海洋有機物和海洋生產力

關于海洋有機物和海洋生產力1第1頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月2第九章海洋有機物和海洋生產力1海洋有機物

1.1海洋有機物的概念及分類

1.2海洋有機物的特點及作用

1.3海洋溶解有機物的主要組成

1.4海洋有機物的來源

1.5海洋有機物的含量與分布2海洋有機碳3海洋生產力第2頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月31海洋有機物海洋有機物：包括活的和死的生物體、懸浮顆粒有機物(如浮游動物、糞便、生物碎屑、有機聚集體等)和溶解有機物。

從化學觀點看，可分為碳水化合物、蛋白質和氨基酸、類脂、元素有機化合物等等。

如僅從溶解有機物中的成分來看，主要有總碳水化合物、結合氨基酸、游離氨基酸、游離糖、尿素、脂肪酸、維生素B1、維生素H、維生素B12等。

海洋化學所研究的有機物，主要是海水中海洋生物的代謝物、分解物、殘骸和碎屑等。差異第3頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月4海洋有機物的分類海洋中有機物質按粒徑可分為：溶解有機物質(DOM)、顆粒有機物質(POM)(包括：碎屑、浮游植物、浮游動物和細菌等)和膠體有機物質(COM)。第4頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月5第九章海洋有機物和海洋生產力1海洋有機物

1.1海洋有機物的概念及分類

1.2海洋有機物的特點及作用 1.3海洋溶解有機物的主要組成

1.4海洋有機物的來源 1.5海洋有機物的含量與分布2海洋有機碳3海洋生產力第5頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月6海水中有機物的特點(1)含量低；(2)組成復雜；(3)在海洋空間分布不均勻；(4)容易形成金屬-有機絡合物。第6頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月7海水中有機物的性質1.電化學性質：海水中的DOM具有陰離子的特性，能跟某些金屬相互作用將生成中性形態(tài)或陰離子形態(tài)的化合物。2.酸堿性質：有機物大分子中的官能團既能電離生成質子，又能夠從水中結合質子，表現出酸堿性質。(膠體性質)3.河口區(qū)的絮凝作用：河水中的腐殖物質常以帶負電荷的親水膠體存在，隨著pH升高，鹽度增大，將發(fā)生絮凝作用并形成顆粒有機物從河水中移去。4.易形成有機聚集體：溶解有機物特別是大分子有機物容易被吸附在液—固、液—液(例如膜層)或氣—液界面上，從而形成有機聚集體，導致碳、氮、磷、鈣、硅和其他生物元素將向海洋深層沉降，并從水體中移走，影響這些元素的生物地球化學循環(huán)。(清掃作用)水解作用：在細菌酶或異養(yǎng)菌的影響下，多糖和蛋白質等大分子有機物在碎屑表面將部分發(fā)生水解作用，轉變成易為海洋生物利用的低分子量化合物。第7頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月海洋有機物的作用(1)在海洋中，海洋有機物構成了所有生物的組織，也是水體和沉積物中異氧生物的主要食物來源。(2)海水中有機物含量雖少，但對無機成分的影響卻顯著，它們參與了各種物理、生物和化學過程，影響海洋生源要素的生物地球化學循環(huán)。(3)海洋有機物質的氧化將影響海洋環(huán)境的氧化還原電位；在循環(huán)受限制的條件下，有機物的氧化會形成還原性微環(huán)境或還原環(huán)境。(4)海水中溶解有機物與金屬離子反應生成有機—金屬絡合物，從而影響到海水中金屬離子的存在形態(tài)、含量分布、遷移轉化特征，及其生物毒性等。(5)絕大多數石油是由海洋有機組分經過成巖作用形成的。第8頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月9有機物對海水性質的影響海水中有機物對海水的物理化學性質、海洋生物的生長繁殖的影響，主要表現在：(1)對多價金屬離子的絡合作用(2)改變一些成分在海水中的溶解度(3)對生物過程和化學過程的影響(4)對海-氣交換的影響(5)對水色的影響(6)對海洋生物生理過程的作用第9頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月10第九章海洋有機物和海洋生產力1海洋有機物

