海洋有机物及地球化学过程PPT课件下载

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印春生2010-05-221第七章海洋有机物及地球化学过程第七章海洋有机物及地球化学过程§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成§7-2§7-2海水中的有机碳海水中的有机碳（氮、磷）（氮、磷）§7-3§7-3海洋生产力海洋生产力印春生2010-05-222第七章海洋有机物及地球化学过程第七章海洋有机物及地球化学过程§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成Ø一、海洋有机物概述一、海洋有机物概述Ø二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类印春生2010-05-223§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成一、海洋有机物概述一、海洋有机物概述海水中的有机物（海水中的有机物（organicmatter,OMorganicmatter,OM），广义地讲，包括大至鲸），广义地讲，包括大至鲸小至甲烷分子的有机物。小至甲烷分子的有机物。海洋化学研究的有机物：海洋化学研究的有机物：●●主要是海洋生物的代谢物、分解物、残骸和碎屑等，它们是主要是海洋生物的代谢物、分解物、残骸和碎屑等，它们是海洋海洋本身所产生的本身所产生的；；●●还有一部分是还有一部分是陆源有机物陆源有机物，包括人类生活和生产活动所产生的有，包括人类生活和生产活动所产生的有机物质和有机污染物质，通过机物质和有机污染物质，通过大气大气或或河流河流带入海洋中。带入海洋中。印春生2010-05-224§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成一、海洋有机物概述一、海洋有机物概述1.1.海洋有机物的来源海洋有机物的来源●●外部来源外部来源主要是河流输入和大气沉降。主要是河流输入和大气沉降。河流输入河流输入：：1.8×101.8×101414ggyy－－11。。陆源腐殖质；人工合成物，如农药、洗涤剂等。陆源腐殖质；人工合成物，如农药、洗涤剂等。大气沉降大气沉降：：2.2×102.2×101414ggyy－－11。。PCBsPCBs；含氯农药如；含氯农药如DDTDDT等。等。印春生2010-05-225§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成一、海洋有机物概述一、海洋有机物概述1.1.海洋有机物的来源海洋有机物的来源●●内部来源内部来源－生物光合作用－生物光合作用合成，约合成，约3.6×103.6×101616ggyy－－11，，浮游藻浮游藻是主要生产者，是主要生产者，底栖藻底栖藻约约1/101/10，细菌贡献也不容忽视。，细菌贡献也不容忽视。输入方式：输入方式：浮游植物生长过程中释放有机物；浮游植物生长过程中释放有机物；浮游动物摄食浮游植物时细胞破裂泄漏；浮游动物摄食浮游植物时细胞破裂泄漏；海洋动物的排泄物和分泌物；海洋动物的排泄物和分泌物；生物死亡后自溶和分解。生物死亡后自溶和分解。－光化学合成：光合细菌（－光化学合成：光合细菌（光合细菌的光合作用及应用展望，徐芬芬，光合细菌的光合作用及应用展望，徐芬芬，20120111））－沉积物释放－沉积物释放：有机质分解释放；海底油渗。：有机质分解释放；海底油渗。海洋内部有机物来源的输入方式海洋内部有机物来源的输入方式..印春生2010-05-226§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成一、海洋有机物概述一、海洋有机物概述2.2.海洋有机物的特点海洋有机物的特点●●含量低含量低。大洋表层水溶解有机碳浓度为。大洋表层水溶解有机碳浓度为90μmoldm90μmoldm－－33左右，深左右，深层平均含量不到层平均含量不到50μmoldm50μmoldm－－33。。