11-12_海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力

1、第九章第九章 海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力 1 海洋有機(jī)物海洋有機(jī)物 1.1 海洋有機(jī)物的概念及分類海洋有機(jī)物的概念及分類 1.2 海洋有機(jī)物的特點(diǎn)及作用海洋有機(jī)物的特點(diǎn)及作用 1.3 海洋溶解有機(jī)物的主要組成海洋溶解有機(jī)物的主要組成 1.4 海洋有機(jī)物的來源海洋有機(jī)物的來源 1.5 海洋有機(jī)物的含量與分布海洋有機(jī)物的含量與分布 2 海洋有機(jī)碳海洋有機(jī)碳 2.1 有機(jī)碳的概念及分類有機(jī)碳的概念及分類 2.2 溶解有機(jī)碳溶解有機(jī)碳(DOC) 2.3 顆粒有機(jī)碳顆粒有機(jī)碳(POC) 3 海洋生產(chǎn)力海洋生產(chǎn)力 3.1 海洋初級(jí)生產(chǎn)力海洋初級(jí)生產(chǎn)力 3.2 影響海洋生產(chǎn)力的因素影響海洋

2、生產(chǎn)力的因素 3.3海洋初級(jí)生產(chǎn)力的分布海洋初級(jí)生產(chǎn)力的分布 3.4 新生產(chǎn)力新生產(chǎn)力 3.5 Redfield 模型模型 1 第九章第九章 海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力 1 海洋有機(jī)物海洋有機(jī)物 1.1 海洋有機(jī)物的概念及分類海洋有機(jī)物的概念及分類 1.2 海洋有機(jī)物的特點(diǎn)及作用海洋有機(jī)物的特點(diǎn)及作用 1.3 海洋溶解有機(jī)物的主要組成海洋溶解有機(jī)物的主要組成 1.4 海洋有機(jī)物的來源海洋有機(jī)物的來源 1.5 海洋有機(jī)物的含量與分布海洋有機(jī)物的含量與分布 2 海洋有機(jī)碳海洋有機(jī)碳 3 海洋生產(chǎn)力海洋生產(chǎn)力 2 1 海洋有機(jī)物海洋有機(jī)物 海洋有機(jī)物：海洋有機(jī)物：包括活的和死的生物

3、體、懸浮顆粒有包括活的和死的生物體、懸浮顆粒有 機(jī)物機(jī)物(如浮游動(dòng)物、糞便、生物碎屑、有機(jī)聚集體如浮游動(dòng)物、糞便、生物碎屑、有機(jī)聚集體 等等)和溶解有機(jī)物。和溶解有機(jī)物。 從化學(xué)觀點(diǎn)看，可分為碳水化合物、蛋白質(zhì)和從化學(xué)觀點(diǎn)看，可分為碳水化合物、蛋白質(zhì)和 氨基酸、類脂、元素有機(jī)化合物等等。氨基酸、類脂、元素有機(jī)化合物等等。 如僅從溶解有機(jī)物中的成分來看，主要有總碳如僅從溶解有機(jī)物中的成分來看，主要有總碳 水化合物、結(jié)合氨基酸、游離氨基酸、游離糖、尿水化合物、結(jié)合氨基酸、游離氨基酸、游離糖、尿 素、脂肪酸、維生素素、脂肪酸、維生素B1、維生素、維生素H、維生素、維生素B12等等。 海洋化學(xué)所研究的

4、有機(jī)物，主要是海水中海洋海洋化學(xué)所研究的有機(jī)物，主要是海水中海洋 生物的代謝物、分解物、殘骸和碎屑等生物的代謝物、分解物、殘骸和碎屑等 。 差異差異 3 海洋有機(jī)物的分類海洋有機(jī)物的分類 海洋中有機(jī)物質(zhì)按海洋中有機(jī)物質(zhì)按粒徑粒徑可分為：溶解有機(jī)物質(zhì)可分為：溶解有機(jī)物質(zhì)(DOM)、 顆粒有機(jī)物質(zhì)顆粒有機(jī)物質(zhì)(POM)(包括：碎屑、浮游植物、浮游動(dòng)包括：碎屑、浮游植物、浮游動(dòng) 物和細(xì)菌等物和細(xì)菌等)和膠體有機(jī)物質(zhì)和膠體有機(jī)物質(zhì)(COM)。 4 第九章第九章 海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力 1 海洋有機(jī)物海洋有機(jī)物 1.1 海洋有機(jī)物的概念及分類海洋有機(jī)物的概念及分類 1.2 海洋有機(jī)

5、物的特點(diǎn)及作用海洋有機(jī)物的特點(diǎn)及作用 1.3 海洋溶解有機(jī)物的主要組成海洋溶解有機(jī)物的主要組成 1.4 海洋有機(jī)物的來源海洋有機(jī)物的來源 1.5 海洋有機(jī)物的含量與分布海洋有機(jī)物的含量與分布 2 海洋有機(jī)碳海洋有機(jī)碳 3 海洋生產(chǎn)力海洋生產(chǎn)力 5 海水中有機(jī)物的特點(diǎn)海水中有機(jī)物的特點(diǎn) (1)含量低；含量低； (2)組成復(fù)雜；組成復(fù)雜； (3)在海洋空間分布不均勻；在海洋空間分布不均勻； (4)容易形成金屬容易形成金屬-有機(jī)絡(luò)合物。有機(jī)絡(luò)合物。 6 海水中有機(jī)物的性質(zhì)海水中有機(jī)物的性質(zhì) 1. 電化學(xué)性質(zhì)：海水中的電化學(xué)性質(zhì)：海水中的DOM具有陰離子的特性，能跟某具有陰離子的特性，能跟某 些金屬相

6、互作用將生成中性形態(tài)或陰離子形態(tài)的化合物。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(zhì)：有機(jī)物大分子中的官能團(tuán)既能電離生成質(zhì)子，酸堿性質(zhì)：有機(jī)物大分子中的官能團(tuán)既能電離生成質(zhì)子， 又能夠從水中結(jié)合質(zhì)子，表現(xiàn)出酸堿性質(zhì)。又能夠從水中結(jié)合質(zhì)子，表現(xiàn)出酸堿性質(zhì)。(膠體性質(zhì)膠體性質(zhì)) 3. 河口區(qū)的絮凝作用：河水中的腐殖物質(zhì)常以帶負(fù)電荷的親河口區(qū)的絮凝作用：河水中的腐殖物質(zhì)常以帶負(fù)電荷的親 水膠體存在，隨著水膠體存在，隨著pH升高，鹽度增大，將發(fā)生絮凝作用升高，鹽度增大，將發(fā)生絮凝作用 并形成顆粒有機(jī)物從河水中移去。并形成顆粒有機(jī)物從河水中移去。 4. 易形成有機(jī)聚集體：溶解有機(jī)

7、物特別是大分子有機(jī)物容易易形成有機(jī)聚集體：溶解有機(jī)物特別是大分子有機(jī)物容易 被吸附在液被吸附在液固、液固、液液液(例如膜層例如膜層)或氣或氣液界面上，從液界面上，從 而形成有機(jī)聚集體，導(dǎo)致碳、氮、磷、鈣、硅和其他生物而形成有機(jī)聚集體，導(dǎo)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(xué)循環(huán)。的生物地球化學(xué)循環(huán)。(清掃作用清掃作用) 5. 水解作用：在細(xì)菌酶或異養(yǎng)菌的影響下，多糖和蛋白質(zhì)等水解作用：在細(xì)菌酶或異養(yǎng)菌的影響下，多糖和蛋白質(zhì)等 大分子有機(jī)物在碎屑表面將部分發(fā)生水解作用，轉(zhuǎn)變成易大分子有機(jī)

