海洋磷循环
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磷循环
R CH COOH NH2
-
R CH COOH NH3+
+OH
+H+
R CH COONH3
+
+OH
-
R CH COONH2
+H+
pH<pI 阳离子
pH=pI 氨基酸的兼性离子
pH>pI 阴离子
肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。 两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基 酸缩合则形成三肽…… 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽 (oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的 肽称多肽(polypeptide)。 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团 不全，被称为氨基酸残基(residue)。
蛋白质
2004年安徽阜阳出现著名 的“大头婴儿”事件。 据该市县级以上医疗机构 核查统计，从2003年5月以来， 因食用劣质奶粉出现营养不良 综合征共171例，死亡13例， 病死率7.6％。
氨基酸是组成蛋白质的基本单位
H 甘氨酸 CH3 CH3
NH2 C
H
COOH
CH
NH2 C COOH CH3 CH3 CH
磷是植物体内重要化合物的组成元素
核酸与核蛋白 核酸是作物生长发育、繁殖和 遗传变异中极为重要的物质，磷的 正常供应，有利于细胞分裂、增殖， 促进根系的伸展和地上部的生长发 育。
磷脂
磷脂在种子内含量较高，说 明在其繁殖方面有重要作用，磷 脂分子中既有酸性基因，又有碱 性基因，对细胞原生质的缓冲性
具有重要作用，因此磷脂提高作
磷的化学性质
主要化合物
三氧化二磷 磷在常温下慢慢氧化，或在不充分的空气中燃烧， 可生成P4O6 由于三氧化二磷的分子具有似球状的结构而容易 滑动，所以是有滑腻感的白色吸潮性蜡状固体. 三氧化二磷有很强的毒性，溶于冷水中缓慢地生 成亚磷酸，它是亚磷酸酐。 P4O6+6H2O(冷)==4H3PO3 三氧化二磷在热水中歧化生成磷酸和放出磷化氢： P4O6+6H2O(热)==PH3↑+3H3PO4
第四章 海洋磷循环
氢研究报道较少。 Gassmann（1994）首次从德国汉堡
港底层淡水河及北海底层海水未过滤水体中检测到了吸 附于颗粒物上的磷化氢，而在过滤后的海水中未测出磷 化氢。 研究者们均认为水环境中的磷化氢绝大部分以基 质结合态磷化氢吸附于颗粒物表面。
磷化氢在海洋磷循环中的作用
传统的磷生物地球化学循环理论，主要关注
由于受样品采集、保存、和检验等技术的限制,早 期的分析方法使磷化氢的存在一直存在争议。1988 年,
Dévai (1988)等学者采用 GC/MS 技术首次报道了污水
处理厂污泥和浅水湖泊沉积物释放的磷化氢(Devai et al., 1988)。Gassmman et al. (1993) 采用 GC/FPD 检 测技术,通过毛细管色谱柱对磷化氢进行低温冷阱富集, 很大地提高了磷化氢检测的灵敏度。近年来,研究者采
沉积物中的还原态磷可在微生物作用下（伴随硫酸 盐的还原等），被氧化为磷酸盐；或以磷化氢的形
式释放到上层水体中，部分会进入大气环境中；土
壤中的还原态磷也可以被微生物最终氧化为生物可 利用的磷酸盐而被植物吸收利用或直接被植物吸收 利用。
磷在海洋中的停留时间及周转速率
海洋中P的停留时间（residence time）
磷化氢的环境效应
磷化氢可以作为磷在大气中迁移的载体参与到磷循环。
尽管其在大气中的磷化氢的平均寿命相对较短，但由
于光照条件的时限性，仍能够存在于夜间和多云的白 天，这些发现改变了过去对磷循环的不成熟的认识— —大气中的磷是附着在大气飘尘或降尘颗粒物上的无 机磷酸盐。
沉积物中的磷化氢由于海水的高盐度及扰动等因素，有
通过实验证实金属腐蚀可以产生磷化氢。
• 全球每年可通过闪电形成8.3×105 kg 磷化氢并释放到大气 中。Glindemann et al.（2004）模拟闪电进行实验并推测含磷 酸盐的有机物受闪电作用后，在还原环境中可形成磷化氢。