●●组成复杂组成复杂。到目前为止，尚未完全搞清海洋有机物的组成，大部。到目前为止，尚未完全搞清海洋有机物的组成，大部分溶解有机物的组成、结构尚未确定下来，只有大约分溶解有机物的组成、结构尚未确定下来，只有大约2525％的有机物％的有机物的结构得到确定。的结构得到确定。●●分布不均匀分布不均匀。受来源和去除作用的影响，海洋有机物分布呈现明。受来源和去除作用的影响，海洋有机物分布呈现明显的时间性和区域性，属非保守要素。显的时间性和区域性，属非保守要素。●●容易形成金属－有机络合物容易形成金属－有机络合物。海洋中存在有机－无机相互作用，。海洋中存在有机－无机相互作用，其中所观察到的是形成金属有机络合物，如含其中所观察到的是形成金属有机络合物，如含CoCo2+2+的氰钴胺素（的氰钴胺素（VVBB1212）和含镁的叶绿素）和含镁的叶绿素aa，均已作结构鉴定。，均已作结构鉴定。印春生2010-05-227§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成一、海洋有机物概述一、海洋有机物概述3.3.海洋有机物对海水物理、化学和生物性质的影响海洋有机物对海水物理、化学和生物性质的影响●●对水色的影响（对水色的影响（改变表面活性和张力改变表面活性和张力）。）。●●对海－气交换的影响：表面微层及其作用。对海－气交换的影响：表面微层及其作用。●●对多价金属离子的络合作用。对多价金属离子的络合作用。●●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。●●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::表面吸附、浓缩细菌，影响氧化－还原作用，…表面吸附、浓缩细菌，影响氧化－还原作用，…●●对海洋生物生理过程的作用。对海洋生物生理过程的作用。印春生2010-05-228§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类海洋中的海洋中的有机物（有机物（OMOM））●●按来源分类：按来源分类：陆源、海源；陆源、海源；●●按溶解性（过滤操作）分类：按溶解性（过滤操作）分类：溶解有机物（溶解有机物（DOMDOM）、颗粒有机物（）、颗粒有机物（POMPOM）；）；●●按分子量分类：按分子量分类：低分子有机物、高分子有机物；低分子有机物、高分子有机物；●●按稳定性分类：按稳定性分类：稳定有机物、不稳定有机物；稳定有机物、不稳定有机物；●●按（生物）化学类别分类：化学结构、生物作用特点按（生物）化学类别分类：化学结构、生物作用特点类脂物、碳水化合物、氨基酸和多肽、腐殖质，…类脂物、碳水化合物、氨基酸和多肽、腐殖质，…印春生2010-05-229§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类1.1.类脂化合物（类脂化合物（LipidsLipids））溶于弱极性或非极性有机溶剂中的一类疏水或憎水性有机化合物。溶于弱极性或非极性有机溶剂中的一类疏水或憎水性有机化合物。包括包括脂肪酸脂肪酸（（>C4>C4）、）、醇类醇类（甘油醇、神经醇、甾醇等）、由它们（甘油醇、神经醇、甾醇等）、由它们形成的酯以及它们的形成的酯以及它们的衍生物衍生物和和含硫化合物含硫化合物。。溶解类脂溶解类脂：大洋水中约：大洋水中约150μgdm150μgdm－－33（占（占DOCDOC约约1010－－20%20%）。）。颗粒类脂颗粒类脂：约：约100μgdm100μgdm－－33近岸水中颗粒类脂与溶解类脂近岸水中颗粒类脂与溶解类脂比值比值明显高于大洋和深海明显高于大洋和深海((分布分布))。。