1.1海洋有機物的概念及分類 1.2海洋有機物的特點及作用

1.3海洋溶解有機物的主要組成

1.4海洋有機物的來源

1.5海洋有機物的含量與分布2海洋有機碳3海洋生產力第10頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月111.3海洋溶解有機物的主要組成海洋中可能存在的有機物質很多，對其進行研究極為困難。按照目前對具體化合物的分析結果，絕大部分有機質不容易表征出來。到目前為止，已鑒定過的溶解有機物大約只占海洋總有機物的20%。已檢出的部分主要由氨基酸、碳水化合物、烴、尿素、脂肪酸等簡單分子所組成。其余未鑒定過的有一部分統(tǒng)稱為“黃色物質”或稱為腐殖質。海洋中的DOM的主要組分是類脂物，它們是動物和植物體中比較穩(wěn)定的一類化合物，通常是指能被氯仿-甲醇溶劑體系所萃取的有機化合物，包括像脂肪酸、甘油脂、蠟脂、磷脂、烴、甾醇和甾脂醇等在內的這樣一些天然產物。第11頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月121.3海洋溶解有機物的主要組成(1)脂肪酸

海洋生物類脂物一般特征是含有大量(5%~

20%)長鏈(C20和C22)多個雙鍵的不飽和酸，這在陸源類脂物中是少見的。

這些酸的不飽和度很高(直至含六個雙鍵)，這使它們對氧化極為敏感。海水中主要的脂肪酸通常是軟脂酸、硬脂酸和油酸。第12頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月海洋中代表性脂肪酸第13頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月141.3海洋溶解有機物的主要組成(2)烴和氯代烴

通常是海洋有機物循環(huán)過程中的最終穩(wěn)定產物。海水中的烴主要來自海洋浮游植物和浮游動物以及細菌，少量來自河流和大氣的輸入。

除近岸和污染區(qū)之外，所測得的溶解烴和顆粒烴的濃度值，大多數都在1~50μg/dm3的范圍內，在整個海洋范圍內分布不均勻，在表面附近特別是在表微層中其濃度上升，較高的濃度位于沿岸和生產力高的近岸水中。第14頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月151.3海洋溶解有機物的主要組成(3)氨基酸

氨基酸類型包括各種酸性的、中性的和堿性的氨基酸。它們在大洋水中的總含量為5~90μg/dm3，但在近海或生物生產力高的海域，總含量可高達400μg/dm3。

它們在海水中通常以肽的形式存在，主要由動物蛋白和植物蛋白降解而來。氨基酸游離氨基酸結合氨基酸(包括蛋白質)溶解結合氨基酸顆粒態(tài)結合氨基酸第15頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月161.3海洋溶解有機物的主要組成(4)甾醇

甾醇總是來源于生物。

它們不僅是細胞膜的重要組成部分，而且也是生物生長、呼吸和繁殖的最重要的激素調節(jié)劑。膽甾醇及其相關的甾醇化合物，它們不僅是所有甾醇體激素最直接的生源前身物，而且本身也具激素活性。

從地球化學觀點來看，這些甾醇也有特殊意義。它們的化學穩(wěn)定性和結構的多樣性，再加之固有的光學活性，使得有可能將它作為海洋生物活動的指示劑。第16頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月171.3海洋溶解有機物的主要組成(5)碳水化合物

海水中溶解態(tài)碳水化合物主要來自表層水中的浮游植物。

－提供生命活動能量(約占總能量的60%)－對生物起支撐保護作用(纖維素、甲殼質)－合成其它生命物質(蛋白質、核酸、類脂物)的原料。

種類包括單糖和多糖，海洋中的碳水化合物中，多糖的含量通常較高。

糖的總含量為200~600μg/dm3，個別糖的含量只有幾個到幾十微克/立方分米。第17頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月181.3海洋溶解有機物的主要組成(6)維生素