海洋监测技术5海洋营养元素详解
氮的生物吸收
如果将混合了溶解态尿素、氨盐、亚硝酸盐和 硝酸盐的溶液来培养浮游植物，浮游植物利用 低价态氮的速率最快。
在沿岸海域，尿素由于有较快的产生速率，生 物对其的吸收也比较重要。
生物固氮作用
某些原核生物通过固氮酶将N2转化为N化合物（如 NH4+, DON等）的过程。该过程所释放的N化合物 为浮游植物和其他微生物提供N营养盐。
7
0.001 0.0007 0.00006
2.3 0.01-0.1
95.2 0.009 2.5 0.002 0.03
100
各种形态氮的浓度
形态
N2 NO3NO2NH4+ DON PON
开阔大洋 表层水
开阔大洋 深层水
沿岸海域 海水
河口水体 泻湖水体
（M）
800
1150 700~1100 700~1100 —
开阔大洋的初级生产往往 受氮所限制。由于大部分 浮游植物无法直接利用N2， 它们必须通过吸收溶解态 氮（NO3-、NO2-、NH4+、 尿素）来满足其光合作用 需要。
氮的生物吸收
海水溶解氮进入细胞壁后，通过一系列酶的作用 和合成代谢反应，最终转化为蛋白质：
NO3 2H 2e 硝酸还原酶NO2- H2O
了解海洋氮循环对于阐释海洋生态系功能和全球气 候变化具有重要意义。
氮循环一直是海洋科学经久不衰的热点研究领域。
海洋氮循环研究现状
TgN/a
600
sources
500
sinks
400
190
300
5
200
100
0
CodGisrupboetireatnadl,1S9a8rm5 ieCnotod,is1p9o9B7triaentdael.s, 2a0n0d1Devol, 200G2ruber, 2003
黄海、东海上层海水磷循环的同位素示踪研究
统 的动力 学． 报 道 ， 据 自从 工业 革 命 以来 ， 界 人 口 世
稠 密的 沿岸海 域人 为磷 的输 入量 已经 增 加 １ ～ １ ０ ０ ０
倍 ． ］ 大量 磷 的输 入 对海 洋 生 态 系统 的 结 构 和功 能
收 稿 日期 ：０ ６０ —１修 订 日期 ：０ ６１ －１ ２０ —９０ ； ２ ０ —２１． 基 金项 目：国家 重 点 基 础 研究 发展 规 划 资助 项 目（ ９ ９ ４ ７ ４ ． Ｇ１ ９ ０ ３ ０ ） 作 者 简 介 ： 远辉 （９ ２ ） 男 ， 建 省 惠 安 人 ， 张 １６一 ， 福 研究 员 ， 士 ， 硕 主要 从 事 海 洋 生 物 地 球 化 学 研 究 ．Ｅ ｍａｌ ｙ ． ｍ＠ １３ ｃｍ — ｉ ：ｚｈ ｘ ６ ．ｏ
一
研究 基 本 上 停 留 在 对 海 水 磷 的 静 态 描 述 ， 采 用 如 Ｒｅ ｆ ｌ ｄｉ ｄ的定 量关 系来 解 释海 洋环 境 中 磷 的 限制 作 ｅ 用， 似乎 忽 略 了 磷 的循 环 速 率 的 控 制 作 用． 今 为 迄
止 ， 于磷在 全球 海 洋 初 级 生 产比活度 ． 果 显示 ， 层 海水 各 相∞ 。 的 比活度 相 当低 ， 中 Ｔ 。 结 上 Ｐ， Ｐ 其 ＤＰ的
。 ３ 比活度 的 浓度 最高 ， ９Ｐ Ｐ ３ 悬浮 物 次之 ， 绢 颗 粒 物最低 ． 水 各 相 中。Ｐ 与。Ｐ活度 比值 从 ＴＤ 筛 海 。 Ｐ 到 悬浮物 、 筛绢 颗粒 物逐 渐增 大 ， 映 出食物链 传递 过 程 中磷 的年 龄逐 渐增 加． 据 稳 态模 式 的估 反 根
些 海 区 （ 中 国河 口和 近岸 区 ） 如 发现浮 游植 物 的生
了解 还相 当有 限 ， 重 要 原 因是 缺 乏 可 靠 的磷 吸 收 其 和输 出速 率 的数据 ， 如上 层海 水磷 的周 转速 率 、 诸 磷 是进 入再 循 环还 是输 出到 深海 的效 率等 资料 ． 因此 ， 在海 洋 生物地 球 化学 研 究 中 ， 何 直 接 测 定 磷 的 吸 任 收 、 生和输 出速 率都 是极 其重 要 的． 再 天然 核 素。 ｔ２ ４ ３ｄ ， Ｐ（ｌ — ２ ． ） １ —１ ． ） 。 ｔ ２ ５ ３ｄ Ｐ（ ／ 。 ， 主要 是 由宇 宙 射 线 与 大 气 氩 （ ） 行 核 反 应 产 生 Ａｒ 进 的， 并通 过大 气 降 雨 进 入 海 洋 ． ， Ｐ与 稳 定 磷 有 弛Ｐ 。 。