8、物在碎屑表面將部分發(fā)生水解作用，轉(zhuǎn)變成易 為海洋生物利用的低分子量化合物。為海洋生物利用的低分子量化合物。 7 海洋有機(jī)物的作用海洋有機(jī)物的作用 (1)在海洋中，海洋有機(jī)物構(gòu)成了所有生物的組織，也是水體在海洋中，海洋有機(jī)物構(gòu)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。和沉積物中異氧生物的主要食物來源。 (2)海水中有機(jī)物含量雖少，但對(duì)無機(jī)成分的影響卻顯著，它海水中有機(jī)物含量雖少，但對(duì)無機(jī)成分的影響卻顯著，它 們參與了各種物理、生物和化學(xué)過程們參與了各種物理、生物和化學(xué)過程，影響海洋生源要素影響海洋生源要素 的生物地球化學(xué)循環(huán)。的生物地球化學(xué)循環(huán)。 (3)海洋有機(jī)物質(zhì)的氧化將

9、影響海洋環(huán)境的氧化還原電位；在海洋有機(jī)物質(zhì)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(jī)物的氧化會(huì)形成還原性微環(huán)境循環(huán)受限制的條件下，有機(jī)物的氧化會(huì)形成還原性微環(huán)境 或還原環(huán)境。或還原環(huán)境。 (4)海水中溶解有機(jī)物與金屬離子反應(yīng)生成有機(jī)海水中溶解有機(jī)物與金屬離子反應(yīng)生成有機(jī)金屬絡(luò)合物金屬絡(luò)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，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(zhuǎn)化特征，及其生物毒性等。移轉(zhuǎn)化特征，及其生物毒性等。 (5)絕大多數(shù)石油是由海洋有機(jī)組分經(jīng)過成巖作用形成的。絕大多數(shù)石油是由海洋有機(jī)組分經(jīng)過成巖作用形成的。 有機(jī)物對(duì)海水性質(zhì)的影響

10、有機(jī)物對(duì)海水性質(zhì)的影響 海水中有機(jī)物對(duì)海水的物理化學(xué)性質(zhì)、海洋生物海水中有機(jī)物對(duì)海水的物理化學(xué)性質(zhì)、海洋生物 的生長(zhǎng)繁殖的影響，主要表現(xiàn)在：的生長(zhǎng)繁殖的影響，主要表現(xiàn)在： (1)對(duì)多價(jià)金屬離子的絡(luò)合作用對(duì)多價(jià)金屬離子的絡(luò)合作用 (2)改變一些成分在海水中的溶解度改變一些成分在海水中的溶解度 (3)對(duì)生物過程和化學(xué)過程的影響對(duì)生物過程和化學(xué)過程的影響 (4)對(duì)海對(duì)海-氣交換的影響氣交換的影響 (5)對(duì)水色的影響對(duì)水色的影響 (6)對(duì)海洋生物生理過程的作用對(duì)海洋生物生理過程的作用 9 第九章第九章 海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力 1 海洋有機(jī)物海洋有機(jī)物 1.1 海洋有機(jī)物的概念及分

11、類海洋有機(jī)物的概念及分類 1.2 海洋有機(jī)物的特點(diǎn)及作用海洋有機(jī)物的特點(diǎn)及作用 1.3 海洋溶解有機(jī)物的主要組成海洋溶解有機(jī)物的主要組成 1.4 海洋有機(jī)物的來源海洋有機(jī)物的來源 1.5 海洋有機(jī)物的含量與分布海洋有機(jī)物的含量與分布 2 海洋有機(jī)碳海洋有機(jī)碳 3 海洋生產(chǎn)力海洋生產(chǎn)力 10 1.3 海洋溶解有機(jī)物的主要組成海洋溶解有機(jī)物的主要組成 海洋中可能存在的有機(jī)物質(zhì)很多，對(duì)其進(jìn)行研究海洋中可能存在的有機(jī)物質(zhì)很多，對(duì)其進(jìn)行研究 極為困難。極為困難。 按照目前對(duì)具體化合物的分析結(jié)果，絕大部分有按照目前對(duì)具體化合物的分析結(jié)果，絕大部分有 機(jī)質(zhì)不容易表征出來。機(jī)質(zhì)不容易表征出來。 到目前為止，已

12、鑒定過的溶解有機(jī)物大約只占海到目前為止，已鑒定過的溶解有機(jī)物大約只占海 洋總有機(jī)物的洋總有機(jī)物的20%。已檢出的部分主要由氨基酸、。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(jiǎn)單分子所組碳水化合物、烴、尿素、脂肪酸等簡(jiǎn)單分子所組 成。其余未鑒定過的有一部分統(tǒng)稱為成。其余未鑒定過的有一部分統(tǒng)稱為“黃色物質(zhì)黃色物質(zhì)” 或稱為腐殖質(zhì)?；蚍Q為腐殖質(zhì)。 海洋中的海洋中的DOM的主要組分是類脂物，它們是動(dòng)物的主要組分是類脂物，它們是動(dòng)物 和植物體中比較穩(wěn)定的一類化合物，通常是指能和植物體中比較穩(wěn)定的一類化合物，通常是指能 被被氯仿氯仿-甲醇溶劑體系所萃取甲醇溶劑體系所萃取的有機(jī)化合物，包括

13、的有機(jī)化合物，包括 像脂肪酸、甘油脂、蠟脂、磷脂、烴、甾醇和甾像脂肪酸、甘油脂、蠟脂、磷脂、烴、甾醇和甾 脂醇等在內(nèi)的這樣一些天然產(chǎn)物。脂醇等在內(nèi)的這樣一些天然產(chǎn)物。 11 1.3 海洋溶解有機(jī)物的主要組成海洋溶解有機(jī)物的主要組成 (1)脂肪酸脂肪酸 海洋生物類脂物一般特征是含有大量海洋生物類脂物一般特征是含有大量(5% 20%)長(zhǎng)鏈長(zhǎng)鏈(C20和和C22)多個(gè)雙鍵的不飽和酸，這在多個(gè)雙鍵的不飽和酸，這在 陸源類脂物中是少見的。陸源類脂物中是少見的。 這些酸的不飽和度很高這些酸的不飽和度很高(直至含六個(gè)雙鍵直至含六個(gè)雙鍵)，這，這 使它們對(duì)氧化極為敏感。海水中主要的脂肪酸通使它們對(duì)氧化極為敏感

14、。海水中主要的脂肪酸通 常是軟脂酸、硬脂酸和油酸。常是軟脂酸、硬脂酸和油酸。 12 海洋中代表性脂肪酸海洋中代表性脂肪酸 1.3 海洋溶解有機(jī)物的主要組成海洋溶解有機(jī)物的主要組成 (2)烴和氯代烴烴和氯代烴 通常是海洋有機(jī)物循環(huán)過程中的最終穩(wěn)定產(chǎn)通常是海洋有機(jī)物循環(huán)過程中的最終穩(wěn)定產(chǎn) 物。海水中的烴主要來自海洋浮游植物和浮游動(dòng)物。海水中的烴主要來自海洋浮游植物和浮游動(dòng) 物以及細(xì)菌，少量來自河流和大氣的輸入。物以及細(xì)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(cè)得的溶解烴和顆除近岸和污染區(qū)之外，所測(cè)得的溶解烴和顆 粒烴的濃度值，大多數(shù)都在粒烴的濃度值，大多數(shù)都在150g/dm3的范圍內(nèi)

15、，的范圍內(nèi)， 在整個(gè)海洋范圍內(nèi)在整個(gè)海洋范圍內(nèi)分布不均勻分布不均勻，在表面附近特別，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是在表微層中其濃度上升，較高的濃度位于沿岸 和生產(chǎn)力高的近岸水中。和生產(chǎn)力高的近岸水中。 14 1.3 海洋溶解有機(jī)物的主要組成海洋溶解有機(jī)物的主要組成 (3)氨基酸氨基酸 氨基酸類型包括各種酸性的、中性的和堿性氨基酸類型包括各種酸性的、中性的和堿性 的氨基酸。它們?cè)诖笱笏械目偤繛榈陌被?。它們?cè)诖笱笏械目偤繛?90 g/dm3，但在近?；蛏锷a(chǎn)力高的海域，總含，但在近?；蛏锷a(chǎn)力高的海域，總含 量可高達(dá)量可高達(dá)400g/dm3。 它們?cè)诤Ｋ?/p>