維生素是浮游植物生長中所必需的特殊有機化合物。

已定量測定過的有維生素B12、維生素B1和生物素，它們在深度為0~100m的大洋水中的平均含量分別為0.1、0.8和1.8μg/dm3，在近岸海水中的含量較高。第18頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月191.3海洋溶解有機物的主要組成(7)腐殖質

腐殖質是地球表面分布最廣的天然有機物質之一，結構復雜，最后的結構在很大程度上取決于微生物的活動。

在海水有機物中占有的比例為60％~80％，是主要組成部分，由于會賦予海水以黃色而被稱為“黃色物質(Gelbstoff，yellowsubstance)”。

對海洋中生物學、環(huán)境化學和地球化學的變化過程具有重要影響。第19頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月20海洋中的腐殖質

海洋的腐殖質是由死的生物(主要是浮游生物)的分解產物再合成而得到的，即由多元酚、碳水化合物、蛋白質縮聚而成，這是含有蛋白質的復合物，它以大范圍的C/N(~10)，C/P(~150)比值和高度的生物穩(wěn)定性為其特征。

海水的腐殖質含有多種官能團并具有表面活性的特征。

海洋沉積物的腐殖質是金屬離子的絡合劑和植物生長的促進劑，而且是疏水化合物的增溶劑。第20頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月21海洋中的腐殖質根據腐殖質在酸和堿中的溶解度，分為：腐殖酸(humicacid)：不溶于酸，但溶于堿富里酸(fulvicacid)：溶于酸和堿胡敏素(humins)：不溶于酸和堿

以上三類混合物的化學組成相似，主要差別在于分子量的分布。第21頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月海洋腐殖質與陸地腐殖質的差別特性海洋腐殖質陸地腐殖質芳香度低高酚含量低高氮含量高低δ13C-22~-24‰-24~-29‰分子量低(海水)高(沉積物)高高第22頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月海洋腐殖質的性質和特點

－分子量較大，300－30000，結構復雜。－性質穩(wěn)定，能抵抗細菌進攻和化學氧化作用，不易被微生物降解或化學分解。－海水腐殖質占有機物總量約60－80%，深層水含量高于表層。－分子結構中有多種官能團，如羧基、羰基、羥基、酚羥基、乙酰基、氨基和醌基等。－由于含有多種官能團，與痕量金屬元素絡合或螯合。－對生物生長有一定促進作用(解毒、生物吸收金屬絡合物)。第23頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月24第九章海洋有機物和海洋生產力1海洋有機物

1.1海洋有機物的概念及分類

1.2海洋有機物的特點及作用 1.3海洋溶解有機物的主要組成

1.4海洋有機物的來源

1.5海洋有機物的含量與分布2海洋有機碳3海洋生產力第24頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月251.4海洋有機物的來源外部來源：河流、大氣和海洋沉積。來自沉積物的輸入，可以是腐解過程釋放出的可溶性有機物，也可以是沉積中滲透出來的石油。內部來源：是指海洋中的有機物質可由化學過程或生物學過程而產生。有多種途徑可使浮游植物的光合產物成為溶解有機物：藻類細胞釋放某些光合產物；浮游動物將溶解有機物質和顆粒有機物質作為排泄物釋放出來；浮游動物攝食時可使藻細胞受損，從而使細胞的可溶組分進入到環(huán)境中；浮游生物死亡后的自溶過程和腐結過程也將導致可溶性化合物的生成。第25頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月26第九章海洋有機物和海洋生產力1海洋有機物

1.1海洋有機物的概念及分類

1.2海洋有機物的特點及作用 1.3海洋溶解有機物的主要組成

1.4海洋有機物的來源

1.5海洋有機物的含量與分布2海洋有機碳3海洋生產力第26頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月271.5海洋有機物的含量與分布海水中溶解有機物(DOM)的含量一般以碳量表示，約為0.5~3mg/dm3。表層水中含碳量：通常最高為1~3mg/dm3，平均約1.5mg/dm3。深層水中含碳量相當恒定，或隨深度增加，其含量僅略微降低，通常少于1mg/dm3。近岸和河口水中，常含有較高濃度的溶解有機物，有的地區(qū)含碳量高達100mg/dm3。表層沉積物的間隙水中，DOM的濃度比深層大洋水高10~100多倍，含碳量高達100~150mg/dm3。在還原性峽灣的沉積物中，DOM含量更高。第27頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月28第九章海洋有機物和海洋生產力1海洋有機物2海洋有機碳

