固氮量第19頁/共29頁2023/4/16四、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(lán)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。第20頁/共29頁2023/4/16四、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第21頁/共29頁2023/4/16四、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%)在對流層是化學(xué)惰性的，但在平流層會破壞臭氧第22頁/共29頁2023/4/16四、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”oftheNcycle第23頁/共29頁2023/4/16人類對全球氮循環(huán)過程的擾動TheNERCGANEprogramme第24頁/