16、中通常以肽的形式存在，主要由它們?cè)诤Ｋ型ǔＲ噪牡男问酱嬖?，主要?動(dòng)物蛋白和植物蛋白降解而來。動(dòng)物蛋白和植物蛋白降解而來。 15 氨基酸氨基酸 游離氨基酸游離氨基酸 結(jié)合氨基酸結(jié)合氨基酸 (包括蛋白質(zhì)包括蛋白質(zhì)) 溶解結(jié)合氨基酸溶解結(jié)合氨基酸 顆粒態(tài)結(jié)合氨基酸顆粒態(tài)結(jié)合氨基酸 1.3 海洋溶解有機(jī)物的主要組成海洋溶解有機(jī)物的主要組成 (4)甾醇甾醇 甾醇總是來源于生物。甾醇總是來源于生物。 它們不僅是細(xì)胞膜的重要組成部分，而且也是它們不僅是細(xì)胞膜的重要組成部分，而且也是 生物生長(zhǎng)、呼吸和繁殖的最重要的激素調(diào)節(jié)劑。生物生長(zhǎng)、呼吸和繁殖的最重要的激素調(diào)節(jié)劑。 膽甾醇及其相關(guān)的甾醇化合物，它們不僅

17、是所有膽甾醇及其相關(guān)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，而且本身也具甾醇體激素最直接的生源前身物，而且本身也具 激素活性。激素活性。 從地球化學(xué)觀點(diǎn)來看，這些甾醇也有特殊意義。從地球化學(xué)觀點(diǎn)來看，這些甾醇也有特殊意義。 它們的化學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的多樣性，再加之固有它們的化學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的多樣性，再加之固有 的光學(xué)活性，使得有可能將它作為海洋生物活動(dòng)的光學(xué)活性，使得有可能將它作為海洋生物活動(dòng) 的指示劑。的指示劑。 16 1.3 海洋溶解有機(jī)物的主要組成海洋溶解有機(jī)物的主要組成 (5)碳水化合物碳水化合物 海水中溶解態(tài)碳水化合物主要來自表層水中海水中溶解態(tài)碳水化合物主要來自表

18、層水中 的浮游植物。的浮游植物。 提供生命活動(dòng)能量提供生命活動(dòng)能量(約占總能量的約占總能量的60%) 對(duì)生物起支撐保護(hù)作用對(duì)生物起支撐保護(hù)作用(纖維素、甲殼質(zhì)纖維素、甲殼質(zhì)) 合成其它生命物質(zhì)合成其它生命物質(zhì)(蛋白質(zhì)、核酸、類脂物蛋白質(zhì)、核酸、類脂物)的原料。的原料。 種類包括單糖和多糖，海洋中的碳水化合物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。中，多糖的含量通常較高。 糖的總含量為糖的總含量為200600 g/dm3，個(gè)別糖的含量，個(gè)別糖的含量 只有幾個(gè)到幾十微克只有幾個(gè)到幾十微克/立方分米立方分米。 17 1.3 海洋溶解有機(jī)物的主要組成海洋溶解有機(jī)物的主要組成 (

19、6)維生素維生素 維生素是浮游植物生長(zhǎng)中所必需的特殊有機(jī)維生素是浮游植物生長(zhǎng)中所必需的特殊有機(jī) 化合物?；衔?。 已定量測(cè)定過的有維生素已定量測(cè)定過的有維生素B12、維生素、維生素B1和生和生 物素，它們?cè)谏疃葹槲锼兀鼈冊(cè)谏疃葹?100 m的大洋水中的平均的大洋水中的平均 含量分別為含量分別為0.1、0.8和和1.8 g/dm3，在近岸海水中，在近岸海水中 的含量較高。的含量較高。 18 1.3 海洋溶解有機(jī)物的主要組成海洋溶解有機(jī)物的主要組成 (7)腐殖質(zhì)腐殖質(zhì) 腐殖質(zhì)是地球表面分布最廣的天然有機(jī)物質(zhì)腐殖質(zhì)是地球表面分布最廣的天然有機(jī)物質(zhì) 之一，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，最后的結(jié)構(gòu)在很大程度上取決之一，結(jié)

20、構(gòu)復(fù)雜，最后的結(jié)構(gòu)在很大程度上取決 于微生物的活動(dòng)。于微生物的活動(dòng)。 在海水有機(jī)物中占有的比例為在海水有機(jī)物中占有的比例為6080，是，是 主要組成部分，由于會(huì)賦予海水以黃色而被稱為主要組成部分，由于會(huì)賦予海水以黃色而被稱為 “黃色物質(zhì)黃色物質(zhì)(Gelbstoff， yellow substance)”。 對(duì)海洋中生物學(xué)、環(huán)境化學(xué)和地球化學(xué)的變對(duì)海洋中生物學(xué)、環(huán)境化學(xué)和地球化學(xué)的變 化過程具有重要影響?；^程具有重要影響。 19 海洋中的海洋中的腐殖質(zhì)腐殖質(zhì) 海洋的腐殖質(zhì)是由死的生物海洋的腐殖質(zhì)是由死的生物(主要是浮游生物主要是浮游生物) 的分解產(chǎn)物再合成而得到的，即由多元酚、碳水的分解產(chǎn)物再

21、合成而得到的，即由多元酚、碳水 化合物、蛋白質(zhì)縮聚而成，這是含有蛋白質(zhì)的復(fù)化合物、蛋白質(zhì)縮聚而成，這是含有蛋白質(zhì)的復(fù) 合物，它以大范圍的合物，它以大范圍的C/N(10)，C/P(150)比值和比值和 高度的生物穩(wěn)定性為其特征。高度的生物穩(wěn)定性為其特征。 海水的腐殖質(zhì)含有多種官能團(tuán)并具有表面活海水的腐殖質(zhì)含有多種官能團(tuán)并具有表面活 性的特征。性的特征。 海洋沉積物的腐殖質(zhì)是金屬離子的絡(luò)合劑和海洋沉積物的腐殖質(zhì)是金屬離子的絡(luò)合劑和 植物生長(zhǎng)的促進(jìn)劑，而且是疏水化合物的增溶劑。植物生長(zhǎng)的促進(jìn)劑，而且是疏水化合物的增溶劑。 20 海洋中的海洋中的腐殖質(zhì)腐殖質(zhì) 根據(jù)腐殖質(zhì)在酸和堿中的溶解度，分為：根據(jù)腐

22、殖質(zhì)在酸和堿中的溶解度，分為： 腐殖酸腐殖酸(humic acid)：不溶于酸，但溶于堿：不溶于酸，但溶于堿 富里酸富里酸(fulvic acid)：溶于酸和堿：溶于酸和堿 胡敏素胡敏素(humins)：不溶于酸和堿：不溶于酸和堿 以上三類混合物的化學(xué)組成相似，主要以上三類混合物的化學(xué)組成相似，主要 差別在于差別在于分子量的分布分子量的分布。 21 海洋腐殖質(zhì)與陸地腐殖質(zhì)的差別海洋腐殖質(zhì)與陸地腐殖質(zhì)的差別 特性特性海洋腐殖質(zhì)海洋腐殖質(zhì)陸地腐殖質(zhì)陸地腐殖質(zhì) 芳香度芳香度低低高高 酚含量酚含量低低高高 氮含量氮含量高高低低 13C-22 -24-24 -29 分子量分子量低低(海水海水) 高高(沉

23、積物沉積物) 高高 高高 海洋腐殖質(zhì)的性質(zhì)和特點(diǎn)海洋腐殖質(zhì)的性質(zhì)和特點(diǎn) 分子量較大，分子量較大，30030000，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 性質(zhì)穩(wěn)定，能抵抗細(xì)菌進(jìn)攻和化學(xué)氧化作用，性質(zhì)穩(wěn)定，能抵抗細(xì)菌進(jìn)攻和化學(xué)氧化作用， 不易被微生物降解或化學(xué)分解。不易被微生物降解或化學(xué)分解。 海水腐殖質(zhì)占有機(jī)物總量約海水腐殖質(zhì)占有機(jī)物總量約6080%，深層水，深層水 含量高于表層。含量高于表層。 分子結(jié)構(gòu)中有多種官能團(tuán)，如羧基、羰基、羥分子結(jié)構(gòu)中有多種官能團(tuán)，如羧基、羰基、羥 基、酚羥基、乙?；被王?。基、酚羥基、乙酰基、氨基和醌基等。 由于含有多種官能團(tuán)，與痕量金屬元素絡(luò)合或由于含有多種官能團(tuán)，與痕