2.1有機碳的概念及分類

2.2溶解有機碳(DOC)2.3顆粒有機碳(POC)3海洋生產力第28頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月29海洋有機碳的概念有機物是一類在組成上比較復雜的物質，其共同點是都含有元素碳。人們在對海洋有機物進行測定時，通常是將有機物氧化，測定其主要元素碳，然后將結果表示為該物質所含的有機碳。實際上有機物的多少常是以有機碳的多少來表示的，所以人們通常把海水中有機物含量又稱為有機碳含量。第29頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月30有機碳的分類根據物理性質的不同，分為：

溶解有機碳(DOC)

顆粒有機碳(POC)

揮發(fā)有機碳(VOC)按粒徑大小可分為：溶解有機碳(DOC)顆粒有機碳(POC)膠體有機碳(COC)大洋水中DOC和POC的含量相差較大，DOC占有機物總量的90％左右，POC僅占10%。第30頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月大洋中有機碳的含量分布圖(張正斌，1999)第31頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月32第九章海洋有機物和海洋生產力1海洋有機物2海洋有機碳

2.1有機碳的概念及分類

2.2溶解有機碳(DOC)2.3顆粒有機碳(POC)3海洋生產力第32頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月332.2溶解有機碳(DOC)DOC在操作上的定義為：通過一定孔徑玻璃纖維濾膜(0.7μm)或過濾器(0.45μm)的海水中所含有機物中碳的數量。DOM中碳的含量為溶解有機碳(DOC，dissolvedorganiccarbon)。據估計DOC占DOM約50%。大洋水DOC占TOC總量的90-99％(Pilson,1998)，平均約95%左右(Chester,2000)。第33頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月342.2溶解有機碳(DOC)海洋中DOC的來源外部來源：大氣、河流和海洋底質。內部來源：浮游植物的光合作用。海洋中DOC的移出有機物可通過物理、化學、生物3種主要機制從海水中移出。第34頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月352.2溶解有機碳(DOC)溶解有機碳(DOC)檢測步驟①海水樣品的預處理：海水樣品過濾、酸化和除去無機碳，通常需要向水樣加入磷酸，使pH值在2-3之間，通高純氮氣驅趕CO2；②海水中DOC的氧化，產物為易于檢測的CO2，或繼續(xù)將CO2還原為CH4，檢測生成CH4的濃度；③氧化或還原產物的檢測，DOC氧化產生的CO2檢測方法較多，多用非色散紅外氣體分析儀檢測，還原產物CH4用火焰離子化檢測器(FID)檢測。據氧化原理的不同，將DOC的測定方法分3種： (1)過硫酸鉀法； (2)紫外/過硫酸鉀法； (3)高溫燃燒法(HTC)亦稱高溫催化氧化法(HTCO)第35頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2溶解有機碳(DOC)海洋中DOC的分布和變化空間分布(PeltzerandHayward,1996;Chester,2000)

表層(<100m)：DOC濃度多變；約為深層的兩倍。~1-1.5mgCdm-3(~80-120μmolCdm-3)

深層：DOC濃度相對不變。~0.5mgCdm-3(~40μmolCdm-3)在大洋間在氣候帶內(climaticzones)，無證據表明DOC濃度有顯著或規(guī)則的差異(Williams,1975)。區(qū)域差異：近岸DOC濃度(60-210μmolCdm-3；Millero,1996)較高，高于遠海和大洋。第36頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月37第九章海洋有機物和海洋生產力1海洋有機物2海洋有機碳

2.1有機碳的概念及分類

2.2溶解有機碳(DOC)

