海洋磷循环
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。
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。
生态系统的物质循环
生态系统的物质循环生态系统是由生物和非生物相互作用，形成一个生命体系。
生物体内的元素在生态系统中通过物质循环，加速了自然界的物质代谢。
物质循环包括能量的流动和物质的储存和再利用，是生态系统的一个重要特征。
本文将重点介绍生态系统中的物质循环。
一、水的循环水的循环是生态系统当中最为重要和广泛的循环。
地球上的水大部分都被海洋、湖泊和河流覆盖着，它们占有人类使用的所有水的99%。
雨水、雪水和冰川等其他形式的水占据着地球上少量的水。
自然界中的水循环可以分为两类，即静态水循环和动态水循环。
静态水循环是指存在于海洋、湖泊等静止或缓慢流动环境中的水的循环。
静态水循环非常缓慢，但至关重要，因为它影响了大气的水蒸气、海洋生态系统和全球温度变化。
动态水循环是指存在于河流、地下水和降水中等活动状态的水的循环。
动态水循环非常快，因为它直接地影响了植物和动物的生存。
二、碳的循环碳是生态系统中最重要的元素之一，它存在于大气中的二氧化碳、有机物和无机物中。
植物通过光合作用吸收二氧化碳的同时，将其转化成有机物，使其可以被动物摄取。
动物在呼吸过程中，将有机物与氧反应，产生二氧化碳，放回到大气中。
这种过程叫做碳的循环。
此外，化石燃料的燃烧和部分植物和动物的分解，也会释放二氧化碳，加速碳的循环。
随着人类经济的快速发展，化石燃料的利用率不断提高，这导致大气中的二氧化碳含量成倍增加，引起了全球变暖和气象极端事件。
三、氮的循环氮是植物和动物生命活动的必需元素。
大多数植物无法直接利用大气中的氮，它们需要从土壤中吸收养分。
土壤中氮的来源可以是氮化合物、有机物质、人类和动物遗物。
氮通过无机化作用转化成氨，作为植物的养分；通过硝化作用转化成硝酸盐，使土壤含氮化合物丰富，有利于植物生长。
氮还可以在动物体内进行吸收和生产。
当生物死亡或者粪便过期时，体内的氮会被释放回到环境中，这样就形成了氮的循环。
四、磷的循环磷是生命中必需的元素之一，对植物和动物的发育和免疫系统建立很重要。
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。
全球生物地球化学循环名词解释
全球生物地球化学循环名词解释全球生物地球化学循环是指地球上生物体与环境之间不断发生的物质循环过程。
这些循环包括水循环、碳循环、氮循环、磷循环和硫循环等。
下面我将从多个角度对这些循环进行解释。
1. 水循环，水循环是指地球上水在不同形态之间不断循环的过程。
它包括蒸发、凝结、降水、地表径流、地下水补给等过程。
水循环是维持地球上水资源平衡的重要机制，也对气候形成和生物生存起着关键作用。
2. 碳循环，碳循环是指地球上碳元素在大气、海洋、陆地和生物体之间的循环过程。
它包括光合作用、呼吸作用、有机物分解、矿物化等过程。
碳循环是维持地球上碳平衡的重要机制，也对气候变化和生态系统功能发挥起着重要作用。
3. 氮循环，氮循环是指地球上氮元素在大气、土壤、植物和动物之间不断转化的过程。
它包括氮固定、氮硝化、氮反硝化、氮脱氮等过程。
氮循环是维持地球上氮平衡的重要机制，也对植物生长和生态系统稳定性具有重要影响。
4. 磷循环，磷循环是指地球上磷元素在岩石、土壤、水体和生物体之间不断转化的过程。
它包括磷岩石的风化、土壤中磷的吸附和解吸、植物和动物的磷吸收和排泄等过程。
磷循环是维持地球上磷平衡的重要机制，也是生物体合成DNA、RNA和ATP等生命分子的重要来源。
5. 硫循环，硫循环是指地球上硫元素在大气、水体、土壤和生物体之间不断转化的过程。
它包括硫的氧化、还原、硫酸盐的沉积和生物体的硫代谢等过程。
硫循环是维持地球上硫平衡的重要机制，也对气候、土壤质量和生物多样性等方面产生重要影响。
总之，全球生物地球化学循环是地球上生物体与环境之间物质循环的综合表现。
这些循环相互作用、相互影响，共同维持着地球生态系统的平衡和稳定。
对于了解地球的自然过程、生态环境的保护和可持续发展具有重要意义。
生态系统中的能量流动与物质循环知识点总结
生态系统中的能量流动与物质循环知识点总结生态系统是由生物和非生物因素相互作用构成的生物群落，在这个复杂的系统中，能量流动和物质循环是保持生态平衡所必需的关键过程。
本文将对生态系统中的能量流动和物质循环进行一个知识点总结。