24、量金屬元素絡(luò)合或 螯合。螯合。 對(duì)生物生長(zhǎng)有一定促進(jìn)作用對(duì)生物生長(zhǎng)有一定促進(jìn)作用(解毒、生物吸收金解毒、生物吸收金 屬絡(luò)合物屬絡(luò)合物)。 第九章第九章 海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力 1 海洋有機(jī)物海洋有機(jī)物 1.1 海洋有機(jī)物的概念及分類海洋有機(jī)物的概念及分類 1.2 海洋有機(jī)物的特點(diǎn)及作用海洋有機(jī)物的特點(diǎn)及作用 1.3 海洋溶解有機(jī)物的主要組成海洋溶解有機(jī)物的主要組成 1.4 海洋有機(jī)物的來源海洋有機(jī)物的來源 1.5 海洋有機(jī)物的含量與分布海洋有機(jī)物的含量與分布 2 海洋有機(jī)碳海洋有機(jī)碳 3 海洋生產(chǎn)力海洋生產(chǎn)力 24 1.4 海洋有機(jī)物的來源海洋有機(jī)物的來源 外部來源外部來

25、源：河流、大氣和海洋沉積。：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來自沉積物的輸入，可以是腐解過程釋放出的可 溶性有機(jī)物，也可以是沉積中滲透出來的石油。溶性有機(jī)物，也可以是沉積中滲透出來的石油。 內(nèi)部來源內(nèi)部來源：是指海洋中的有機(jī)物質(zhì)可由化學(xué)過程或：是指海洋中的有機(jī)物質(zhì)可由化學(xué)過程或 生物學(xué)過程而產(chǎn)生。生物學(xué)過程而產(chǎn)生。 有多種途徑可使浮游植物的光合產(chǎn)物成為溶解有有多種途徑可使浮游植物的光合產(chǎn)物成為溶解有 機(jī)物：藻類細(xì)胞釋放某些光合產(chǎn)物；浮游動(dòng)物將機(jī)物：藻類細(xì)胞釋放某些光合產(chǎn)物；浮游動(dòng)物將 溶解有機(jī)物質(zhì)和顆粒有機(jī)物質(zhì)作為排泄物釋放出溶解有機(jī)物質(zhì)和顆粒有機(jī)物質(zhì)作為排泄

26、物釋放出 來；浮游動(dòng)物攝食時(shí)可使藻細(xì)胞受損，從而使細(xì)來；浮游動(dòng)物攝食時(shí)可使藻細(xì)胞受損，從而使細(xì) 胞的可溶組分進(jìn)入到環(huán)境中；浮游生物死亡后的胞的可溶組分進(jìn)入到環(huán)境中；浮游生物死亡后的 自溶過程和腐結(jié)過程也將導(dǎo)致可溶性化合物的生自溶過程和腐結(jié)過程也將導(dǎo)致可溶性化合物的生 成。成。 25 第九章第九章 海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力 1 海洋有機(jī)物海洋有機(jī)物 1.1 海洋有機(jī)物的概念及分類海洋有機(jī)物的概念及分類 1.2 海洋有機(jī)物的特點(diǎn)及作用海洋有機(jī)物的特點(diǎn)及作用 1.3 海洋溶解有機(jī)物的主要組成海洋溶解有機(jī)物的主要組成 1.4 海洋有機(jī)物的來源海洋有機(jī)物的來源 1.5 海洋有機(jī)物的含

27、量與分布海洋有機(jī)物的含量與分布 2 海洋有機(jī)碳海洋有機(jī)碳 3 海洋生產(chǎn)力海洋生產(chǎn)力 26 1.5 海洋有機(jī)物的含量與分布海洋有機(jī)物的含量與分布 海水中溶解有機(jī)物海水中溶解有機(jī)物(DOM)的含量一般以碳量表的含量一般以碳量表 示，約為示，約為0.53mg/dm3。 表層水中含碳量：通常最高為表層水中含碳量：通常最高為13 mg/dm3，平均，平均 約約1.5 mg/dm3。 深層水中含碳量相當(dāng)恒定，或隨深度增加，其含深層水中含碳量相當(dāng)恒定，或隨深度增加，其含 量?jī)H略微降低，通常少于量?jī)H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(jī)物，近岸和河口水中，常含有較高濃度的

28、溶解有機(jī)物， 有的地區(qū)含碳量高達(dá)有的地區(qū)含碳量高達(dá)100mg/dm3。 表層沉積物的間隙水中，表層沉積物的間隙水中，DOM的濃度比深層大的濃度比深層大 洋水高洋水高10100多倍，含碳量高達(dá)多倍，含碳量高達(dá)100150mg/dm3。 在還原性峽灣的沉積物中，在還原性峽灣的沉積物中，DOM含量更高。含量更高。 27 第九章第九章 海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力 1 海洋有機(jī)物海洋有機(jī)物 2 海洋有機(jī)碳海洋有機(jī)碳 2.1 有機(jī)碳的概念及分類有機(jī)碳的概念及分類 2.2 溶解有機(jī)碳溶解有機(jī)碳(DOC) 2.3 顆粒有機(jī)碳顆粒有機(jī)碳(POC) 3 海洋生產(chǎn)力海洋生產(chǎn)力 28 海洋有機(jī)碳的概

29、念海洋有機(jī)碳的概念 有機(jī)物是一類在組成上比較復(fù)雜的物質(zhì)，其共同有機(jī)物是一類在組成上比較復(fù)雜的物質(zhì)，其共同 點(diǎn)是都含有元素碳。點(diǎn)是都含有元素碳。 人們?cè)趯?duì)海洋有機(jī)物進(jìn)行測(cè)定時(shí)，通常是將有機(jī)人們?cè)趯?duì)海洋有機(jī)物進(jìn)行測(cè)定時(shí)，通常是將有機(jī) 物氧化，測(cè)定其主要元素碳，然后將結(jié)果表示為物氧化，測(cè)定其主要元素碳，然后將結(jié)果表示為 該物質(zhì)所含的有機(jī)碳。該物質(zhì)所含的有機(jī)碳。 實(shí)際上有機(jī)物的多少常是以有機(jī)碳的多少來表示實(shí)際上有機(jī)物的多少常是以有機(jī)碳的多少來表示 的，所以人們通常把海水中有機(jī)物含量又稱為有的，所以人們通常把海水中有機(jī)物含量又稱為有 機(jī)碳含量。機(jī)碳含量。 29 有機(jī)碳的分類有機(jī)碳的分類 根據(jù)物理性質(zhì)的不

30、同，分為：根據(jù)物理性質(zhì)的不同，分為： 溶解有機(jī)碳溶解有機(jī)碳(DOC) 顆粒有機(jī)碳顆粒有機(jī)碳(POC) 揮發(fā)有機(jī)碳揮發(fā)有機(jī)碳(VOC) 按按粒徑大小粒徑大小可分為：可分為： 溶解有機(jī)碳溶解有機(jī)碳(DOC) 顆粒有機(jī)碳顆粒有機(jī)碳(POC) 膠體有機(jī)碳膠體有機(jī)碳(COC) 大洋水中大洋水中DOC和和POC的含量相差較大，的含量相差較大，DOC占占 有機(jī)物總量的有機(jī)物總量的90左右，左右，POC僅占僅占10%。 30 大洋中有機(jī)碳的含量分布圖大洋中有機(jī)碳的含量分布圖(張正斌，張正斌，1999) 第九章第九章 海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力 1 海洋有機(jī)物海洋有機(jī)物 2 海洋有機(jī)碳海洋有機(jī)

