1、第九章第九章 海洋有机物和海洋生产力海洋有机物和海洋生产力 1 海洋有机物海洋有机物1.1 海洋有机物的概念及分类海洋有机物的概念及分类1.2 海洋有机物的特点及作用海洋有机物的特点及作用1.3 海洋溶解有机物的主要组成海洋溶解有机物的主要组成1.4 海洋有机物的来源海洋有机物的来源1.5 海洋有机物的含量与分布海洋有机物的含量与分布 2 海洋有机碳海洋有机碳 2.1 有机碳的概念及分类有机碳的概念及分类2.2 溶解有机碳溶解有机碳(DOC)2.3 颗粒有机碳颗粒有机碳(POC)3 海洋生产力海洋生产力3.1 海洋初级生产力海洋初级生产力3.2 影响海洋生产力的因素影响海洋生产力的因素3.3海
2、洋初级生产力的分布海洋初级生产力的分布 3.4 新生产力新生产力3.5 Redfield 模型模型1第九章第九章 海洋有机物和海洋生产力海洋有机物和海洋生产力 1 海洋有机物海洋有机物 1.1 海洋有机物的概念及分类海洋有机物的概念及分类 1.2 海洋有机物的特点及作用海洋有机物的特点及作用 1.3 海洋溶解有机物的主要组成海洋溶解有机物的主要组成 1.4 海洋有机物的来源海洋有机物的来源 1.5 海洋有机物的含量与分布海洋有机物的含量与分布 2 海洋有机碳海洋有机碳 3 海洋生产力海洋生产力21 海洋有机物海洋有机物 海洋有机物：海洋有机物：包括活的和死的生物体、悬浮颗粒有包括活的和死的生物
3、体、悬浮颗粒有机物机物(如浮游动物、粪便、生物碎屑、有机聚集体如浮游动物、粪便、生物碎屑、有机聚集体等等)和溶解有机物。和溶解有机物。从化学观点看，可分为碳水化合物、蛋白质和从化学观点看，可分为碳水化合物、蛋白质和氨基酸、类脂、元素有机化合物等等。氨基酸、类脂、元素有机化合物等等。如仅从溶解有机物中的成分来看，主要有总碳如仅从溶解有机物中的成分来看，主要有总碳水化合物、结合氨基酸、游离氨基酸、游离糖、尿水化合物、结合氨基酸、游离氨基酸、游离糖、尿素、脂肪酸、维生素素、脂肪酸、维生素B1、维生素、维生素H、维生素、维生素B12等等。海洋化学所研究的有机物，主要是海水中海洋海洋化学所研究的有机物，
4、主要是海水中海洋生物的代谢物、分解物、残骸和碎屑等生物的代谢物、分解物、残骸和碎屑等。差异差异3海洋有机物的分类海洋有机物的分类 海洋中有机物质按海洋中有机物质按粒径粒径可分为：溶解有机物质可分为：溶解有机物质(DOM)、颗粒有机物质颗粒有机物质(POM)(包括：碎屑、浮游植物、浮游动包括：碎屑、浮游植物、浮游动物和细菌等物和细菌等)和胶体有机物质和胶体有机物质(COM)。4第九章第九章 海洋有机物和海洋生产力海洋有机物和海洋生产力 1 海洋有机物海洋有机物 1.1 海洋有机物的概念及分类海洋有机物的概念及分类 1.2 海洋有机物的特点及作用海洋有机物的特点及作用1.3 海洋溶解有机物的主要组
5、成海洋溶解有机物的主要组成 1.4 海洋有机物的来源海洋有机物的来源1.5 海洋有机物的含量与分布海洋有机物的含量与分布 2 海洋有机碳海洋有机碳 3 海洋生产力海洋生产力5海水中有机物的特点海水中有机物的特点(1)含量低；含量低；(2)组成复杂；组成复杂；(3)在海洋空间分布不均匀；在海洋空间分布不均匀；(4)容易形成金属容易形成金属-有机络合物。有机络合物。6海水中有机物的性质海水中有机物的性质1.电化学性质：海水中的电化学性质：海水中的DOM具有阴离子的特性，能跟某具有阴离子的特性，能跟某些金属相互作用将生成中性形态或阴离子形态的化合物。些金属相互作用将生成中性形态或阴离子形态的化合物。
6、2.酸碱性质：有机物大分子中的官能团既能电离生成质子，酸碱性质：有机物大分子中的官能团既能电离生成质子，又能够从水中结合质子，表现出酸碱性质。又能够从水中结合质子，表现出酸碱性质。(胶体性质胶体性质)3.河口区的絮凝作用：河水中的腐殖物质常以带负电荷的亲河口区的絮凝作用：河水中的腐殖物质常以带负电荷的亲水胶体存在，随着水胶体存在，随着pH升高，盐度增大，将发生絮凝作用升高，盐度增大，将发生絮凝作用并形成颗粒有机物从河水中移去。并形成颗粒有机物从河水中移去。4.易形成有机聚集体：溶解有机物特别是大分子有机物容易易形成有机聚集体：溶解有机物特别是大分子有机物容易被吸附在液被吸附在液固、液固、液液液