第四章海洋磷循环介绍
时间发生变化的响应;
•Tyrell等(1999)的研究表明,海洋中磷的停留时间的变化将 影响水体中固氮作用的速度。
对于上层箱子，研究要素有两个来源：
（1）河流输入；
（2）通过交换由下层箱子提供至上层箱子的海水 研究要素从上层箱子迁出的途径包括： （1）颗粒物沉降的迁出； （2）通过下降流等水体的运动从上层水体迁出。
在稳态时，输入与迁出通量是相等的。
若Vriver：每年进入海洋的河水体积 Vmix：每年通过交换由下层箱子提供至上层的水体积 Cdeep：深层水箱子中元素的平均浓度（mol/dm3） Csurface：上层水箱子中元素的平均浓度（mol/dm3） Criver：河水中元素的平均浓度（mol/dm3） 由河流输入进入海洋的通量为：Vriver×Criver 通过水交换由深层水提供至上层水的通量为：Vmix×Cdeep 通过水交换从上层水迁出的通量为：Vmix×Csurface 在稳态下，元素通过颗粒沉降迁出的通量（P）为： P = Vriver •Criver +Vmix •Cdeep -Vmix •Csurface
磷化氢的存在形式
磷化氢在大气环境中以气体自由态的形式存在，但受光照、
游离自由基等因素影响，不稳定；
在土壤、沉积物和水环境中的则主要为以下两种存在形式: 自由态磷化氢（Free-gaseous phosphine）:存在于土壤、
污泥、沉积物间隙中或水中的气态形式的磷化氢，可通过
扰动或变温等物理过程被释放。 基质结合态磷化氢（Matrix-bound phosphine）:结合于土 壤、沉积物或其他颗粒物，通过酸或碱消化处理释放出的 磷化氢。
用柱前二次冷阱富集与 GC/FPD 联用的方法,再次降低
了磷化氢的检测限,使得自然环境的多种介质中均检测 到磷化氢。
磷循环
作用，这首先在于磷对光合作用有着极为重要的
作用，因为在碳素还原循环或C4-二竣酸循环中，
完成光合作用各阶段的物质运转几乎都有磷参与。
不仅如此，在光合作用过程中，通过光合磷酸化
作用，把光能贮存在三磷酸腺甙中，为合成蔗糖
以及淀粉和其它多矿类化合物，如纤维素等提供 能量。同时己糖合成蔗糖和淀粉时，都须先经过 磷酸化作用，才能适合成反应顺利进行。
R CH COOH NH2
-
R CH COOH NH3+
+OH
+H+
R CH COONH3
+
+OH
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R CH COONH2
+H+
pH<pI 阳离子
pH=pI 氨基酸的兼性离子
pH>pI 阴离子
肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。 两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基 酸缩合则形成三肽…… 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽 (oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的 肽称多肽(polypeptide)。 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团 不全，被称为氨基酸残基(residue)。
磷循环
无机磷循环
有机磷循环
磷的资源特点及我国磷资源状况 1、磷资源是不可再生的紧缺资源：磷在生物圈中 的循环过程不同于碳和氮，属于典型的沉积型循环。 生态系统中的磷的来源是磷酸盐岩石和沉积物以及 鸟粪层和动物化石。这些磷酸盐矿床经过天然侵蚀 或人工开采，磷酸盐进入水体和土壤，供植物吸收 利用，然后进入食物链。经短期循环后，这些磷的 大部分随水流失到海洋的沉积层中。因此，在生物 圈内，磷的大部分只是单向流动，形不成循环。磷 酸盐资源也因而成为一种不能再生的资源。 2、磷矿根据其P2O5含量分为高品位磷矿（P2O5＞ 28%）、中品位磷矿（P2O5:28%-18%）、低品位磷矿 （P2O5＜18%）。我国多为中、低品位磷矿。
水化学第四节 天然水体中的氮磷循环ppt课件