31、碳 2.1 有機(jī)碳的概念及分類有機(jī)碳的概念及分類 2.2 溶解有機(jī)碳溶解有機(jī)碳(DOC) 2.3 顆粒有機(jī)碳顆粒有機(jī)碳(POC) 3 海洋生產(chǎn)力海洋生產(chǎn)力 32 2.2 溶解有機(jī)碳溶解有機(jī)碳(DOC) DOC在在操作上的定義操作上的定義為：通過一定孔徑玻為：通過一定孔徑玻 璃纖維濾膜璃纖維濾膜(0.7m)或過濾器或過濾器(0.45m)的海的海 水中所含有機(jī)物中碳的數(shù)量。水中所含有機(jī)物中碳的數(shù)量。 DOM中碳的含量為中碳的含量為溶解有機(jī)碳溶解有機(jī)碳(DOC， dissolved organic carbon)。據(jù)估計(jì)。據(jù)估計(jì)DOC占占 DOM約約50%。 大洋水大洋水DOC占占TOC總量的總量的

32、90-99(Pilson, 1998)，平均約，平均約95%左右左右(Chester, 2000)。 33 2.2 溶解有機(jī)碳溶解有機(jī)碳(DOC) 海洋中海洋中DOC的來源的來源 外部來源：大氣、河流和海洋底質(zhì)。外部來源：大氣、河流和海洋底質(zhì)。 內(nèi)部來源：浮游植物的光合作用。內(nèi)部來源：浮游植物的光合作用。 海洋中海洋中DOC的移出的移出 有機(jī)物可通過物理、化學(xué)、生物有機(jī)物可通過物理、化學(xué)、生物3種主要機(jī)種主要機(jī) 制從海水中移出。制從海水中移出。 34 2.2 溶解有機(jī)碳溶解有機(jī)碳(DOC) 溶解有機(jī)碳溶解有機(jī)碳(DOC)檢測(cè)步驟檢測(cè)步驟 海水樣品的預(yù)處理：海水樣品過濾、酸化和除去海水樣品的預(yù)處

33、理：海水樣品過濾、酸化和除去 無機(jī)碳，通常需要向水樣加入磷酸，使無機(jī)碳，通常需要向水樣加入磷酸，使pH值在值在2-3 之間，通高純氮?dú)怛?qū)趕之間，通高純氮?dú)怛?qū)趕CO2； 海水中海水中DOC的氧化，產(chǎn)物為易于檢測(cè)的的氧化，產(chǎn)物為易于檢測(cè)的CO2，或，或 繼續(xù)將繼續(xù)將CO2還原為還原為CH4，檢測(cè)生成，檢測(cè)生成CH4的濃度；的濃度； 氧化或還原產(chǎn)物的檢測(cè)，氧化或還原產(chǎn)物的檢測(cè)，DOC氧化產(chǎn)生的氧化產(chǎn)生的CO2檢檢 測(cè)方法較多，多用非色散紅外氣體分析儀檢測(cè)，還測(cè)方法較多，多用非色散紅外氣體分析儀檢測(cè)，還 原產(chǎn)物原產(chǎn)物CH4用火焰離子化檢測(cè)器用火焰離子化檢測(cè)器(FID)檢測(cè)。檢測(cè)。 據(jù)氧化原理的不同，將

34、據(jù)氧化原理的不同，將DOC的的測(cè)定方法測(cè)定方法分分3種：種： (1)過硫酸鉀法；過硫酸鉀法； (2)紫外紫外/過硫酸鉀法；過硫酸鉀法； (3)高溫燃燒法高溫燃燒法(HTC)亦稱高溫催化氧化法亦稱高溫催化氧化法(HTCO) 35 2.2 溶解有機(jī)碳溶解有機(jī)碳(DOC) 海洋中海洋中DOC的分布和變化的分布和變化 空間分布空間分布(Peltzer and Hayward, 1996; Chester, 2000) 表層表層(100 m)：DOC濃度多變；約為深層的兩倍。濃度多變；約為深層的兩倍。 1 - 1.5 mg C dm-3(80 - 120molC dm-3) 深層深層：DOC濃度相對(duì)不變

35、。濃度相對(duì)不變。 0.5 mg C dm-3(40molC dm-3) 在大洋間在氣候帶內(nèi)在大洋間在氣候帶內(nèi)(climatic zones)，無證據(jù)表明，無證據(jù)表明DOC濃濃 度有顯著或規(guī)則的差異度有顯著或規(guī)則的差異(Williams, 1975)。 區(qū)域差異區(qū)域差異：近岸：近岸DOC濃度濃度(60 - 210 molC dm-3；Millero, 1996)較高，高于遠(yuǎn)海和大洋。較高，高于遠(yuǎn)海和大洋。 第九章第九章 海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力 1 海洋有機(jī)物海洋有機(jī)物 2 海洋有機(jī)碳海洋有機(jī)碳 2.1 有機(jī)碳的概念及分類有機(jī)碳的概念及分類 2.2 溶解有機(jī)碳溶解有機(jī)碳(DO

36、C) 2.3 顆粒有機(jī)碳顆粒有機(jī)碳(POC) 3 海洋生產(chǎn)力海洋生產(chǎn)力 37 2.3 顆粒有機(jī)碳顆粒有機(jī)碳(POC) 海洋中顆粒有機(jī)碳一般是指海洋中顆粒有機(jī)碳一般是指粒徑粒徑大于大于0.45m的有的有 機(jī)碳，包括海洋中有生命和無生命的懸浮顆粒和機(jī)碳，包括海洋中有生命和無生命的懸浮顆粒和 沉降顆粒。沉降顆粒。 表層海水中顆粒有機(jī)物主要由表層海水中顆粒有機(jī)物主要由(死亡生物體死亡生物體)生物碎生物碎 屑、浮游植物、浮游動(dòng)物和魚類組成，顆粒有機(jī)屑、浮游植物、浮游動(dòng)物和魚類組成，顆粒有機(jī) 碳僅是溶解有機(jī)碳量的碳僅是溶解有機(jī)碳量的1/8左右。左右。 POC中活體物質(zhì)主要是浮游植物，它可用中活體物質(zhì)主要是

37、浮游植物，它可用(葉綠素葉綠素 a f)估測(cè)，因此有：估測(cè)，因此有： POC(碎屑碎屑) = POC(總量總量)-a(葉綠素葉綠素)f 38 顆粒有機(jī)碳顆粒有機(jī)碳(POC)的來源的來源 近岸海域近岸海域POC的來源：陸地和大氣輸入的來源：陸地和大氣輸入 由河流輸入的由河流輸入的POC中的中的C為為1013-1014g/a，在某，在某 些河口區(qū)，外來碎屑的輸入可成為些河口區(qū)，外來碎屑的輸入可成為POC的主要來的主要來 源。源。 大氣輸入大氣輸入POC中的中的C約為約為2.2 1014g/a，然而由，然而由 氣泡破裂而返入大氣可能形成再循環(huán)。氣泡破裂而返入大氣可能形成再循環(huán)。 39 顆粒有機(jī)碳顆粒

38、有機(jī)碳(POC)的來源的來源 大洋中大洋中POC的來源：的來源： 陸源陸源POC的輸入主要限于的輸入主要限于近岸環(huán)境近岸環(huán)境。 大洋中的大洋中的POC大部分都是在大部分都是在海洋環(huán)境中自生海洋環(huán)境中自生 的，主要包括：的，主要包括： 碎屑碎屑(糞粒、碎片等糞粒、碎片等)的直接形成；的直接形成； 細(xì)菌的吸附和凝聚；細(xì)菌的吸附和凝聚； 有機(jī)分子的聚集；有機(jī)分子的聚集； 在無機(jī)礦物顆粒上吸附和膠體絮凝。在無機(jī)礦物顆粒上吸附和膠體絮凝。 40 顆粒有機(jī)碳顆粒有機(jī)碳(POC)的來源的來源 通過通過DOCPOC的復(fù)雜平衡過程形成的復(fù)雜平衡過程形成POC。 這是海洋中形成這是海洋中形成POC的另一途徑；的另