（萜类化合物、甾体化合物）（萜类化合物、甾体化合物）印春生2010-05-2210类脂化合物类脂化合物（（LipidsLipids））类脂指的是与脂和油很类似的化合物，种类很多，主要分为类脂指的是与脂和油很类似的化合物，种类很多，主要分为55大大类：类：11、磷脂：含有磷酸、脂肪酸和氮的化合物；、磷脂：含有磷酸、脂肪酸和氮的化合物；22、鞘脂类：含有磷酸、脂肪酸、胆碱和氨基醇的化合物；、鞘脂类：含有磷酸、脂肪酸、胆碱和氨基醇的化合物；33、糖脂：含有碳水化合物、脂肪酸和氨基醇的化合物；、糖脂：含有碳水化合物、脂肪酸和氨基醇的化合物；44、类固醇及固醇：类固醇都是相对分子质量很大的化合物，如、类固醇及固醇：类固醇都是相对分子质量很大的化合物，如动植物组织中的胆固醇和植物组织中谷固醇；动植物组织中的胆固醇和植物组织中谷固醇；55、脂蛋白类：是脂类与蛋白质的结合物。、脂蛋白类：是脂类与蛋白质的结合物。印春生2010-05-2211§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类1.1.类脂化合物（类脂化合物（LipidsLipids））类脂化合物种类：类脂化合物种类：简单类脂简单类脂中性脂肪（如脂肪酸甘油酯）、蜡（如蜡酯、甾醇酯）；中性脂肪（如脂肪酸甘油酯）、蜡（如蜡酯、甾醇酯）；复杂类脂复杂类脂由脂肪酸和甘油醇或神经醇所形成的酯，含有磷酸、糖、含氮碱等。由脂肪酸和甘油醇或神经醇所形成的酯，含有磷酸、糖、含氮碱等。如磷脂、糖脂；如磷脂、糖脂；衍生类脂衍生类脂脂肪酸、脂肪醛、脂肪胺、取代烃、萜类（胡萝卜素、香精油、天然脂肪酸、脂肪醛、脂肪胺、取代烃、萜类（胡萝卜素、香精油、天然橡胶）、其他脂质（维生素橡胶）、其他脂质（维生素AA、、DD、、EE、、KK、前列腺素、脂多糖，脂、前列腺素、脂多糖，脂蛋白）等。蛋白）等。印春生2010-05-2212§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类1.1.类脂化合物（类脂化合物（LipidsLipids））简单类脂简单类脂长链脂肪酸甘油酯长链脂肪酸甘油酯印春生2010-05-2213§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类1.1.类脂化合物（类脂化合物（LipidsLipids））●●复杂类脂：复杂类脂：磷脂磷脂神经醇磷脂神经醇磷脂含氮碱或其它基团含氮碱或其它基团印春生2010-05-2214§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类1.1.类脂化合物（类脂化合物（LipidsLipids））●●复杂类脂：复杂类脂：磷脂磷脂卵磷脂卵磷脂水解产物：甘油、磷酸、胆碱水解产物：甘油、磷酸、胆碱印春生2010-05-2215蛋黄中含有丰富的卵磷脂；蛋黄中含有丰富的卵磷脂；牛奶、动物的脑、骨髓、心脏、肺脏、肝脏、肾脏以及牛奶、动物的脑、骨髓、心脏、肺脏、肝脏、肾脏以及大豆和酵母中都含有卵磷脂。大豆和酵母中都含有卵磷脂。印春生2010-05-2216§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类1.1.类脂化合物（类脂化合物（LipidsLipids））●●复杂类脂：复杂类脂：糖脂糖脂半乳糖甘油二酸酯半乳糖甘油二酸酯印春生2010-05-2217§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类1.1.类脂化合物（类脂化合物（LipidsLipids））●●醇类醇类神经醇神经醇胆甾醇，即胆固醇胆甾醇，即胆固醇兽肉的胆固醇含量高于禽肉，肥肉高于瘦肉，贝壳类和软体类高于一般鱼类，而蛋兽肉的胆固醇含量高于禽肉，肥肉高于瘦肉，贝壳类和软体类高于一般鱼类，而蛋黄、鱼子、动物内脏的胆固醇含量则最高。黄、鱼子、动物内脏的胆固醇含量则最高。印春生2010-05-2218§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类2.2.烃类烃类：包括：包括海洋天然烃海洋天然烃和和石油烃石油烃。。●●海洋天然烃海洋天然烃：一般只含脂肪烃，无环烷烃、芳香烃。：一般只含脂肪烃，无环烷烃、芳香烃。