7、(例如膜层例如膜层)或气或气液界面上，从液界面上，从而形成有机聚集体，导致碳、氮、磷、钙、硅和其他生物而形成有机聚集体，导致碳、氮、磷、钙、硅和其他生物元素将向海洋深层沉降，并从水体中移走，影响这些元素元素将向海洋深层沉降，并从水体中移走，影响这些元素的生物地球化学循环。的生物地球化学循环。(清扫作用清扫作用)5.水解作用：在细菌酶或异养菌的影响下，多糖和蛋白质等水解作用：在细菌酶或异养菌的影响下，多糖和蛋白质等大分子有机物在碎屑表面将部分发生水解作用，转变成易大分子有机物在碎屑表面将部分发生水解作用，转变成易为海洋生物利用的低分子量化合物。为海洋生物利用的低分子量化合物。7海洋有机物的作用海
8、洋有机物的作用(1)在海洋中，海洋有机物构成了所有生物的组织，也是水体在海洋中，海洋有机物构成了所有生物的组织，也是水体和沉积物中异氧生物的主要食物来源。和沉积物中异氧生物的主要食物来源。(2)海水中有机物含量虽少，但对无机成分的影响却显著，它海水中有机物含量虽少，但对无机成分的影响却显著，它们参与了各种物理、生物和化学过程们参与了各种物理、生物和化学过程，影响海洋生源要素影响海洋生源要素的生物地球化学循环。的生物地球化学循环。(3)海洋有机物质的氧化将影响海洋环境的氧化还原电位；在海洋有机物质的氧化将影响海洋环境的氧化还原电位；在循环受限制的条件下，有机物的氧化会形成还原性微环境循环受限制的
9、条件下，有机物的氧化会形成还原性微环境或还原环境。或还原环境。(4)海水中溶解有机物与金属离子反应生成有机海水中溶解有机物与金属离子反应生成有机金属络合物金属络合物，从而影响到海水中金属离子的存在形态、含量分布、迁，从而影响到海水中金属离子的存在形态、含量分布、迁移转化特征，及其生物毒性等。移转化特征，及其生物毒性等。(5)绝大多数石油是由海洋有机组分经过成岩作用形成的。绝大多数石油是由海洋有机组分经过成岩作用形成的。有机物对海水性质的影响有机物对海水性质的影响 海水中有机物对海水的物理化学性质、海洋生物海水中有机物对海水的物理化学性质、海洋生物的生长繁殖的影响，主要表现在：的生长繁殖的影响，
10、主要表现在：(1)对多价金属离子的络合作用对多价金属离子的络合作用(2)改变一些成分在海水中的溶解度改变一些成分在海水中的溶解度(3)对生物过程和化学过程的影响对生物过程和化学过程的影响(4)对海对海-气交换的影响气交换的影响(5)对水色的影响对水色的影响(6)对海洋生物生理过程的作用对海洋生物生理过程的作用9第九章第九章 海洋有机物和海洋生产力海洋有机物和海洋生产力 1 海洋有机物海洋有机物 1.1 海洋有机物的概念及分类海洋有机物的概念及分类1.2 海洋有机物的特点及作用海洋有机物的特点及作用1.3 海洋溶解有机物的主要组成海洋溶解有机物的主要组成 1.4 海洋有机物的来源海洋有机物的来源
11、 1.5 海洋有机物的含量与分布海洋有机物的含量与分布 2 海洋有机碳海洋有机碳 3 海洋生产力海洋生产力101.3 海洋溶解有机物的主要组成海洋溶解有机物的主要组成 海洋中可能存在的有机物质很多，对其进行研究海洋中可能存在的有机物质很多，对其进行研究极为困难。极为困难。按照目前对具体化合物的分析结果，绝大部分有按照目前对具体化合物的分析结果，绝大部分有机质不容易表征出来。机质不容易表征出来。到目前为止，已鉴定过的溶解有机物大约只占海到目前为止，已鉴定过的溶解有机物大约只占海洋总有机物的洋总有机物的20%。已检出的部分主要由氨基酸、。已检出的部分主要由氨基酸、碳水化合物、烃、尿素、脂肪酸等简单
12、分子所组碳水化合物、烃、尿素、脂肪酸等简单分子所组成。其余未鉴定过的有一部分统称为成。其余未鉴定过的有一部分统称为“黄色物质黄色物质”或称为腐殖质。或称为腐殖质。海洋中的海洋中的DOM的主要组分是类脂物，它们是动物的主要组分是类脂物，它们是动物和植物体中比较稳定的一类化合物，通常是指能和植物体中比较稳定的一类化合物，通常是指能被被氯仿氯仿-甲醇溶剂体系所萃取甲醇溶剂体系所萃取的有机化合物，包括的有机化合物，包括像脂肪酸、甘油脂、蜡脂、磷脂、烃、甾醇和甾像脂肪酸、甘油脂、蜡脂、磷脂、烃、甾醇和甾脂醇等在内的这样一些天然产物。脂醇等在内的这样一些天然产物。111.3 海洋溶解有机物的主要组成海洋溶
13、解有机物的主要组成(1)脂肪酸脂肪酸海洋生物类脂物一般特征是含有大量海洋生物类脂物一般特征是含有大量(5%20%)长链长链(C20和和C22)多个双键的不饱和酸，这在多个双键的不饱和酸，这在陆源类脂物中是少见的。陆源类脂物中是少见的。这些酸的不饱和度很高这些酸的不饱和度很高(直至含六个双键直至含六个双键)，这，这使它们对氧化极为敏感。海水中主要的脂肪酸通使它们对氧化极为敏感。海水中主要的脂肪酸通常是软脂酸、硬脂酸和油酸。常是软脂酸、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 海洋溶解有机物的主要组成海洋溶解有机物的主要组成(2)烃和氯代烃烃和氯代烃通常是海洋有机物循环过程中的