据研究饲料中的氮有6070被排泄到水体中因此水产养殖生态中总氮浓度与投饲率及饲料蛋白含量有直接关系在精养池中经常会出现对鱼类有害的富游离态氮氮分子具有相对较强的化学惰性在水中的溶解度也很低但由于氮气是大气中最主要的组成其体积分数可达78因此氮分子在水中的含量较高在海洋中可达20mgkg而其它可溶性氮化合物仅为07mgkg
2.非离子氨
总氨氮分为两部分：非离子氨氮与铵态氮。非离子氨不带电荷，具有较 强的脂溶性，易透过细胞膜，对水生生物具有较强的毒性。 非离子氨对水产动物的毒害依其浓度的不同而不同，在0.01-0.02mg/L的 低浓度（以氮计）下，水产动物会慢性中毒，抑制其生长；在0.020.05mg/L的浓度下，氨会和其它造成水产动物疾病的病因共同作用，加 速其死亡；在0.05-0.2mg/L的浓度下，会破坏水产动物的皮、胃、肠道 的粘膜，造成体表和内部器官出血；而在0.2-0.5mg/L的浓度下，水产动 物则会因急性中毒而死亡。鱼虾在发生高浓度氨急性中毒时，会表现出 严重不安。同时由于在此浓度下，通常伴随着较高的pH，水具有相对较 强的剌激性，导致鱼虾体表粘液增多，体表充血，鳃部及鳍条基部出血 明显，鱼多在水域表面游动，死亡前眼球突出，张口挣扎。 为了防止养殖水域中的非离子氨过高，除了要定期检测水中氨的指标外， 还要及时清理排除养殖水域底层的污垢及水产养殖动物排泄的粪便等措 施。
在pH、溶氧、硬度等水质条件不同时，TNH4-N的 毒性亦不相同。例如Downivng和Merkens测得，鳟 鱼在pH=7时比在pH=8时对TNH4-N更具有耐受性。 他们还发现加到pH为7水中的NH4Cl须比pH为8水 中多10倍才能达到同样的致死效应。这说明TNH4N的毒性随pH增大而增大，经过实验也发现，NH3N的毒性也随水中溶解氧的减少而增大。由于NH3N在TNH4-N的比例随pH、离子强度和温度的不同 而变化，在表示NH3-N的毒性大小时必须注意NH3N与TNH4-N的区别。
2.非离子氨
总氨氮分为两部分：非离子氨氮与铵态氮。非离子氨不带电荷，具有较 强的脂溶性，易透过细胞膜，对水生生物具有较强的毒性。 非离子氨对水产动物的毒害依其浓度的不同而不同，在0.01-0.02mg/L的 低浓度（以氮计）下，水产动物会慢性中毒，抑制其生长；在0.020.05mg/L的浓度下，氨会和其它造成水产动物疾病的病因共同作用，加 速其死亡；在0.05-0.2mg/L的浓度下，会破坏水产动物的皮、胃、肠道 的粘膜，造成体表和内部器官出血；而在0.2-0.5mg/L的浓度下，水产动 物则会因急性中毒而死亡。鱼虾在发生高浓度氨急性中毒时，会表现出 严重不安。同时由于在此浓度下，通常伴随着较高的pH，水具有相对较 强的剌激性，导致鱼虾体表粘液增多，体表充血，鳃部及鳍条基部出血 明显，鱼多在水域表面游动，死亡前眼球突出，张口挣扎。 为了防止养殖水域中的非离子氨过高，除了要定期检测水中氨的指标外， 还要及时清理排除养殖水域底层的污垢及水产养殖动物排泄的粪便等措 施。
在pH、溶氧、硬度等水质条件不同时，TNH4-N的 毒性亦不相同。例如Downivng和Merkens测得，鳟 鱼在pH=7时比在pH=8时对TNH4-N更具有耐受性。 他们还发现加到pH为7水中的NH4Cl须比pH为8水 中多10倍才能达到同样的致死效应。这说明TNH4N的毒性随pH增大而增大，经过实验也发现，NH3N的毒性也随水中溶解氧的减少而增大。由于NH3N在TNH4-N的比例随pH、离子强度和温度的不同 而变化，在表示NH3-N的毒性大小时必须注意NH3N与TNH4-N的区别。
磷元素与水体富营养化的关系
磷元素与水体富营养化的关系摘要水是人类赖以生存最重要的资源，但是在全世界，现在所有国家都面临一系列的水环境危机，我国也不例外。
而水体富营养化更是其中受到关注最多的问题之一。
在查阅相关综述和实验，发现磷元素是水体富营养化现象最重要的制约因子。
为了具体的阐述这一论点，先介绍了磷元素的生物地球化学以及在水体中的循环特征，接下来对富营养化水体中除磷的技术进行了详细的说明，包括传统生化技术和新型生态修复技术。
最后借用太湖为例子，以湖流域水环境监测中心发布的水质数据，对其进行初步的分析，结果表明太湖污染物主要为高锰酸盐和氮、磷，太湖富营养化是流域内各种直接和间接的污染源的综合效应。