正链烷烃正链烷烃通常通常奇碳奇碳烃占优势；烃占优势；海洋海洋浮游植物中浮游植物中CC1515~C~C2121,,其中其中n-Cn-C1717,n-C,n-C1919最多。最多。陆地陆地植物合成的也有奇碳优势，只是分子量高（植物合成的也有奇碳优势，只是分子量高（CC2323~C~C2525）。）。支链烷烃支链烷烃主要存在于海洋动物中，且主要是主要存在于海洋动物中，且主要是异戊二烯式烷烃异戊二烯式烷烃，，如如姥鲛烷姥鲛烷((pristanepristane))、、植烷植烷((phytanephytane))。。链烯烃链烯烃链烯烃是链烯烃是海洋生物的优势烃（特征烃）海洋生物的优势烃（特征烃），如，如角鲨烯角鲨烯((squalenesqualene))。。印春生2010-05-2219§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类2.2.烃类烃类：包括：包括海洋天然烃海洋天然烃和和石油烃石油烃。。●●石油烃石油烃：：烃类组成复杂。烃类组成复杂。分子组成和分子量范围宽，同系物中相邻分子组成和分子量范围宽，同系物中相邻化合物含量相近，无奇偶优势。化合物含量相近，无奇偶优势。（含少量杂原子）（含少量杂原子）正链烷烃：正链烷烃：CC11~C~C6060或更高的同系列化合物，且奇或更高的同系列化合物，且奇//偶偶=1=1。。支链烷烃：支链烷烃：有许多种包括类异戊二烯式烷烃。有许多种包括类异戊二烯式烷烃。一般不存在链烯烃一般不存在链烯烃。但其加工产品中有一些，主要是低分子量的，在。但其加工产品中有一些，主要是低分子量的，在环境中易降解氧化。环境中易降解氧化。环烷烃：环烷烃：含有一定数量的环烷烃，包括有取代基的。含有一定数量的环烷烃，包括有取代基的。芳香烃：芳香烃：含多种及其取代物。含多种及其取代物。印春生2010-05-2220§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类2.2.烃类烃类：包括：包括海洋天然烃海洋天然烃和和石油烃石油烃。。●●石油烃石油烃：：单环芳烃：单环芳烃：多环芳烃、稠环芳烃：多环芳烃、稠环芳烃：萘萘,,菲菲,,芘芘苯并芘苯并芘““1,2-1,2-苯并芘苯并芘””或叫或叫““苯并苯并[a][a]芘芘””印春生2010-05-2221§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类3.3.卤代烃卤代烃：：●●海洋天然有机卤化物海洋天然有机卤化物：：由由海洋生物产生海洋生物产生的特征天然有机物，常见为的特征天然有机物，常见为含溴有机物含溴有机物。在海洋细菌、。在海洋细菌、蓝藻、绿藻、红藻、无脊椎动物（如海绵）中发现蓝藻、绿藻、红藻、无脊椎动物（如海绵）中发现400400多种有机卤化物。多种有机卤化物。●●DDTDDT((dichlorodiphenyltrichloroethanedichlorodiphenyltrichloroethane，双，双--对氯苯基三氯乙烷对氯苯基三氯乙烷))●●多氯联苯多氯联苯((polychlorinatedbiphenylspolychlorinatedbiphenyls，，PCBsPCBs))CC1212HHnnClCl10-10-nn，，n=0~9n=0~9共有共有209209个异构体，个异构体，已测出已测出100100多个多个。工业上由联苯经氯化作用制备，产。工业上由联苯经氯化作用制备，产物为混合物，不做分离，只标示平均含氯量。为液体和饴状固体，难溶物为混合物，不做分离，只标示平均含氯量。为液体和饴状固体，难溶于水，于水，B.P.270B.P.270－－420°C420°C。。印春生2010-05-2222§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类4.4.碳水化合物（碳水化合物（CarbohydratesCarbohydrates））浮游植物光合作用产物。浮游植物光合作用产物。————提供生命活动能量（约占总能量的提供生命活动能量（约占总能量的60%60%））————对生物起支撑保护作用（纤维素、甲壳质）对生物起支撑保护作用（纤维素、甲壳质）————合成其它生命物质（蛋白质、核酸、类脂物）的原料。