14、最终稳定产通常是海洋有机物循环过程中的最终稳定产物。海水中的烃主要来自海洋浮游植物和浮游动物。海水中的烃主要来自海洋浮游植物和浮游动物以及细菌，少量来自河流和大气的输入。物以及细菌，少量来自河流和大气的输入。除近岸和污染区之外，所测得的溶解烃和颗除近岸和污染区之外，所测得的溶解烃和颗粒烃的浓度值，大多数都在粒烃的浓度值，大多数都在150g/dm3的范围内，的范围内，在整个海洋范围内在整个海洋范围内分布不均匀分布不均匀，在表面附近特别，在表面附近特别是在表微层中其浓度上升，较高的浓度位于沿岸是在表微层中其浓度上升，较高的浓度位于沿岸和生产力高的近岸水中。和生产力高的近岸水中。141.3 海洋溶解
15、有机物的主要组成海洋溶解有机物的主要组成(3)氨基酸氨基酸氨基酸类型包括各种酸性的、中性的和碱性氨基酸类型包括各种酸性的、中性的和碱性的氨基酸。它们在大洋水中的总含量为的氨基酸。它们在大洋水中的总含量为590 g/dm3，但在近海或生物生产力高的海域，总含，但在近海或生物生产力高的海域，总含量可高达量可高达400g/dm3。它们在海水中通常以肽的形式存在，主要由它们在海水中通常以肽的形式存在，主要由动物蛋白和植物蛋白降解而来。动物蛋白和植物蛋白降解而来。15氨基酸氨基酸游离氨基酸游离氨基酸结合氨基酸结合氨基酸(包括蛋白质包括蛋白质)溶解结合氨基酸溶解结合氨基酸颗粒态结合氨基酸颗粒态结合氨基酸1
16、.3 海洋溶解有机物的主要组成海洋溶解有机物的主要组成(4)甾醇甾醇甾醇总是来源于生物。甾醇总是来源于生物。它们不仅是细胞膜的重要组成部分，而且也是它们不仅是细胞膜的重要组成部分，而且也是生物生长、呼吸和繁殖的最重要的激素调节剂。生物生长、呼吸和繁殖的最重要的激素调节剂。胆甾醇及其相关的甾醇化合物，它们不仅是所有胆甾醇及其相关的甾醇化合物，它们不仅是所有甾醇体激素最直接的生源前身物，而且本身也具甾醇体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。从地球化学观点来看，这些甾醇也有特殊意义。从地球化学观点来看，这些甾醇也有特殊意义。它们的化学稳定性和结构的多样性，再加之固有它们的化学稳定
17、性和结构的多样性，再加之固有的光学活性，使得有可能将它作为海洋生物活动的光学活性，使得有可能将它作为海洋生物活动的指示剂。的指示剂。161.3 海洋溶解有机物的主要组成海洋溶解有机物的主要组成(5)碳水化合物碳水化合物海水中溶解态碳水化合物主要来自表层水中海水中溶解态碳水化合物主要来自表层水中的浮游植物。的浮游植物。提供生命活动能量提供生命活动能量(约占总能量的约占总能量的60%)对生物起支撑保护作用对生物起支撑保护作用(纤维素、甲壳质纤维素、甲壳质)合成其它生命物质合成其它生命物质(蛋白质、核酸、类脂物蛋白质、核酸、类脂物)的原料。的原料。种类包括单糖和多糖，海洋中的碳水化合物种类包括单糖和
18、多糖，海洋中的碳水化合物中，多糖的含量通常较高。中，多糖的含量通常较高。糖的总含量为糖的总含量为200600 g/dm3，个别糖的含量，个别糖的含量只有几个到几十微克只有几个到几十微克/立方分米立方分米。171.3 海洋溶解有机物的主要组成海洋溶解有机物的主要组成(6)维生素维生素维生素是浮游植物生长中所必需的特殊有机维生素是浮游植物生长中所必需的特殊有机化合物。化合物。已定量测定过的有维生素已定量测定过的有维生素B12、维生素、维生素B1和生和生物素，它们在深度为物素，它们在深度为0100 m的大洋水中的平均的大洋水中的平均含量分别为含量分别为0.1、0.8和和1.8 g/dm3，在近岸海水
19、中，在近岸海水中的含量较高。的含量较高。181.3 海洋溶解有机物的主要组成海洋溶解有机物的主要组成(7)腐殖质腐殖质腐殖质是地球表面分布最广的天然有机物质腐殖质是地球表面分布最广的天然有机物质之一，结构复杂，最后的结构在很大程度上取决之一，结构复杂，最后的结构在很大程度上取决于微生物的活动。于微生物的活动。在海水有机物中占有的比例为在海水有机物中占有的比例为6080，是，是主要组成部分，由于会赋予海水以黄色而被称为主要组成部分，由于会赋予海水以黄色而被称为“黄色物质黄色物质(Gelbstoff，yellow substance)”。对海洋中生物学、环境化学和地球化学的变对海洋中生物学、环境化