得到最终的结论，在治理包括太湖在内的湖泊富营养化现象时应该注意使用多种技术综合应用，达到利益和效益的最大化。
关键词：富营养化、水质、除磷、总磷Abstract目录摘要 (IV)Abstract .......................................................... 错误!未定义书签。
一、水体富营养化与水环境危机 (VII)（一）、水环境危机 (VII)（二）、水体富营养化现象 (X)（三）、水体富营养化的危害 (XI)1、对人体健康的危害 (XI)2、对渔业养殖的危害 (XII)3、对水体生态环境的危害 (XII)4、对水体的利用.............................................XII二、磷循环与水体富营养化 (XII)（一）、磷的生物地球化学循环 (XIII)（二）、磷元素与水体富营养化 (XV)1、水体中的磷循环 (XV)2、磷循环特征与水体富营养化的关系 (XVI)3、水体富营养化磷污染对水质的危害和影响 (XVII)(二)、富营养化水体中除磷的技术 (XVIII)1、传统除磷技术 (XVIII)2、强化除磷的生态修复技术 (XXI)(三)、磷含量过高的水体富营养化现象的防治 (XXIII)1、控制外源性磷的输入 (XXIII)2、控制内源性磷的有效性 (XXIV)三、太湖水体富营养化现状与磷元素的关系 (XXV)（一）、背景材料 (XXV)（二）、数据来源与分析 (XXVI)(三)、总结 (XXIX)第四部分结论与建议 (XXX)参考文献 (XXXI)致谢 (33)一、水体富营养化与水环境危机水作为人类赖以生存的最重要资源之一，其作用不言而喻。
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• 这是湖泊发生富营养化和海湾出现赤潮的主要原因。
第五节 硅 循 环
显微镜下的海洋硅藻
硅藻的重要性
• 硅藻类为真核藻类，多数为单细胞生物，
具有由硅构成的独特细胞壁。
• 硅藻类是了解海洋生态环境系统是否健康
的关键生物，并负责制造海洋中的碳和氧， 大气中约五分之一氧气由其光合作用产生。 海洋硅藻还是水生动物的食料，它们处在 食物链底层，是海洋中的主要初级生产力。
• 颗粒有机磷化合物用
• 细菌分解海洋动植物残体，并释放出可供
植物利用的无机态磷酸盐。磷也是海洋微 生物繁殖和分解有机物过程所必需的因子。
人类活动的影响
• 人类种植的农作物和牧草，吸收土壤中的磷。在自然经济
的农村中，一方面从土地上收获农作物，另一方面把废物 和排泄物送回土壤，维持着磷的平衡。但商品经济发展后， 不断地把农作物和农牧产品运入城市，城市垃圾和人畜排 泄物往往不能返回农田，而是排入河道，输往海洋。这样 农田中的磷含量逐渐减少。为补偿磷的损失，必须向农田 施加磷肥。在大量使用含磷洗涤剂后,城市生活污水含有 较多的磷,某些工业废水也含有丰富的磷，这些废水排入 河流、湖泊或海湾，使水中含磷量增高。
蛋白石是含有硅酸成分的宝石．能 绽放出如彩虹般的光辉，价位额高。
海洋环境中硫的循环
水循环
水从海洋蒸发进入 大气，降雨、下雪 到陆地，再流回到 海洋。箭头指明水 资源库之间水运动
的过程
• 由于太阳能的不断输入，地球表面的水分缓慢的
运动，大范围的从海洋进入大气，到陆地，再回 到水的最大资源库-海洋。水蒸发进入低空大气层， 并以水蒸气、云和冰的晶体停留在高空，然后以 降雨和下雪的形式返回地球。洋流和季风影响全 球水循环
磷灰石首饰
生物陶瓷，人工骨
隆鼻
医用羟基磷灰石及复合材料
磷通过食物网从陆地到海洋沉淀物， 然后回到陆地
inorganic
inorganic
•4.2 磷
主要存在形式：
• 溶解无机磷酸盐：HPO42-，PO43• 溶解有机磷化合物 • 颗粒态无机磷酸盐：磷酸盐矿物存在于海水
悬浮物和海洋沉积物，丰度最大的是磷灰石
第四节
海洋磷循环
磷灰石（Apatite）
• 磷灰石是一系列磷酸
盐矿物的总称，它们 有很多种，其中氟磷 灰石是商业上最主要 的矿物。
• 磷灰石的形状为玻璃
状晶体、块体或结核， 颜色多种多样。多数 很纯净，再硬一些就 可当宝石了，遗憾的 是它们还太软，只能 被用作低档的饰物。 磷灰石加热后常会发 出磷光。