化学海洋学精品课件-海洋中磷的生物地球化学循环.pptVIP

主要生源要素生物地球化学循环 第 5 章 第2节 磷的生物地球化学循环 长期争论的科学问题： 海洋生物生产力的主要限制性营养盐？ 地球化学家：磷限制 海洋存在生物固氮作用 大气输入的磷极少，海洋磷没有可替代来源 结论： 硝酸盐应追随磷酸盐的变化而变化，海洋中磷的动力学控制着生物生产力 海洋磷循环的重要性 生物学家：氮限制 大量数据表明，NO3-比PO43-稍早耗完，营养盐缺乏水体仍含有少量残余PO43-，而NO3-检测不到 贫营养水体加入NO3-可激发浮游植物生长，但加入PO43-则不起作用 结论： 海洋氮营养盐调控着生物生产力 海洋磷循环的重要性 Tyrrell (1999)：NO3-是潜在限制性营养盐（proximate limiting nutrient），PO43-是最终限制性营养盐（ultimate limiting nutrient） 潜在限制性营养盐：加入PLN可在几小时到几天尺度上加强生物生产力 最终限制性营养盐：长时间尺度上驱动整个生态系统的生产力。如果ULN输入发生变化，生产力将在成百上千年尺度上发生变化 海洋磷循环的重要性：时间尺度的考量 海洋磷循环的重要性：短时间尺度 GEOSECS数据 北太平洋ALOHA 北太平洋ALOHA 不同形态磷 生物可利用性？ 二、磷的存在形态与储库 TP = PP + TDP PP = POP + PIP TDP = DOP + DIP 磷存在形态： 无机磷存在形态 形态 相态 测量方法 正磷酸盐 （H2PO4-、HPO42-、PO43-） 真溶解态、细胞内 磷钼蓝法 焦磷酸盐 （P2O74-） 真溶解态、细胞内 水解+磷钼蓝法 缩聚的环状（偏磷酸盐）和线状（多聚磷酸盐）聚合物 溶解态、胶体态、颗粒态 水解+磷钼蓝法 无机磷各形态之间的转化 T=25?C、pH=8.1、S=35 无机磷形态 份额（%） H3PO4 0 H2PO4- 0.5 HPO42- 79.2 PO43- 20.4 S=35 各形态无机磷的份额 压力对溶解无机磷形态的影响 T=25?C、pH=8.1、S=35 DIP形态所占份额（%） 压力（Pa） 105 500?105 1000?105 H3PO4 0 0 0 H2PO4- 0.5 0.2 0.1 HPO42- 79.2 66.1 51.6 PO43- 20.4 33.7 48.3 磷酸酯单体（C-O-P键） 磷酸酯聚合体（C-O-P键） 膦酸酯（C-P键） 其他有机磷聚合物 有机磷存在形态 葡糖-6-磷酸 核糖核酸（RNA） 瞵甲酸 磷钼蓝法：有机磷部分水解，导致对无机磷酸盐真实浓度的高估 活性磷酸盐（SRP）：标准磷钼蓝法测定的组分，SRP ? 无机磷酸盐，但实际上，SRP无机磷酸盐 溶解非活性磷（soluble nonreactive P，SNP）：TDP - SRP。SNP与分析所用氧化/水解条件有关，包括有机磷、焦磷酸盐、无机磷聚合物，SNPDOP 磷存在形态：测定问题 TDP的测定：高强度紫外光/高温湿法氧化/二者结合将SNP转化为DIP，用磷钼蓝法测量 存在问题：无法定量转化 生物可利用磷（biologically available P，BAP）：包括无机磷酸盐和SNP中部分生物可利用的组分，尚没有常规测量方法。 磷存在形态：测定问题 三、海洋磷的收支状况 工业革命前 TP天然输入通量：（2.6~3.3）?1011 molP/a 考虑人类活动影响：（7.4~15.6）?1011 molP/a 主要以颗粒态存在，大多在近海沉降迁出，进入海洋磷循环的主要是溶解态磷 工业革命前进入海洋的总DIP通量：（3~15）?1010 molP/a 海洋磷来源：径流输入 主要路径，河流磷主要来自陆地岩石和土壤的风化 大气沉降输入TP通量：4.5?1010 molP/a，活性无机磷占25-30% 气溶胶磷的溶解度：受来源、颗粒大小、海表面气象条件、生物学状况等影响 大气输入海洋磷循环的通量：1?1010 molP/a（假设气溶胶磷溶解度为22%） 海洋磷来源：大气沉降 火山喷发是区域性的，仅在有限时空尺度上产生影响 少量研究显示，对于区域海洋，火山活动输入的DIP可能远高于大气沉降输入量（Resing, 1997） 海洋磷来源：火山活动 磷从水体迁出的最重要途径：生物吸收、结合进入沉降颗粒有机物、埋藏于沉积物 磷埋藏通量：（2.8~3.1）?1011 molP/a 埋藏于海底（1000 m）的有机碳通量：3.3?1013 molC/a（Jahnke，1996），结合Redfield比（P/C=1:106） 海洋磷的迁出：有机质的埋藏 结合进入CaCO3壳