20、学和地球化学的变化过程具有重要影响。化过程具有重要影响。19海洋中的海洋中的腐殖质腐殖质海洋的腐殖质是由死的生物海洋的腐殖质是由死的生物(主要是浮游生物主要是浮游生物)的分解产物再合成而得到的，即由多元酚、碳水的分解产物再合成而得到的，即由多元酚、碳水化合物、蛋白质缩聚而成，这是含有蛋白质的复化合物、蛋白质缩聚而成，这是含有蛋白质的复合物，它以大范围的合物，它以大范围的C/N(10)，C/P(150)比值和比值和高度的生物稳定性为其特征。高度的生物稳定性为其特征。海水的腐殖质含有多种官能团并具有表面活海水的腐殖质含有多种官能团并具有表面活性的特征。性的特征。海洋沉积物的腐殖质是金属离子的络合剂
21、和海洋沉积物的腐殖质是金属离子的络合剂和植物生长的促进剂，而且是疏水化合物的增溶剂。植物生长的促进剂，而且是疏水化合物的增溶剂。20海洋中的海洋中的腐殖质腐殖质根据腐殖质在酸和碱中的溶解度，分为：根据腐殖质在酸和碱中的溶解度，分为：腐殖酸腐殖酸(humic acid)：不溶于酸，但溶于碱：不溶于酸，但溶于碱 富里酸富里酸(fulvic acid)：溶于酸和碱：溶于酸和碱 胡敏素胡敏素(humins)：不溶于酸和碱：不溶于酸和碱以上三类混合物的化学组成相似，主要以上三类混合物的化学组成相似，主要差别在于差别在于分子量的分布分子量的分布。21海洋腐殖质与陆地腐殖质的差别海洋腐殖质与陆地腐殖质的差别
22、特性特性海洋腐殖质海洋腐殖质陆地腐殖质陆地腐殖质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(沉积物沉积物)高高高高海洋腐殖质的性质和特点海洋腐殖质的性质和特点 分子量较大，分子量较大，30030000，结构复杂。，结构复杂。性质稳定，能抵抗细菌进攻和化学氧化作用，性质稳定，能抵抗细菌进攻和化学氧化作用，不易被微生物降解或化学分解。不易被微生物降解或化学分解。海水腐殖质占有机物总量约海水腐殖质占有机物总量约6080%，深层水，深层水含量高于表层。含量高于表层。分子结构中有多种官能团，如羧基、羰基、羟分子结构中有
23、多种官能团，如羧基、羰基、羟基、酚羟基、乙酰基、氨基和醌基等。基、酚羟基、乙酰基、氨基和醌基等。由于含有多种官能团，与痕量金属元素络合或由于含有多种官能团，与痕量金属元素络合或螯合。螯合。对生物生长有一定促进作用对生物生长有一定促进作用(解毒、生物吸收金解毒、生物吸收金属络合物属络合物)。第九章第九章 海洋有机物和海洋生产力海洋有机物和海洋生产力 1 海洋有机物海洋有机物 1.1 海洋有机物的概念及分类海洋有机物的概念及分类 1.2 海洋有机物的特点及作用海洋有机物的特点及作用1.3 海洋溶解有机物的主要组成海洋溶解有机物的主要组成 1.4 海洋有机物的来源海洋有机物的来源 1.5 海洋有机物
24、的含量与分布海洋有机物的含量与分布 2 海洋有机碳海洋有机碳 3 海洋生产力海洋生产力241.4 海洋有机物的来源海洋有机物的来源外部来源外部来源：河流、大气和海洋沉积。：河流、大气和海洋沉积。来自沉积物的输入，可以是腐解过程释放出的可来自沉积物的输入，可以是腐解过程释放出的可溶性有机物，也可以是沉积中渗透出来的石油。溶性有机物，也可以是沉积中渗透出来的石油。内部来源内部来源：是指海洋中的有机物质可由化学过程或：是指海洋中的有机物质可由化学过程或生物学过程而产生。生物学过程而产生。有多种途径可使浮游植物的光合产物成为溶解有有多种途径可使浮游植物的光合产物成为溶解有机物：藻类细胞释放某些光合产物
25、；浮游动物将机物：藻类细胞释放某些光合产物；浮游动物将溶解有机物质和颗粒有机物质作为排泄物释放出溶解有机物质和颗粒有机物质作为排泄物释放出来；浮游动物摄食时可使藻细胞受损，从而使细来；浮游动物摄食时可使藻细胞受损，从而使细胞的可溶组分进入到环境中；浮游生物死亡后的胞的可溶组分进入到环境中；浮游生物死亡后的自溶过程和腐结过程也将导致可溶性化合物的生自溶过程和腐结过程也将导致可溶性化合物的生成。成。25第九章第九章 海洋有机物和海洋生产力海洋有机物和海洋生产力 1 海洋有机物海洋有机物 1.1 海洋有机物的概念及分类海洋有机物的概念及分类 1.2 海洋有机物的特点及作用海洋有机物的特点及作用1.3