合成其它生命物质（蛋白质、核酸、类脂物）的原料。已确定的种类有已确定的种类有葡萄糖葡萄糖、、半乳糖半乳糖和和甘露糖甘露糖等各种等各种己糖己糖，，鼠李糖、木糖鼠李糖、木糖等等戊糖戊糖；还有；还有糖醛酸糖醛酸、、氨基糖氨基糖等。等。海水糖总含量为海水糖总含量为200200－－600600微克微克//升。个别糖的含量只有几到几十微克升。个别糖的含量只有几到几十微克//升。升。印春生2010-05-2223印春生2010-05-2224甲壳素的主要成分是什么？甲壳素的主要成分是什么？印春生2010-05-2225§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类5.5.氨基酸（氨基酸（AminoacidsAminoacids，，AAAA））海水中的氨基酸类化合物包括各种酸性的、中性的和碱性的氨基酸，在海水中的氨基酸类化合物包括各种酸性的、中性的和碱性的氨基酸，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。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。海水中氨基酸大部分为结合氨基酸（也即肽）海水中氨基酸大部分为结合氨基酸（也即肽）。。印春生2010-05-2226§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类5.5.氨基酸（氨基酸（AminoacidsAminoacids，，AAAA））种类种类海水中氨基酸类化合物无论游离的或结合的，其种类都以海水中氨基酸类化合物无论游离的或结合的，其种类都以甘氨酸、丝氨甘氨酸、丝氨酸、丙氨酸、鸟氨酸酸、丙氨酸、鸟氨酸等的含量居多。等的含量居多。含量含量氨基酸类化合物在大洋水中总含量为氨基酸类化合物在大洋水中总含量为55－－9090微克微克//升，但在近海或生物升，但在近海或生物生产力高的海域，总含量可达生产力高的海域，总含量可达400400微克微克//升。升。印春生2010-05-2227海水中的氨基酸种类（表海水中的氨基酸种类（表7.17.1，张正斌，，张正斌，pppp181855））碱性氨基酸碱性氨基酸印春生2010-05-22286.6.维生素（维生素（VitaminsVitamins））许多维生素是含氮化合物。维生素是生物生长必需的有机物，研究较多许多维生素是含氮化合物。维生素是生物生长必需的有机物，研究较多的是的是VBVB1212（钴胺素）、（钴胺素）、VBVB11（硫胺素）、（硫胺素）、VBVB77、、VHVH（生物素）等。（生物素）等。维生素主要由细菌产生，还会来源于浮游植物和某些生长期的藻类。已维生素主要由细菌产生，还会来源于浮游植物和某些生长期的藻类。已定量测定过的定量测定过的VBVB1212、、VBVB11和生物素在深度为和生物素在深度为00－－100m100m的大洋水中的平的大洋水中的平均含量分别为均含量分别为0.10.1、、0.80.8和和1.8μgdm1.8μgdm－－33，在近岸海水中的含量较高。，在近岸海水中的含量较高。§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类印春生2010-05-2229VHVH（生物素）（生物素）VB1VB1（硫胺素）（硫胺素）VB12VB12（钴胺素）（钴胺素）印春生2010-05-2230§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类7.7.腐殖质（腐殖质（Humus;Humicsubstances,HSHumus;Humicsubstances,HS））海洋中大部分溶解有机物质的性质是不清楚的。海洋中大部分溶解有机物质的性质是不清楚的。多年前人们发现海水中溶解有机组分使海水发黄，将这部分物质称为多年前人们发现海水中溶解有机组分使海水发黄，将这部分物质称为“黄色物质（“黄色物质（GelbstoffGelbstoff）”。）”