39、一途徑； DOC可以通過細(xì)菌活動(dòng)或吸附在有機(jī)顆可以通過細(xì)菌活動(dòng)或吸附在有機(jī)顆 粒表面而形成粒表面而形成POC， POC能通過分解和溶解過程去影響能通過分解和溶解過程去影響DOC 的濃度。的濃度。 41 海洋中生源顆粒有機(jī)物的形成海洋中生源顆粒有機(jī)物的形成(張正斌，張正斌，1999) 顆粒有機(jī)碳顆粒有機(jī)碳(POC)的海洋遷移的海洋遷移 海洋中海洋中POC的遷移的遷移 包括在水體中的擴(kuò)散和循環(huán)。包括在水體中的擴(kuò)散和循環(huán)。 伴隨著浮游植物、浮游動(dòng)物和細(xì)菌的產(chǎn)伴隨著浮游植物、浮游動(dòng)物和細(xì)菌的產(chǎn) 生、生長(zhǎng)和死亡，生、生長(zhǎng)和死亡，POC在沉降運(yùn)移過程中在沉降運(yùn)移過程中 被氧化、轉(zhuǎn)化或降解，浮游植物和浮游動(dòng)

40、被氧化、轉(zhuǎn)化或降解，浮游植物和浮游動(dòng) 物的分解，水解和腐殖化，以及沉降和再物的分解，水解和腐殖化，以及沉降和再 懸浮等。懸浮等。 43 海洋中顆粒有機(jī)碳的分布特點(diǎn)海洋中顆粒有機(jī)碳的分布特點(diǎn) 隨海區(qū)的變化：隨海區(qū)的變化： 受來源的影響，海洋中受來源的影響，海洋中POC的分布與的分布與 陸地輸入和初級(jí)生產(chǎn)陸地輸入和初級(jí)生產(chǎn)密切相關(guān)。密切相關(guān)。 在生產(chǎn)力高的海區(qū)和季節(jié)受陸地影響在生產(chǎn)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(jī)碳的濃度高，反之大的近岸區(qū)，顆粒有機(jī)碳的濃度高，反之 濃度低。濃度低。 44 海洋中顆粒有機(jī)碳的分布特點(diǎn)海洋中顆粒有機(jī)碳的分布特點(diǎn) 隨深度的變化：隨深度的變化： 真光層真光

41、層：POC的的濃度極高濃度極高，為深水層濃度的，為深水層濃度的 10倍，活體量多，并且絕大部分的有機(jī)碳活性高，倍，活體量多，并且絕大部分的有機(jī)碳活性高， 處于迅速的再循環(huán)中。估測(cè)得到浮游植物對(duì)深水處于迅速的再循環(huán)中。估測(cè)得到浮游植物對(duì)深水 有機(jī)碳的輸入量?jī)H相當(dāng)于生產(chǎn)量的有機(jī)碳的輸入量?jī)H相當(dāng)于生產(chǎn)量的10。 深水層深水層：POC的濃度隨深度的增加而緩慢降的濃度隨深度的增加而緩慢降 低，到達(dá)某一深度后濃度低，到達(dá)某一深度后濃度近于恒定近于恒定。 沉積物沉積物水界面水界面：海底沉積物中有一部分沉：海底沉積物中有一部分沉 降下來的降下來的POC，逐漸向上覆水?dāng)U散，形成水體中，逐漸向上覆水?dāng)U散，形成水體

42、中 的的POC。 45 POC隨深度變化的規(guī)律隨深度變化的規(guī)律 式中，式中，C為在深度為在深度Z處的碳濃度，處的碳濃度， C0為在深度為在深度Z0處碳的最大濃度；處碳的最大濃度； Z0在在0-30m之間變化；之間變化； k值區(qū)間為值區(qū)間為0.0190.039(k的最高值與的最高值與C0的最的最 大濃度相關(guān)大濃度相關(guān))。 POC隨深度增加而減少，歸因于浮游動(dòng)物的攝食隨深度增加而減少，歸因于浮游動(dòng)物的攝食( 約占約占30)和包括細(xì)菌分解作用在內(nèi)的降解過程。和包括細(xì)菌分解作用在內(nèi)的降解過程。 46 )( 0 0 ZZk eCC 5月4日作業(yè) 1.簡(jiǎn)述海洋中有機(jī)物的存在形式； 2.列出海洋中重要的溶解

43、有機(jī)物種類； 3.什么是黃色物質(zhì)，有何特點(diǎn)？ 4.簡(jiǎn)述海洋顆粒有機(jī)碳的遷出機(jī)制。 第九章第九章 海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力 1 海洋有機(jī)物海洋有機(jī)物 2 海洋有機(jī)碳海洋有機(jī)碳 3 海洋生產(chǎn)力海洋生產(chǎn)力 3.1 海洋初級(jí)生產(chǎn)力海洋初級(jí)生產(chǎn)力 3.2 影響海洋生產(chǎn)力的因素影響海洋生產(chǎn)力的因素 3.3海洋初級(jí)生產(chǎn)力的分布海洋初級(jí)生產(chǎn)力的分布 3.4 新生產(chǎn)力新生產(chǎn)力 3.5 Redfield 模型模型 48 光合作用和呼吸作用光合作用和呼吸作用 光合作用光合作用：指的是浮游植物利用光能，將二氧：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(jī)物的過程?；己退铣筛吣芰康挠?/p>

44、機(jī)物的過程。 呼吸作用呼吸作用：海洋生物將光合作用生成的高能的：海洋生物將光合作用生成的高能的 有機(jī)物分解成低能量的化合物，繼而轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物分解成低能量的化合物，繼而轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2 ，由此獲得生長(zhǎng)代謝所需的能量。，由此獲得生長(zhǎng)代謝所需的能量。 (CH2O)+O2CO2+H2O 49 海洋生產(chǎn)力的概念海洋生產(chǎn)力的概念 海洋生產(chǎn)力海洋生產(chǎn)力(GP) ：海洋中生物通過同化作用生成：海洋中生物通過同化作用生成 有機(jī)物的能力。通常以單位時(shí)間有機(jī)物的能力。通常以單位時(shí)間(年或天年或天)內(nèi)單位面內(nèi)單位面 積積(或體積或體積)中所生產(chǎn)的有機(jī)物的質(zhì)量來計(jì)算。中所生產(chǎn)的有機(jī)物的質(zhì)量來計(jì)算。 全球海洋生物的固碳能力約

45、在全球海洋生物的固碳能力約在36.5103Gt/a范圍內(nèi)，范圍內(nèi)， 僅南大洋大磷蝦糞便和蛻皮的碳通量就達(dá)僅南大洋大磷蝦糞便和蛻皮的碳通量就達(dá)1.6Gt/a 海洋凈生產(chǎn)力海洋凈生產(chǎn)力(NPP)是指單位時(shí)間內(nèi)單位面積是指單位時(shí)間內(nèi)單位面積(或或 體積體積)中所同化有機(jī)物總量中所同化有機(jī)物總量扣除生物活動(dòng)消耗扣除生物活動(dòng)消耗之后之后 的的余額余額。 多數(shù)情況下凈生產(chǎn)力不到總生產(chǎn)力的一半。多數(shù)情況下凈生產(chǎn)力不到總生產(chǎn)力的一半。 現(xiàn)存量、周轉(zhuǎn)率、周轉(zhuǎn)時(shí)間：生產(chǎn)力現(xiàn)存量、周轉(zhuǎn)率、周轉(zhuǎn)時(shí)間：生產(chǎn)力 = 現(xiàn)存量現(xiàn)存量周轉(zhuǎn)率周轉(zhuǎn)率 50 海域的初級(jí)生產(chǎn)力海域的初級(jí)生產(chǎn)力 主要由海洋浮游植物和海洋底棲植物生產(chǎn)力組

46、成。主要由海洋浮游植物和海洋底棲植物生產(chǎn)力組成。 海洋的初級(jí)生產(chǎn)力海洋的初級(jí)生產(chǎn)力(PP)是浮游植物、底棲植物是浮游植物、底棲植物(包括包括 定生海藻、紅樹、海藻等定生海藻、紅樹、海藻等)以及自養(yǎng)細(xì)菌等通過光合以及自養(yǎng)細(xì)菌等通過光合 作用，將無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽和無機(jī)碳轉(zhuǎn)化成有機(jī)物的能力作用，將無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽和無機(jī)碳轉(zhuǎn)化成有機(jī)物的能力 ，也稱原始生產(chǎn)力或基礎(chǔ)生產(chǎn)力。，也稱原始生產(chǎn)力或基礎(chǔ)生產(chǎn)力。 海洋生物同化的有機(jī)物一般需經(jīng)初級(jí)生產(chǎn)、二級(jí)生產(chǎn)、三級(jí) 甚至四級(jí)生產(chǎn)，達(dá)到終級(jí)生產(chǎn)等不同環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)化為人類食用 的各種水產(chǎn)品。 海洋次級(jí)生產(chǎn)力海洋次級(jí)生產(chǎn)力(二級(jí)生產(chǎn)力二級(jí)生產(chǎn)力)是以植物和細(xì)菌等初級(jí)是以植物和細(xì)菌等初