26、 海洋溶解有机物的主要组成海洋溶解有机物的主要组成 1.4 海洋有机物的来源海洋有机物的来源 1.5 海洋有机物的含量与分布海洋有机物的含量与分布 2 海洋有机碳海洋有机碳 3 海洋生产力海洋生产力261.5 海洋有机物的含量与分布海洋有机物的含量与分布 海水中溶解有机物海水中溶解有机物(DOM)的含量一般以碳量表的含量一般以碳量表示，约为示，约为0.53mg/dm3。表层水中含碳量：通常最高为表层水中含碳量：通常最高为13 mg/dm3，平均，平均约约1.5 mg/dm3。深层水中含碳量相当恒定，或随深度增加，其含深层水中含碳量相当恒定，或随深度增加，其含量仅略微降低，通常少于量仅略微降低，
27、通常少于1mg/dm3。近岸和河口水中，常含有较高浓度的溶解有机物，近岸和河口水中，常含有较高浓度的溶解有机物，有的地区含碳量高达有的地区含碳量高达100mg/dm3。表层沉积物的间隙水中，表层沉积物的间隙水中，DOM的浓度比深层大的浓度比深层大洋水高洋水高10100多倍，含碳量高达多倍，含碳量高达100150mg/dm3。在还原性峡湾的沉积物中，在还原性峡湾的沉积物中，DOM含量更高。含量更高。27第九章第九章 海洋有机物和海洋生产力海洋有机物和海洋生产力 1 海洋有机物海洋有机物 2 海洋有机碳海洋有机碳 2.1 有机碳的概念及分类有机碳的概念及分类 2.2 溶解有机碳溶解有机碳(DOC)
28、2.3 颗粒有机碳颗粒有机碳(POC)3 海洋生产力海洋生产力28海洋有机碳的概念海洋有机碳的概念 有机物是一类在组成上比较复杂的物质，其共同有机物是一类在组成上比较复杂的物质，其共同点是都含有元素碳。点是都含有元素碳。人们在对海洋有机物进行测定时，通常是将有机人们在对海洋有机物进行测定时，通常是将有机物氧化，测定其主要元素碳，然后将结果表示为物氧化，测定其主要元素碳，然后将结果表示为该物质所含的有机碳。该物质所含的有机碳。实际上有机物的多少常是以有机碳的多少来表示实际上有机物的多少常是以有机碳的多少来表示的，所以人们通常把海水中有机物含量又称为有的，所以人们通常把海水中有机物含量又称为有机碳
29、含量。机碳含量。29有机碳的分类有机碳的分类 根据物理性质的不同，分为：根据物理性质的不同，分为：溶解有机碳溶解有机碳(DOC)颗粒有机碳颗粒有机碳(POC)挥发有机碳挥发有机碳(VOC)按按粒径大小粒径大小可分为：可分为：溶解有机碳溶解有机碳(DOC)颗粒有机碳颗粒有机碳(POC)胶体有机碳胶体有机碳(COC)大洋水中大洋水中DOC和和POC的含量相差较大，的含量相差较大，DOC占占有机物总量的有机物总量的90左右，左右，POC仅占仅占10%。30大洋中有机碳的含量分布图大洋中有机碳的含量分布图(张正斌，张正斌，1999)第九章第九章 海洋有机物和海洋生产力海洋有机物和海洋生产力 1 海洋有
30、机物海洋有机物 2 海洋有机碳海洋有机碳 2.1 有机碳的概念及分类有机碳的概念及分类 2.2 溶解有机碳溶解有机碳(DOC)2.3 颗粒有机碳颗粒有机碳(POC)3 海洋生产力海洋生产力322.2 溶解有机碳溶解有机碳(DOC)DOC在在操作上的定义操作上的定义为：通过一定孔径玻为：通过一定孔径玻璃纤维滤膜璃纤维滤膜(0.7m)或过滤器或过滤器(0.45m)的海的海水中所含有机物中碳的数量。水中所含有机物中碳的数量。DOM中碳的含量为中碳的含量为溶解有机碳溶解有机碳(DOC，dissolved organic carbon)。据估计。据估计DOC占占DOM约约50%。大洋水大洋水DOC占占T
31、OC总量的总量的90-99(Pilson,1998)，平均约，平均约95%左右左右(Chester,2000)。332.2 溶解有机碳溶解有机碳(DOC)海洋中海洋中DOC的来源的来源 外部来源：大气、河流和海洋底质。外部来源：大气、河流和海洋底质。内部来源：浮游植物的光合作用。内部来源：浮游植物的光合作用。海洋中海洋中DOC的移出的移出 有机物可通过物理、化学、生物有机物可通过物理、化学、生物3种主要机种主要机制从海水中移出。制从海水中移出。342.2 溶解有机碳溶解有机碳(DOC)溶解有机碳溶解有机碳(DOC)检测步骤检测步骤 海水样品的预处理：海水样品过滤、酸化和除去海水样品的预处理：海