。由于人们对这类物质的组成不清楚，且与土壤腐殖质特点相类似，因此由于人们对这类物质的组成不清楚，且与土壤腐殖质特点相类似，因此将这类未鉴定有机物质称作“将这类未鉴定有机物质称作“海洋腐殖质海洋腐殖质”。”。但是海洋腐殖质与土壤腐殖质是不同的但是海洋腐殖质与土壤腐殖质是不同的。。印春生2010-05-2231§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类7.7.腐殖质（腐殖质（Humus;Humicsubstances,HSHumus;Humicsubstances,HS））●●什么是海洋腐殖质？什么是海洋腐殖质？海洋腐殖质海洋腐殖质是海洋生物的代谢产物、死亡后残留物的简单成分或分解作是海洋生物的代谢产物、死亡后残留物的简单成分或分解作用的中间产物（如糖类、氨基酸、酚类、类脂物等），在微生物和其它用的中间产物（如糖类、氨基酸、酚类、类脂物等），在微生物和其它自然条件作用下，经过化学和生物化学的合成作用，而形成的一类性质自然条件作用下，经过化学和生物化学的合成作用，而形成的一类性质稳定、不易分解，分子量较大，结构复杂的有机物。稳定、不易分解，分子量较大，结构复杂的有机物。腐殖质的形成过程也叫做“腐殖质的形成过程也叫做“腐殖化作用（腐殖化作用（HumificationHumification））”。”。什么是海洋腐殖质？何谓腐殖化作用？什么是海洋腐殖质？何谓腐殖化作用？印春生2010-05-2232§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类7.7.腐殖质（腐殖质（Humus;Humicsubstances,HSHumus;Humicsubstances,HS））海洋海洋HSHS和陆地和陆地HSHS的差别的差别印春生2010-05-2233§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类7.7.腐殖质（腐殖质（Humus;Humicsubstances,HSHumus;Humicsubstances,HS））●●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，300300－－3000030000，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，不易被微生物降解或化－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。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6060－－80%80%，深层水含量高于表层。，深层水含量高于表层。－分子结构中有多种官能团，如－分子结构中有多种官能团，如羧基、羰基、羟基、酚羟基、乙酰基、羧基、羰基、羟基、酚羟基、乙酰基、氨基和醌基氨基和醌基等。等。－由于含有多种官能团，与痕量金属元素络合或螯合。－由于含有多种官能团，与痕量金属元素络合或螯合。－对生物生长有一定促进作用（解毒、生物吸收金属络合物）。－对生物生长有一定促进作用（解毒、生物吸收金属络合物）。印春生2010-05-2234§7-1§7-1海洋有机物的组成海洋有机物的组成二、海洋有机物的分类二、海洋有机物的分类7.7.腐殖质（腐殖质（Humus;Humicsubstances,HSHumus;Humicsubstances,HS））●●海洋腐殖质的分类海洋腐殖质的分类腐殖酸（腐殖酸（Humicacid,HAHumicacid,HA）：）：呈酸性。将腐殖质溶于碱中，再酸化至呈酸性。将腐殖质溶于碱中，再酸化至pHpH≤2≤2时析出沉淀的部分为腐殖酸。时析出沉淀的部分为腐殖酸。吉马多美朗酸吉马多美朗酸（（HymatomelanicacidHymatomelanicacid，，BHABHA）是）是HAHA的可溶于醇的部分。的可溶于醇的部分。