一、能量流动能量是维持生物体生存和生物群落稳定的基础。
在生态系统中，能量以一种线性流动方式传递，通常被分为两个主要类型：一是光合作用结果的化学能量，二是消费者通过食物链转化的化学能量。
1. 光合作用光合作用是指植物通过光能转化为化学能的过程，它是能量流动的起点。
绿色植物通过叶绿素吸收太阳能，并利用二氧化碳和水合成有机物质（如葡萄糖）和氧气。
这个过程中，太阳能被转化为有机物的化学能。
光合作用是地球上能量的主要来源，不仅维持了植物的生命活动，也为所有消费者提供了食物和能量。
2. 食物链与食物网光合作用所合成的有机物会被转换成动物的生物量和能量。
生态系统中的食物链描述了能量通过生物体之间的食物关系的传递过程。
一般而言，食物链由植物作为生产者、食草动物作为第一级消费者、肉食动物作为第二级消费者等等构成。
但实际上，生态系统中存在着复杂的食物网，不同生物之间会存在多种关系。
能量通过食物链和食物网传递，使生物体能够进行生长和运动。
3. 生态金字塔生态金字塔是描述生态系统中能量流动和生物数量的图形工具。
一般而言，生态金字塔可以分为三种类型：一级生产者金字塔、消费者金字塔和气候金字塔。
一级生产者金字塔显示了植物的生物量和能量；消费者金字塔显示了食草动物和肉食动物的生物量和能量；气候金字塔显示了生态系统中的能量捕获和流失。
二、物质循环物质循环是生态系统中物质元素通过生物、非生物和人类活动之间的迁移和转化过程。
主要包括水循环、碳循环、氮循环和磷循环。
1. 水循环水循环是指水从大气中的蒸发、凝结成云、降水到地面，再通过河流、湖泊、地下水和海洋的迁移和循环的过程。
水循环是维持生物体生存和生态系统稳定的重要循环之一。
第四章 海洋磷循环-2_PPT幻灯片
Redfield 指了浮游生物的N/P比值的平均值 （16） 与深海中的比值（15）相似，并非是一种巧合或浮游 生物适应海洋中的计量比值，而是浮游植物调整成海 洋的N/P比值以适应固氮的需要。
海洋中磷的浓度并不是由河流的输入与沉积物埋 葬输出比例来设定的，而是因蓝细菌固氮的无机氮浓 度而调整N/P比值的。因此当氮成为限制初级生产的 元素时，氮固定生物会为生态系统提供无机氮，在地 质时间尺度上，磷限制着海洋生态系统的生产力。
海洋中磷限制问题
历史上对海洋系统中磷酸盐的研究相对氮的研究 要少，因为磷酸盐一直不被认为会成为典型的限制营 养盐。虽然越来越多的水域被认为存在磷的限制，但 大部分海洋系统中常常出现的是硝酸盐限制，铁限制。 最近的研究表明整个海洋生态系统可能是硝酸盐限制 的，但系统内的部分区域存在着磷限制。另外人类活 动的影响，使大量超过Redfield N/P比值的营养盐输 入到海洋，从而使部分系统磷限制越来越严重。
北太平洋副热带环流区ALOHA站9年观测结 果显示水体中的氮和磷的贮池存在复杂的相互作 用，表明目前该区浮游生物生长速率处于净氮固 定隐退而磷控制的时期。从长时间尺度和大范围 来讲，在开放海洋环境是氮限制还是磷限制主要 取决于氮固定和反硝化的平衡情况。目前的磷限 制，缺乏氮固定情况下可以转化成氮限制。
海水中的磷酸盐的测定方法：
基本原理: 磷钼黄→磷钼蓝
7PO43- + 21NH4 + + 12 Mo7O246- + 72 H+ = 7(NH4)3[PMo12O40] +36 H2O
磷钼黄
在酒石酸锑钾存在下，磷钼酸中的一部分Mo6+离子被 抗坏血酸还原成Mo5+ ,生成叫做“钼蓝”的物质，也就是 磷钼黄被还原成磷钼蓝，在885nm下进行比色测定。
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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。
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
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。
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rganic
• 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 • 颗粒有机磷化合物：指生物有机体内、有机 碎屑中所含的磷
海洋细菌在磷循环中的作用
• 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。 • 这是湖泊发生富营养化和海湾出现赤潮的主要原因。