47、級(jí) 生產(chǎn)者為營(yíng)養(yǎng)來源的生物生產(chǎn)能力。二級(jí)生產(chǎn)者主生產(chǎn)者為營(yíng)養(yǎng)來源的生物生產(chǎn)能力。二級(jí)生產(chǎn)者主 要指浮游動(dòng)物、大部分底棲動(dòng)物和植食性游泳動(dòng)物要指浮游動(dòng)物、大部分底棲動(dòng)物和植食性游泳動(dòng)物 諸如幼魚、小蝦等。諸如幼魚、小蝦等。 51 各級(jí)海洋生產(chǎn)力各級(jí)海洋生產(chǎn)力 海洋三級(jí)生產(chǎn)力海洋三級(jí)生產(chǎn)力是以浮游動(dòng)物等二級(jí)生產(chǎn)者為營(yíng)是以浮游動(dòng)物等二級(jí)生產(chǎn)者為營(yíng) 養(yǎng)來源的生物生產(chǎn)能力。養(yǎng)來源的生物生產(chǎn)能力。 三級(jí)生產(chǎn)者主要包括肉食性魚類和大型無脊三級(jí)生產(chǎn)者主要包括肉食性魚類和大型無脊 椎動(dòng)物。椎動(dòng)物。 終級(jí)生產(chǎn)力終級(jí)生產(chǎn)力是一些自身不再被其他生物所攝食的是一些自身不再被其他生物所攝食的 生物生產(chǎn)力，它處于海洋食物鏈

48、的末端。生物生產(chǎn)力，它處于海洋食物鏈的末端。 終級(jí)生產(chǎn)者主要指兇猛魚類和大型動(dòng)物。終級(jí)生產(chǎn)者主要指兇猛魚類和大型動(dòng)物。 海洋動(dòng)物生產(chǎn)力海洋動(dòng)物生產(chǎn)力是包括海洋生物二級(jí)、三級(jí)、四是包括海洋生物二級(jí)、三級(jí)、四 級(jí)級(jí)(三者合稱次級(jí)生產(chǎn)力三者合稱次級(jí)生產(chǎn)力)直到動(dòng)物的終級(jí)生直到動(dòng)物的終級(jí)生 產(chǎn)力。產(chǎn)力。 52 初級(jí)生產(chǎn)力估計(jì)值初級(jí)生產(chǎn)力估計(jì)值 1970年，年，Kebulinci-Misca(科布林茨科布林茨-米什克米什克)估算估算 出世界海洋浮游植物的初級(jí)生產(chǎn)力約為出世界海洋浮游植物的初級(jí)生產(chǎn)力約為 23109噸噸 碳碳/年年 1975年年J. Pratt(普拉特等普拉特等)訂正為訂正為31109噸碳

49、噸碳/年。年。 1979年提高為年提高為45109噸碳噸碳/年。年。 1980年年K.K. Markov(馬爾科夫馬爾科夫)認(rèn)為世界海洋浮游認(rèn)為世界海洋浮游 植物的初級(jí)生產(chǎn)力達(dá)植物的初級(jí)生產(chǎn)力達(dá)431010噸碳噸碳/年。年。 1981年美國年美國C.J. Dawes(道斯道斯)指出世界海洋凈初級(jí)指出世界海洋凈初級(jí) 生產(chǎn)力為生產(chǎn)力為10.741010噸碳噸碳/年。年。 三大洋中三大洋中,印度洋的平均初級(jí)生產(chǎn)力最高印度洋的平均初級(jí)生產(chǎn)力最高,達(dá)達(dá)80克碳克碳 /(米米2年年)；大西洋次之，平均為；大西洋次之，平均為69克碳克碳/(米米2年年)； 而太平洋平均生產(chǎn)力只有而太平洋平均生產(chǎn)力只有46克碳

50、克碳/(米米2年年)。 53 第九章第九章 海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力 1 海洋有機(jī)物海洋有機(jī)物 2 海洋有機(jī)碳海洋有機(jī)碳 3 海洋生產(chǎn)力海洋生產(chǎn)力 3.1 海洋初級(jí)生產(chǎn)力海洋初級(jí)生產(chǎn)力 3.2 影響海洋生產(chǎn)力的因素影響海洋生產(chǎn)力的因素 3.3海洋初級(jí)生產(chǎn)力的分布海洋初級(jí)生產(chǎn)力的分布 3.4 新生產(chǎn)力新生產(chǎn)力 3.5 Redfield 模型模型 54 3.2 影響海洋生產(chǎn)力的因素影響海洋生產(chǎn)力的因素 一、光照一、光照 二、營(yíng)養(yǎng)鹽二、營(yíng)養(yǎng)鹽 三、微量元素三、微量元素 四、溫度四、溫度 五、水深五、水深 六、攝食作用六、攝食作用 55 一、光一、光 1、藻類光合作用與輻照度、藻類

51、光合作用與輻照度 的拋物線關(guān)系的拋物線關(guān)系 在光抑制之前的曲線可在光抑制之前的曲線可 用下式表示：用下式表示： P(g)=PmaxI/(Ik+I) 2、飽和光強(qiáng)：不同種類、飽和光強(qiáng)：不同種類、 不同緯度、不同季節(jié)飽不同緯度、不同季節(jié)飽 和光強(qiáng)不同；適應(yīng)性和光強(qiáng)不同；適應(yīng)性 3、補(bǔ)償深度、補(bǔ)償光強(qiáng)、補(bǔ)償深度、補(bǔ)償光強(qiáng)、 補(bǔ)償點(diǎn)；理論上的真光補(bǔ)償點(diǎn)；理論上的真光 層深度層深度 緯度、季節(jié)、天氣、濁度緯度、季節(jié)、天氣、濁度 、時(shí)間、海況的影響、時(shí)間、海況的影響 56 圖圖7-2 光合作用對(duì)光強(qiáng)變化的反應(yīng)光合作用對(duì)光強(qiáng)變化的反應(yīng)( (引自引自 Parsons 1984) ) Pmax Pg Pn 呼吸

52、呼吸 補(bǔ)償點(diǎn)補(bǔ)償點(diǎn) 光抑制光抑制 ?P ?I IC IK 光強(qiáng)光強(qiáng)(I) /Cal/(ml min) 光合作用光合作用 (P) /mg C/(ml h) 0 二、營(yíng)養(yǎng)鹽二、營(yíng)養(yǎng)鹽 (一一)營(yíng)養(yǎng)鹽吸收方程營(yíng)養(yǎng)鹽吸收方程 1、米氏方程：、米氏方程： 57 V = VmS Ks S V m a K s S V m 2 二、營(yíng)養(yǎng)鹽二、營(yíng)養(yǎng)鹽 2、最大吸收速率、最大吸收速率(Vm)： 反映細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)水平和環(huán)境限制程度的指標(biāo)反映細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)水平和環(huán)境限制程度的指標(biāo) 可變可變 3、吸收半飽和常數(shù)、吸收半飽和常數(shù)(Ks)： 種群競(jìng)爭(zhēng)限制性營(yíng)養(yǎng)鹽能力的一個(gè)重要指標(biāo)種群競(jìng)爭(zhēng)限制性營(yíng)養(yǎng)鹽能力的一個(gè)重要指標(biāo) 相對(duì)保守、穩(wěn)定