2.3顆粒有機碳(POC)3海洋生產力第37頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月382.3顆粒有機碳(POC)海洋中顆粒有機碳一般是指粒徑大于0.45μm的有機碳，包括海洋中有生命和無生命的懸浮顆粒和沉降顆粒。表層海水中顆粒有機物主要由(死亡生物體)生物碎屑、浮游植物、浮游動物和魚類組成，顆粒有機碳僅是溶解有機碳量的1/8左右。POC中活體物質主要是浮游植物，它可用(葉綠素af)估測，因此有： POC(碎屑)=

POC(總量)-a(葉綠素)×f第38頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月39顆粒有機碳(POC)的來源近岸海域POC的來源：陸地和大氣輸入

由河流輸入的POC中的C為1013-1014g/a，在某些河口區(qū)，外來碎屑的輸入可成為POC的主要來源。

大氣輸入POC中的C約為2.21014g/a，然而由氣泡破裂而返入大氣可能形成再循環(huán)。第39頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月40顆粒有機碳(POC)的來源大洋中POC的來源：

陸源POC的輸入主要限于近岸環(huán)境。

大洋中的POC大部分都是在海洋環(huán)境中自生的，主要包括：

①碎屑(糞粒、碎片等)的直接形成；

②細菌的吸附和凝聚；

③有機分子的聚集；

④在無機礦物顆粒上吸附和膠體絮凝。第40頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月41顆粒有機碳(POC)的來源通過DOC~POC的復雜平衡過程形成POC。

這是海洋中形成POC的另一途徑； DOC可以通過細菌活動或吸附在有機顆粒表面而形成POC， POC能通過分解和溶解過程去影響DOC的濃度。第41頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月海洋中生源顆粒有機物的形成(張正斌，1999)第42頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月43顆粒有機碳(POC)的海洋遷移海洋中POC的遷移

包括在水體中的擴散和循環(huán)。

伴隨著浮游植物、浮游動物和細菌的產生、生長和死亡，POC在沉降運移過程中被氧化、轉化或降解，浮游植物和浮游動物的分解，水解和腐殖化，以及沉降和再懸浮等。

第43頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月44海洋中顆粒有機碳的分布特點隨海區(qū)的變化：受來源的影響，海洋中POC的分布與陸地輸入和初級生產密切相關。在生產力高的海區(qū)和季節(jié)受陸地影響大的近岸區(qū)，顆粒有機碳的濃度高，反之濃度低。第44頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月45海洋中顆粒有機碳的分布特點隨深度的變化：

真光層：POC的濃度極高，為深水層濃度的10倍，活體量多，并且絕大部分的有機碳活性高，處于迅速的再循環(huán)中。估測得到浮游植物對深水有機碳的輸入量僅相當于生產量的10％。

深水層：POC的濃度隨深度的增加而緩慢降低，到達某一深度后濃度近于恒定。

沉積物—水界面：海底沉積物中有一部分沉降下來的POC，逐漸向上覆水擴散，形成水體中的POC。第45頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月46POC隨深度變化的規(guī)律式中，C為在深度Z處的碳濃度， C0為在深度Z0處碳的最大濃度；

Z0在0-30m之間變化； k值區(qū)間為0.019～0.039(k的最高值與C0的最大濃度相關)。 POC隨深度增加而減少，歸因于浮游動物的攝食(約占30％)和包括細菌分解作用在內的降解過程。第46頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月5月4日作業(yè)1.簡述海洋中有機物的存在形式；2.列出海洋中重要的溶解有機物種類；3.什么是黃色物質，有何特點？4.簡述海洋顆粒有機碳的遷出機制。第47頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月48第九章海洋有機物和海洋生產力1海洋有機物2海洋有機碳3海洋生產力

3.1海洋初級生產力

3.2影響海洋生產力的因素

3.3海洋初級生產力的分布

3.4新生產力

3.5Redfield模型第48頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月49光合作用和呼吸作用光合作用：指的是浮游植物利用光能，將二氧化碳和水合成高能量的有機物的過程。呼吸作用：海洋生物將光合作用生成的高能的有機物分解成低能量的化合物，繼而轉變?yōu)镃O2，由此獲得生長代謝所需的能量。 (CH2O)+O2→CO2+H2O