32、水样品过滤、酸化和除去无机碳，通常需要向水样加入磷酸，使无机碳，通常需要向水样加入磷酸，使pH值在值在2-3之间，通高纯氮气驱赶之间，通高纯氮气驱赶CO2；海水中海水中DOC的氧化，产物为易于检测的的氧化，产物为易于检测的CO2，或，或继续将继续将CO2还原为还原为CH4，检测生成，检测生成CH4的浓度；的浓度；氧化或还原产物的检测，氧化或还原产物的检测，DOC氧化产生的氧化产生的CO2检检测方法较多，多用非色散红外气体分析仪检测，还测方法较多，多用非色散红外气体分析仪检测，还原产物原产物CH4用火焰离子化检测器用火焰离子化检测器(FID)检测。检测。据氧化原理的不同，将据氧化原理的不同，将D
33、OC的的测定方法测定方法分分3种：种：(1)过硫酸钾法；过硫酸钾法；(2)紫外紫外/过硫酸钾法；过硫酸钾法；(3)高温燃烧法高温燃烧法(HTC)亦称高温催化氧化法亦称高温催化氧化法(HTCO)352.2 溶解有机碳溶解有机碳(DOC)海洋中海洋中DOC的分布和变化的分布和变化 空间分布空间分布(Peltzer and Hayward,1996;Chester,2000)表层表层(100 m)：DOC浓度多变；约为深层的两倍。浓度多变；约为深层的两倍。1-1.5 mg C dm-3(80-120molC dm-3)深层深层：DOC浓度相对不变。浓度相对不变。0.5 mg C dm-3(40mol
34、C dm-3)在大洋间在气候带内在大洋间在气候带内(climatic zones)，无证据表明，无证据表明DOC浓浓度有显著或规则的差异度有显著或规则的差异(Williams,1975)。区域差异区域差异：近岸：近岸DOC浓度浓度(60-210 molC dm-3；Millero,1996)较高，高于远海和大洋。较高，高于远海和大洋。第九章第九章 海洋有机物和海洋生产力海洋有机物和海洋生产力 1 海洋有机物海洋有机物 2 海洋有机碳海洋有机碳 2.1 有机碳的概念及分类有机碳的概念及分类 2.2 溶解有机碳溶解有机碳(DOC)2.3 颗粒有机碳颗粒有机碳(POC)3 海洋生产力海洋生产力372
35、.3 颗粒有机碳颗粒有机碳(POC)海洋中颗粒有机碳一般是指海洋中颗粒有机碳一般是指粒径粒径大于大于0.45m的有的有机碳，包括海洋中有生命和无生命的悬浮颗粒和机碳，包括海洋中有生命和无生命的悬浮颗粒和沉降颗粒。沉降颗粒。表层海水中颗粒有机物主要由表层海水中颗粒有机物主要由(死亡生物体死亡生物体)生物碎生物碎屑、浮游植物、浮游动物和鱼类组成，颗粒有机屑、浮游植物、浮游动物和鱼类组成，颗粒有机碳仅是溶解有机碳量的碳仅是溶解有机碳量的1/8左右。左右。POC中活体物质主要是浮游植物，它可用中活体物质主要是浮游植物，它可用(叶绿素叶绿素a f)估测，因此有：估测，因此有：POC(碎屑碎屑)=POC(
36、总量总量)-a(叶绿素叶绿素)f38颗粒有机碳颗粒有机碳(POC)的来源的来源 近岸海域近岸海域POC的来源：陆地和大气输入的来源：陆地和大气输入由河流输入的由河流输入的POC中的中的C为为1013-1014g/a，在某，在某些河口区，外来碎屑的输入可成为些河口区，外来碎屑的输入可成为POC的主要来的主要来源。源。大气输入大气输入POC中的中的C约为约为2.2 1014g/a，然而由，然而由气泡破裂而返入大气可能形成再循环。气泡破裂而返入大气可能形成再循环。39颗粒有机碳颗粒有机碳(POC)的来源的来源 大洋中大洋中POC的来源：的来源：陆源陆源POC的输入主要限于的输入主要限于近岸环境近岸环
37、境。大洋中的大洋中的POC大部分都是在大部分都是在海洋环境中自生海洋环境中自生的，主要包括：的，主要包括：碎屑碎屑(粪粒、碎片等粪粒、碎片等)的直接形成；的直接形成；细菌的吸附和凝聚；细菌的吸附和凝聚；有机分子的聚集；有机分子的聚集；在无机矿物颗粒上吸附和胶体絮凝。在无机矿物颗粒上吸附和胶体絮凝。40颗粒有机碳颗粒有机碳(POC)的来源的来源 通过通过DOCPOC的复杂平衡过程形成的复杂平衡过程形成POC。这是海洋中形成这是海洋中形成POC的另一途径；的另一途径；DOC可以通过细菌活动或吸附在有机颗可以通过细菌活动或吸附在有机颗粒表面而形成粒表面而形成POC，POC能通过分解和溶解过程去影响能
