海洋氮循环课件

海洋氮循环课件第1页/共29页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第2页/共29页2023/4/16一、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+(-Ⅲ)，RNH2(-Ⅲ)。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、脲和甲胺等一系列含氮有机化合物。第3页/共29页2023/4/16海水中无机氮的含量分布与变化含量分布的一般规律是；①随着纬度的增加而增加;②随着深度的增加而增加；③在太平洋、印度洋的含量大于大西洋的含量；④近岸浅海海域的含量一般比大洋水的含量高。第4页/共29页2023/4/16一、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：0.1-43μmol/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趋势相似。第5页/共29页2023/4/16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。第6页/共29页2023/4/16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。第7页/共29页2023/4/16一、海洋中氮的存在形态和分布表层第8页/共29页2023/4/16三大洋的NO3--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500～1000m有最大值，最大值以下的含量随深度的变化很小。第9页/共29页2023/4/16一、海洋中氮的存在形态和分布第10页/共29页2023/4/16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的季节变化第11页/共29页2023/4/16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高值，且NH4+-N和NO2--N先于NO3--N回升。第12页/共29页2023/4/16二、海洋氮循环的基本过程第13页/共29页2023/4/16二、海洋氮循环的基本过程1.Anammox（厌氧氨氧化）involvingthegenerationofN2frominorganicconstituentsbyautotrophicmicrobes.2.Nitrogenfixation.固氮3.Nitrification.硝化4.Heterotrophicdenitrification.（异养反硝化）:N2,NH4+,N2OandCO25.Dissimilatory

nitratereductionto

ammonium(DNRA).异化型硝酸盐还原TheN2-outputpathways:1and41.MarenVossandJosephP.Montoya,nature,(2009)第14页/共29页2023/4/16OceanicNitrogenbudgetSarmientoandGruber,2006第15页/共29页2023/4/16海洋氮收支CodispotiandChristensen,1985Heineetal.第16页/共29页2023/4/16三、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第17页/共29页2023/4/16三、固氮作用固定的新生氮源主要通过以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，产生综合生产力第18页/共29页2023/4/16三、固氮作用人类活动固氮量已超过自然过程固氮量第19页/共29页2023/4/16四、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。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。第20页/共29页2023/4/16四、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第21页/共29页2023/4/16四、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第22页/共29页2023/4/16四、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”oftheNcycle第23页/共29页2023/4/16人类对全球氮循环过程的扰动TheNERCGANEprogramme第24页/