第49頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月50海洋生產力的概念海洋生產力(GP)：海洋中生物通過同化作用生成有機物的能力。通常以單位時間(年或天)內單位面積(或體積)中所生產的有機物的質量來計算。

全球海洋生物的固碳能力約在36.5~103Gt/a范圍內，僅南大洋大磷蝦糞便和蛻皮的碳通量就達1.6Gt/a海洋凈生產力(NPP)是指單位時間內單位面積(或體積)中所同化有機物總量扣除生物活動消耗之后的余額。多數情況下凈生產力不到總生產力的一半?，F存量、周轉率、周轉時間：生產力=現存量×周轉率第50頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月51海域的初級生產力

主要由海洋浮游植物和海洋底棲植物生產力組成。海洋的初級生產力(PP)是浮游植物、底棲植物(包括定生海藻、紅樹、海藻等)以及自養(yǎng)細菌等通過光合作用，將無機營養(yǎng)鹽和無機碳轉化成有機物的能力，也稱原始生產力或基礎生產力。海洋生物同化的有機物一般需經初級生產、二級生產、三級甚至四級生產，達到終級生產等不同環(huán)節(jié)，轉化為人類食用的各種水產品。海洋次級生產力(二級生產力)是以植物和細菌等初級生產者為營養(yǎng)來源的生物生產能力。二級生產者主要指浮游動物、大部分底棲動物和植食性游泳動物諸如幼魚、小蝦等。第51頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月52各級海洋生產力海洋三級生產力是以浮游動物等二級生產者為營養(yǎng)來源的生物生產能力。

三級生產者主要包括肉食性魚類和大型無脊椎動物。終級生產力是一些自身不再被其他生物所攝食的生物生產力，它處于海洋食物鏈的末端。

終級生產者主要指兇猛魚類和大型動物。海洋動物生產力是包括海洋生物二級、三級、四級(三者合稱次級生產力)……直到動物的終級生產力。第52頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月53初級生產力估計值1970年，Kebulinci-Misca(科布林茨-米什克)估算出世界海洋浮游植物的初級生產力約為

23×109噸碳/年1975年J.Pratt(普拉特等)訂正為31×109噸碳/年。1979年提高為45×109噸碳/年。1980年K.K.Markov(馬爾科夫)認為世界海洋浮游植物的初級生產力達43×1010噸碳/年。1981年美國C.J.Dawes(道斯)指出世界海洋凈初級生產力為10.74×1010噸碳/年。三大洋中,印度洋的平均初級生產力最高,達80克碳/(米2·年)；大西洋次之，平均為69克碳/(米2·年)；而太平洋平均生產力只有46克碳/(米2·年)。

第53頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月54第九章海洋有機物和海洋生產力1海洋有機物2海洋有機碳3海洋生產力

3.1海洋初級生產力

3.2影響海洋生產力的因素 3.3海洋初級生產力的分布

3.4新生產力

3.5Redfield模型第54頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月553.2影響海洋生產力的因素一、光照二、營養(yǎng)鹽三、微量元素四、溫度五、水深六、攝食作用第55頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月56一、光

1、藻類光合作用與輻照度的拋物線關系

在光抑制之前的曲線可用下式表示：P(g)=Pmax［I］/(Ik+［I］)2、飽和光強：不同種類、不同緯度、不同季節(jié)飽和光強不同；適應性3、補償深度、補償光強、補償點；理論上的真光層深度緯度、季節(jié)、天氣、濁度、時間、海況的影響

圖7-2光合作用對光強變化的反應(引自Parsons

1984)