38、通过分解和溶解过程去影响DOC的浓度。的浓度。41海洋中生源颗粒有机物的形成海洋中生源颗粒有机物的形成(张正斌，张正斌，1999)颗粒有机碳颗粒有机碳(POC)的海洋迁移的海洋迁移 海洋中海洋中POC的迁移的迁移包括在水体中的扩散和循环。包括在水体中的扩散和循环。伴随着浮游植物、浮游动物和细菌的产伴随着浮游植物、浮游动物和细菌的产生、生长和死亡，生、生长和死亡，POC在沉降运移过程中在沉降运移过程中被氧化、转化或降解，浮游植物和浮游动被氧化、转化或降解，浮游植物和浮游动物的分解，水解和腐殖化，以及沉降和再物的分解，水解和腐殖化，以及沉降和再悬浮等。悬浮等。43海洋中颗粒有机碳的分布特点海洋中颗
39、粒有机碳的分布特点 随海区的变化：随海区的变化：受来源的影响，海洋中受来源的影响，海洋中POC的分布与的分布与陆地输入和初级生产陆地输入和初级生产密切相关。密切相关。在生产力高的海区和季节受陆地影响在生产力高的海区和季节受陆地影响大的近岸区，颗粒有机碳的浓度高，反之大的近岸区，颗粒有机碳的浓度高，反之浓度低。浓度低。44海洋中颗粒有机碳的分布特点海洋中颗粒有机碳的分布特点 随深度的变化：随深度的变化：真光层真光层：POC的的浓度极高浓度极高，为深水层浓度的，为深水层浓度的10倍，活体量多，并且绝大部分的有机碳活性高，倍，活体量多，并且绝大部分的有机碳活性高，处于迅速的再循环中。估测得到浮游植物
40、对深水处于迅速的再循环中。估测得到浮游植物对深水有机碳的输入量仅相当于生产量的有机碳的输入量仅相当于生产量的10。深水层深水层：POC的浓度随深度的增加而缓慢降的浓度随深度的增加而缓慢降低，到达某一深度后浓度低，到达某一深度后浓度近于恒定近于恒定。沉积物沉积物水界面水界面：海底沉积物中有一部分沉：海底沉积物中有一部分沉降下来的降下来的POC，逐渐向上覆水扩散，形成水体中，逐渐向上覆水扩散，形成水体中的的POC。45POC随深度变化的规律随深度变化的规律式中，式中，C为在深度为在深度Z处的碳浓度，处的碳浓度，C0为在深度为在深度Z0处碳的最大浓度；处碳的最大浓度；Z0在在0-30m之间变化；之间
41、变化；k值区间为值区间为0.0190.039(k的最高值与的最高值与C0的最的最大浓度相关大浓度相关)。POC随深度增加而减少，归因于浮游动物的摄食随深度增加而减少，归因于浮游动物的摄食(约占约占30)和包括细菌分解作用在内的降解过程。和包括细菌分解作用在内的降解过程。46)(00ZZkeCC5月4日作业 1.简述海洋中有机物的存在形式；2.列出海洋中重要的溶解有机物种类；3.什么是黄色物质，有何特点？4.简述海洋颗粒有机碳的迁出机制。第九章第九章 海洋有机物和海洋生产力海洋有机物和海洋生产力 1 海洋有机物海洋有机物 2 海洋有机碳海洋有机碳 3 海洋生产力海洋生产力 3.1 海洋初级生产力
42、海洋初级生产力 3.2 影响海洋生产力的因素影响海洋生产力的因素 3.3海洋初级生产力的分布海洋初级生产力的分布 3.4 新生产力新生产力 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，将二氧：指的是浮游植物利用光能，将二氧化碳和水合成高能量的有机物的过程。化碳和水合成高能量的有机物的过程。呼吸作用呼吸作用：海洋生物将光合作用生成的高能的：海洋生物将光合作用生成的高能的有机物分解成低能量的化合物，继而转变为有机物分解成低能量的化合物，继而转变为CO2，由此获得生长代谢所需的能量。，由此获得生长代谢所需的能量。(CH2O)+
43、O2CO2+H2O 49海洋生产力的概念海洋生产力的概念 海洋生产力海洋生产力(GP)：海洋中生物通过同化作用生成：海洋中生物通过同化作用生成有机物的能力。通常以单位时间有机物的能力。通常以单位时间(年或天年或天)内单位面内单位面积积(或体积或体积)中所生产的有机物的质量来计算。中所生产的有机物的质量来计算。全球海洋生物的固碳能力约在全球海洋生物的固碳能力约在36.5103Gt/a范围内，范围内，仅南大洋大磷虾粪便和蜕皮的碳通量就达仅南大洋大磷虾粪便和蜕皮的碳通量就达1.6Gt/a 海洋净生产力海洋净生产力(NPP)是指单位时间内单位面积是指单位时间内单位面积(或或体积体积)中所同化有机物总量
44、中所同化有机物总量扣除生物活动消耗扣除生物活动消耗之后之后的的余额余额。多数情况下净生产力不到总生产力的一半。多数情况下净生产力不到总生产力的一半。现存量、周转率、周转时间：生产力现存量、周转率、周转时间：生产力=现存量现存量周转率周转率50海域的初级生产力海域的初级生产力主要由海洋浮游植物和海洋底栖植物生产力组成。主要由海洋浮游植物和海洋底栖植物生产力组成。海洋的初级生产力海洋的初级生产力(PP)是浮游植物、底栖植物是浮游植物、底栖植物(包括包括定生海藻、红树、海藻等定生海藻、红树、海藻等)以及自养细菌等通过光合以及自养细菌等通过光合作用，将无机营养盐和无机碳转化成有机物的能力作用，将无机营