53、相對(duì)保守、穩(wěn)定 沿岸與大洋種類的差異、季節(jié)演替沿岸與大洋種類的差異、季節(jié)演替 4、參數(shù)的求法、參數(shù)的求法 5、Vm / Ks 58 二、營(yíng)養(yǎng)鹽二、營(yíng)養(yǎng)鹽 (二二)綠色植物按一定比例吸收營(yíng)養(yǎng)鹽綠色植物按一定比例吸收營(yíng)養(yǎng)鹽 Redfield比值：比值：C：N：P = 106：16：1 海洋整體缺氮，部分海區(qū)缺磷海洋整體缺氮，部分海區(qū)缺磷 (三三)表層營(yíng)養(yǎng)鹽補(bǔ)充表層營(yíng)養(yǎng)鹽補(bǔ)充 上升流、沿岸、河口與寒暖流交匯處上升流、沿岸、河口與寒暖流交匯處 59 三、微量元素三、微量元素-鐵鐵(Fe) Fe：影響某些大洋區(qū)海洋初級(jí)生產(chǎn)力的重要因子：影響某些大洋區(qū)海洋初級(jí)生產(chǎn)力的重要因子 C：Fe = 100000：

54、1 Fe在海水中的分布很不均勻在海水中的分布很不均勻 從大洋到近岸，其含量范圍大約為從大洋到近岸，其含量范圍大約為0.0010.5 mg/m3，即相當(dāng)于，即相當(dāng)于0.0210 nmol/kg。 從海洋整體上看，南大洋部分海區(qū)和赤道的廣闊海從海洋整體上看，南大洋部分海區(qū)和赤道的廣闊海 區(qū)中區(qū)中Fe含量最低含量最低 60 四、溫度四、溫度 1、直接影響：、直接影響： 光合作用可看作一系列酶促反應(yīng)光合作用可看作一系列酶促反應(yīng) 浮游植物對(duì)溫度變化有一定的適應(yīng)性浮游植物對(duì)溫度變化有一定的適應(yīng)性 如中肋骨條藻在最適溫和亞最適溫狀態(tài)下光合作如中肋骨條藻在最適溫和亞最適溫狀態(tài)下光合作 用速率無明顯變化用速率無

55、明顯變化(酶含量與活性酶含量與活性) 2、間接影響：層化現(xiàn)象、間接影響：層化現(xiàn)象 61 五、垂直混合和臨界深度五、垂直混合和臨界深度 1、湍流：有利與不利、湍流：有利與不利 2、臨界深度、臨界深度 (the critical depth) 在這個(gè)深度之上，平均光強(qiáng)在這個(gè)深度之上，平均光強(qiáng) 等于補(bǔ)償光強(qiáng)等于補(bǔ)償光強(qiáng) 大小與垂直混合的深度有關(guān)大小與垂直混合的深度有關(guān) 不同海區(qū)、不同緯度的差異不同海區(qū)、不同緯度的差異 62 圖7-5 補(bǔ)償深度與臨界深度的關(guān)系 (引自Nybakken 1982) 光合作用 呼 吸 作 用 浮 游 植 物 垂 直 混 合 補(bǔ)償深度 混合深度小 于臨界深度 臨界深度 超過

56、臨界深度 風(fēng) 200 150 100 50 0 深度 /m 六、攝食作用六、攝食作用 過剩攝食過剩攝食(superfluous feeding) 一般多數(shù)海區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽補(bǔ)充起決定作用，而一般多數(shù)海區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽補(bǔ)充起決定作用，而 在高緯度光照易起重要作用在高緯度光照易起重要作用 63 第九章第九章 海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力海洋有機(jī)物和海洋生產(chǎn)力 1 海洋有機(jī)物海洋有機(jī)物 2 海洋有機(jī)碳海洋有機(jī)碳 3 海洋生產(chǎn)力海洋生產(chǎn)力 3.1 海洋初級(jí)生產(chǎn)力海洋初級(jí)生產(chǎn)力 3.2 影響海洋生產(chǎn)力的因素影響海洋生產(chǎn)力的因素 3.3海洋初級(jí)生產(chǎn)力的分布海洋初級(jí)生產(chǎn)力的分布 3.4 新生產(chǎn)力新生產(chǎn)力 3.5 Redfield

57、 模型模型 64 一、海洋初級(jí)生產(chǎn)力的全球分布一、海洋初級(jí)生產(chǎn)力的全球分布 65 二、不同海區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力的季節(jié)分布二、不同海區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力的季節(jié)分布 (一一)中緯度海區(qū)中緯度海區(qū) 中緯度海區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力的季節(jié)變化屬于雙周期中緯度海區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力的季節(jié)變化屬于雙周期 型，包括春、秋季兩個(gè)高峰。型，包括春、秋季兩個(gè)高峰。 66 光光 溫度溫度 營(yíng)養(yǎng)鹽營(yíng)養(yǎng)鹽 垂直混合垂直混合 攝食壓力攝食壓力 結(jié)果結(jié)果 冬季冬季 最弱最弱 最低最低 豐富豐富 劇烈劇烈 最小最小 全年最低全年最低 春季春季 增強(qiáng)增強(qiáng) 升高升高 迅速減少迅速減少 減弱減弱 增大增大 (滯后滯后) 最高峰最高峰 夏季夏季 最強(qiáng)最強(qiáng) 最高最高

58、少少 最弱最弱 (溫躍層溫躍層) 減小減小 較低較低 秋季秋季 減弱減弱 降低降低 升高升高 增強(qiáng)增強(qiáng) 不大不大 次高峰次高峰 二、不同海區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力的季節(jié)分布二、不同海區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力的季節(jié)分布 (二二)高緯度海區(qū)高緯度海區(qū) 光照條件是影響初級(jí)生產(chǎn)的主要因素、一年光照條件是影響初級(jí)生產(chǎn)的主要因素、一年 中只有兩個(gè)生物學(xué)季節(jié)。中只有兩個(gè)生物學(xué)季節(jié)。 67 光光 溫度溫度 營(yíng)養(yǎng)鹽營(yíng)養(yǎng)鹽 垂直混合垂直混合 攝食壓力攝食壓力 結(jié)果結(jié)果 冬季冬季 弱弱無無 低低 豐富豐富 劇烈劇烈 低低 低低 無無 夏季夏季 增強(qiáng)增強(qiáng) 增高增高 下降下降 減弱減弱 增強(qiáng)增強(qiáng) 短暫高峰短暫高峰 二、不同海區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力的季節(jié)

59、分布二、不同海區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力的季節(jié)分布 (三三)低緯度海區(qū)低緯度海區(qū) 存在強(qiáng)大的恒定溫躍層存在強(qiáng)大的恒定溫躍層 (permanent thermocline) 生產(chǎn)力低，但整年有生生產(chǎn)力低，但整年有生 產(chǎn)，周期性不明顯；產(chǎn)，周期性不明顯； 不同緯度存在過渡不同緯度存在過渡 68 極地生產(chǎn)力極地生產(chǎn)力 營(yíng)營(yíng) 養(yǎng)養(yǎng) 鹽 鹽 溫帶生產(chǎn)力溫帶生產(chǎn)力 光光 照 照 熱帶生產(chǎn)力熱帶生產(chǎn)力 80? 70? 60? 50? 40? 30? 20? 光照強(qiáng)度光照強(qiáng)度 營(yíng)養(yǎng)鹽濃度營(yíng)養(yǎng)鹽濃度 緯 度 圖圖7-6 熱帶、溫帶海區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力季節(jié)變化與光、營(yíng)養(yǎng)鹽熱帶、溫帶海區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力季節(jié)變化與光、營(yíng)養(yǎng)鹽 關(guān)系示意圖關(guān)系示

60、意圖( (引自引自Lalli & Parsons 1997) 冬季冬季 春季春季 夏季夏季 秋季秋季 冬季冬季 三、不同水文特征海域的初級(jí)生產(chǎn)力三、不同水文特征海域的初級(jí)生產(chǎn)力 不同海區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力范圍不同海區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力范圍(Lalli & Parsons 1997) 69 海海 區(qū)區(qū) 類類 型型 平均年初級(jí)生產(chǎn)力平均年初級(jí)生產(chǎn)力 gC/(m2 a) 大陸架上升流區(qū)大陸架上升流區(qū)(如秘魯海流、本古拉海流如秘魯海流、本古拉海流) 500600 大陸坡折大陸坡折(如歐洲陸架、如歐洲陸架、Grand淺灘、淺灘、Patagonia陸架陸架) 300500 亞北極區(qū)亞北極區(qū)(如北大西洋、北太平洋如北大西洋