Pmax

Pg

Pn

呼吸

補償點

光抑制

?P?I

IC

IK

光強(I)/〔Cal/(ml·min)〕

光合作用(P)/〔mgC/(ml·h)〕

＋

0

－

第56頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月57二、營養(yǎng)鹽

(一)營養(yǎng)鹽吸收方程1、米氏方程：

V：吸收速率；S：介質濃度；Vm：最大吸收速率；Ks：吸收半飽和常數V=Vm·SKs＋S

Vm

a

Ks

S

→

Vm／2

第57頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月58二、營養(yǎng)鹽

2、最大吸收速率(Vm)：①反映細胞營養(yǎng)水平和環(huán)境限制程度的指標②可變3、吸收半飽和常數(Ks)：①種群競爭限制性營養(yǎng)鹽能力的一個重要指標②相對保守、穩(wěn)定

沿岸與大洋種類的差異、季節(jié)演替4、參數的求法5、Vm/Ks第58頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月59二、營養(yǎng)鹽

(二)綠色植物按一定比例吸收營養(yǎng)鹽 Redfield比值：C：N：P=106：16：1

海洋整體缺氮，部分海區(qū)缺磷(三)表層營養(yǎng)鹽補充

上升流、沿岸、河口與寒暖流交匯處

第59頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月60三、微量元素--鐵(Fe)Fe：影響某些大洋區(qū)海洋初級生產力的重要因子C：Fe=100000：1Fe在海水中的分布很不均勻從大洋到近岸，其含量范圍大約為0.001~0.5mg/m3，即相當于0.02~10nmol/kg。從海洋整體上看，南大洋部分海區(qū)和赤道的廣闊海區(qū)中Fe含量最低第60頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月61四、溫度

1、直接影響：

光合作用可看作一系列酶促反應

浮游植物對溫度變化有一定的適應性

如中肋骨條藻在最適溫和亞最適溫狀態(tài)下光合作用速率無明顯變化(酶含量與活性)2、間接影響：層化現象

第61頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月62五、垂直混合和臨界深度

1、湍流：有利與不利2、臨界深度(thecriticaldepth)

在這個深度之上，平均光強等于補償光強大小與垂直混合的深度有關不同海區(qū)、不同緯度的差異

圖7-5補償深度與臨界深度的關系

(引自Nybakken1982)

光合作用

呼

吸

作

用

浮

游

植

物

垂

直

混

合

補償深度

混合深度小于臨界深度

臨界深度

超過臨界深度

風

200

150

100

50

0

深度/m

第62頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月63六、攝食作用過剩攝食(superfluousfeeding)一般多數海區(qū)營養(yǎng)鹽補充起決定作用，而在高緯度光照易起重要作用第63頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月64第九章海洋有機物和海洋生產力1海洋有機物2海洋有機碳3海洋生產力

3.1海洋初級生產力

3.2影響海洋生產力的因素

3.3海洋初級生產力的分布

3.4新生產力

3.5Redfield模型第64頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月65一、海洋初級生產力的全球分布第65頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月66二、不同海區(qū)初級生產力的季節(jié)分布(一)中緯度海區(qū)中緯度海區(qū)初級生產力的季節(jié)變化屬于雙周期型，包括春、秋季兩個高峰。光

溫度

營養(yǎng)鹽

垂直混合

攝食壓力

結果

冬季

最弱

最低

豐富

劇烈

最小

全年最低

春季

增強

升高

迅速減少

減弱

增大(滯后)

最高峰

夏季

最強

最高

少

最弱(溫躍層)

減小

較低

秋季

減弱

降低

升高

增強

不大

次高峰

第66頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月67二、不同海區(qū)初級生產力的季節(jié)分布(二)高緯度海區(qū)光照條件是影響初級生產的主要因素、一年中只有兩個生物學季節(jié)。

光

溫度

營養(yǎng)鹽

垂直混合

攝食壓力

結果

冬季

弱→無

低

豐富

劇烈

低

低

→無夏季

增強

增高

下降

減弱

增強

短暫高峰第67頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月68二、不同海區(qū)初級生產力的季節(jié)分布(三)低緯度海區(qū)存在強大的恒定溫躍層(permanentthermocline)

生產力低，但整年有生產，周期性不明顯；不同緯度存在過渡

極地生產力

營

養(yǎng)

鹽

溫帶生產力

光

照

熱帶生產力

80?

70?

60?

50?

40?

30?

20?