45、养盐和无机碳转化成有机物的能力，也称原始生产力或基础生产力。，也称原始生产力或基础生产力。海洋生物同化的有机物一般需经初级生产、二级生产、三级甚至四级生产，达到终级生产等不同环节，转化为人类食用的各种水产品。海洋次级生产力海洋次级生产力(二级生产力二级生产力)是以植物和细菌等初级是以植物和细菌等初级生产者为营养来源的生物生产能力。二级生产者主生产者为营养来源的生物生产能力。二级生产者主要指浮游动物、大部分底栖动物和植食性游泳动物要指浮游动物、大部分底栖动物和植食性游泳动物诸如幼鱼、小虾等。诸如幼鱼、小虾等。51各级海洋生产力各级海洋生产力 海洋三级生产力海洋三级生产力是以浮游动物等二级生产者为
46、营是以浮游动物等二级生产者为营养来源的生物生产能力。养来源的生物生产能力。三级生产者主要包括肉食性鱼类和大型无脊三级生产者主要包括肉食性鱼类和大型无脊椎动物。椎动物。终级生产力终级生产力是一些自身不再被其他生物所摄食的是一些自身不再被其他生物所摄食的生物生产力，它处于海洋食物链的末端。生物生产力，它处于海洋食物链的末端。终级生产者主要指凶猛鱼类和大型动物。终级生产者主要指凶猛鱼类和大型动物。海洋动物生产力海洋动物生产力是包括海洋生物二级、三级、四是包括海洋生物二级、三级、四级级(三者合称次级生产力三者合称次级生产力)直到动物的终级生直到动物的终级生产力。产力。52初级生产力估计值初级生产力估计
47、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级生产力约为出世界海洋浮游植物的初级生产力约为 23109吨吨碳碳/年年 1975年年J.Pratt(普拉特等普拉特等)订正为订正为31109吨碳吨碳/年。年。1979年提高为年提高为45109吨碳吨碳/年。年。1980年年K.K.Markov(马尔科夫马尔科夫)认为世界海洋浮游认为世界海洋浮游植物的初级生产力达植物的初级生产力达431010吨碳吨碳/年。年。1981年美国年美国C.J.Dawes(道斯道斯)指出世界海洋净初级指出世界海洋净初级生产力为生产力为10.741010吨碳
48、吨碳/年。年。三大洋中三大洋中,印度洋的平均初级生产力最高印度洋的平均初级生产力最高,达达80克碳克碳/(米米2年年)；大西洋次之，平均为；大西洋次之，平均为69克碳克碳/(米米2年年)；而太平洋平均生产力只有而太平洋平均生产力只有46克碳克碳/(米米2年年)。53第九章第九章 海洋有机物和海洋生产力海洋有机物和海洋生产力 1 海洋有机物海洋有机物 2 海洋有机碳海洋有机碳 3 海洋生产力海洋生产力 3.1 海洋初级生产力海洋初级生产力 3.2 影响海洋生产力的因素影响海洋生产力的因素 3.3海洋初级生产力的分布海洋初级生产力的分布 3.4 新生产力新生产力 3.5 Redfield 模型模型
49、543.2 影响海洋生产力的因素影响海洋生产力的因素一、光照一、光照二、营养盐二、营养盐三、微量元素三、微量元素四、温度四、温度五、水深五、水深六、摄食作用六、摄食作用55一、光一、光 1、藻类光合作用与辐照度、藻类光合作用与辐照度的抛物线关系的抛物线关系 在光抑制之前的曲线可在光抑制之前的曲线可用下式表示：用下式表示：P(g)=PmaxI/(Ik+I)2、饱和光强：不同种类、饱和光强：不同种类、不同纬度、不同季节饱不同纬度、不同季节饱和光强不同；适应性和光强不同；适应性3、补偿深度、补偿光强、补偿深度、补偿光强、补偿点；理论上的真光补偿点；理论上的真光层深度层深度纬度、季节、天气、浊度纬度、
50、季节、天气、浊度、时间、海况的影响、时间、海况的影响56 图图7-2 光合作用对光强变化的反应光合作用对光强变化的反应(引自引自Parsons 1984)Pmax Pg Pn 呼吸呼吸 补偿点补偿点 光抑制光抑制?P?I IC IK 光强光强(I)/Cal/(ml min)光合作用光合作用(P)/mg C/(ml h)0 二、营养盐二、营养盐(一一)营养盐吸收方程营养盐吸收方程1、米氏方程：、米氏方程：57V=VmSKsS Vm a Ks S Vm2 二、营养盐二、营养盐 2、最大吸收速率、最大吸收速率(Vm)：反映细胞营养水平和环境限制程度的指标反映细胞营养水平和环境限制程度的指标 可变可变