光照強度

←——————————————

營養(yǎng)鹽濃度

——————————————→

緯

度

圖7-6

熱帶、溫帶海區(qū)初級生產力季節(jié)變化與光、營養(yǎng)鹽

關系示意圖(引自Lalli&Parsons

1997)

冬季

春季

夏季

秋季

冬季

第68頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月69三、不同水文特征海域的初級生產力不同海區(qū)初級生產力范圍(Lalli&Parsons1997)海

區(qū)

類

型

平均年初級生產力[gC/(m2·a)]

大陸架上升流區(qū)(如秘魯海流、本古拉海流)

500~600

大陸坡折(如歐洲陸架、Grand淺灘、Patagonia陸架)

300~500

亞北極區(qū)(如北大西洋、北太平洋)

150~300

反氣旋型渦旋區(qū)(如馬尾藻海、太平洋亞熱帶海區(qū))

50~150

北極(冰覆蓋)

＜50

第69頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月70四、近岸水域的初級生產力

受陸地的影響

1、磷酸鹽和硝酸鹽往往不是初級生產力的限制因子

2、水較淺，不出現浮游植物“被帶到臨界深度下方”的情況

3、很少出現持久性的溫躍層

4、大量的陸源碎屑，渾濁，限制產量進一步提高溫帶近岸海區(qū)不出現明顯的雙周期生產模式，整個夏季都可能有較高的產量第70頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月71五、海洋大型底棲植物的產量

根據生長量、收獲量等來估算多數學者認為，全部海洋底棲植物的平均產量可能占海洋初級總產量的5％~10%。印度洋的海藻產量可達2,000gC/(m2·a)，相當于陸地上一些熱帶雨林的產量；熱帶泰萊草產量可達500~1,000gC/(m2·a)。

第71頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月72第九章海洋有機物和海洋生產力1海洋有機物2海洋有機碳3海洋生產力

3.1海洋初級生產力

3.2影響海洋生產力的因素

3.3海洋初級生產力的分布

3.4新生產力

3.5Redfield模型第72頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月733.4新生產力新生產力(NP)：定義為從河流、上升流輸送的營養(yǎng)鹽所支持的那部分凈初級生產力(NPP)。其中NPP＝GPP(總初級生產力)-RP(植物呼吸)。就全球而言，NP為NPP的20％。在真光層，再循環(huán)的氮為再生氮(主要是NH4+-N)；由真光層之外提供的氮為新生氮(主要是NO3--N)。由再生氮支持的那部分生產力為再生生產力，由新生氮支持的那部分生產力稱為新生產力。第73頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月74

一、新生產力的概念1、新生產力和再生生產力

再生N或稱再循環(huán)N：主要是NH4+-N

新N：主要是NO3－-N

再生生產力Pr：由再生N源支持的那部分初級生產力

新生產力Pn：由新N源支持的那部分初級生產力 PG＝Pn＋Pr第74頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月75

一、新生產力的概念2、N來源新N來自：①上升流或梯度擴散，②陸源供應(如徑流)，③大氣沉降或降水，④N2固定(某些原核浮游植物的固N作用)再生N來自:真光層中生物的代謝產物(如氨態(tài)N、尿素N和氨基酸N等)。

3、“f比”

即新生產力占總初級生產力的比例

f=Pn/PG×100%

研究表明多在0.05~0.15之間4、真光層群落凈生產力、輸出生產力

真光層群落凈生產力=

真光層有機物質的積累率+輸出生產力(PE)

群落保持相對穩(wěn)定→輸入=輸出→PE=Pn

第75頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月76

一、新生產力的概念5、r：顆粒態(tài)營養(yǎng)元素下沉出真光層之前的循環(huán)次數

r=(1－f)/f

6、光合作用商(PQ)：

表示浮游植物光合作用生產的O2量與被吸收的CO2量的比值，可用來說明利用不同N源的初級生產化學過程的差異。

以再循環(huán)N為N源的初級生產，PQ值(≈1.2)比以新N源的初級生產的PQ值(≈1.8)低。第76頁，課件共86頁，