富里酸（富里酸（Fulvicacid,FAFulvicacid,FA）：）：在碱中溶解，酸化后亦溶解的部分为富里酸。在碱中溶解，酸化后亦溶解的部分为富里酸。胡敏素胡敏素（（HuminHumin，又叫“腐黑物”）：是腐殖质在碱和酸中都不溶解的，又叫“腐黑物”）：是腐殖质在碱和酸中都不溶解的部分。部分。一般认为一般认为HAHA分子量大于分子量大于FAFA，且，且FAFA能向能向HAHA转化。转化。印春生2010-05-2235第七章海洋有机物及地球化学过程第七章海洋有机物及地球化学过程一、溶解有机碳（DOC）二、颗粒有机碳（POC）三、有机氮、磷四、海洋中有机物的迁移和变化§7-2§7-2海水中的有机碳（和有机氮、磷）海水中的有机碳（和有机氮、磷）印春生2010-05-2236第七章海洋有机物及地球化学过程第七章海洋有机物及地球化学过程有机碳（organiccarbon,OC）常用于表征有机物的含量。海水中有机物的含量难以逐一测定各种有机物的含量然后求和，而是用有机物中的一种元素，通常是碳元素的含量来表示有机物含量的高低。§7-2§7-2海水中的有机碳（和有机氮、磷）海水中的有机碳（和有机氮、磷）印春生2010-05-2237第七章海洋有机物及地球化学过程第七章海洋有机物及地球化学过程有机碳的形态按分离操作方式可分为：溶解有机碳（溶解有机碳（DOCDOC））颗粒有机碳（颗粒有机碳（POCPOC））挥发有机碳（挥发有机碳（VOCVOC））水体中有机碳总量则为总有机碳（TOC）。§7-2§7-2海水中的有机碳（和有机氮、磷）海水中的有机碳（和有机氮、磷）印春生2010-05-2238§7-2§7-2海水中的有机碳（和有机氮、磷）海水中的有机碳（和有机氮、磷）一、溶解有机碳（一、溶解有机碳（DOCDOC））溶解有机碳溶解有机碳（（DOCDOC）：通过一定的孔径过滤器材如玻璃纤维滤片）：通过一定的孔径过滤器材如玻璃纤维滤片（如（如GF/FGF/F，，φφ0.7μm0.7μm）或银滤器（）或银滤器（φφ0.45μm0.45μm）的海水中所含有机）的海水中所含有机物中物中碳的量碳的量。。大洋水中大洋水中DOCDOC和和POCPOC的含量相差较大，的含量相差较大，DOCDOC占有机物总量的占有机物总量的9090％左右，％左右，POCPOC仅占仅占1010％（％（pp190pp190）。）。溶解有机碳的实验测定方法溶解有机碳的实验测定方法（张正斌，（张正斌，pp194pp194－－196196）。）。印春生2010-05-2239§7-2海水中的有机碳（和有机氮、磷）一、溶解有机碳（一、溶解有机碳（DOCDOC））张正斌，张正斌，pp190pp190印春生2010-05-2240§7-2§7-2海水中的有机碳（和有机氮、磷）海水中的有机碳（和有机氮、磷）一、溶解有机碳（一、溶解有机碳（DOCDOC））1.1.海洋中海洋中DOCDOC的来源和去除的来源和去除（张正斌，（张正斌，pp191pp191－－192192））DOCDOC的来源的来源外部来源：大气输入（降水外部来源：大气输入（降水2.2×102.2×101414ggyy－－11））河流输入（河流输入（1.8×101.8×101414ggyy－－11）。）。内部来源：生物生产。内部来源：生物生产。DOCDOC的移出的移出物理移出：相变化、扩散、聚集为颗粒物等；物理移出：相变化、扩散、聚集为颗粒物等；化学移出：表层的光化学分解；化学移出：表层的光化学分解；生物移出：主要为微生物利用（消耗光合作用固碳量的生物移出：主要为微生物利用（消耗光合作用固碳量的2020～～4040％或％或更多）、降解或腐殖化等。更多）、降解或腐殖化等。印春生2010-05-2241§7-2§7-2海水中的有机碳（和有机氮、磷）海水中的有机碳（和有机氮、磷）一、溶解有机碳（一、溶解有机碳（DOCDOC））2.2.海洋中海洋中DOCDOC的分布和变化的分布和变化（（张正斌，张正斌，pppp192192－－194194））空间分布空间分布上层上层100100米以内米以内：：DOCDOC浓度比深水高浓度比深水高3030－－5050％，约为％，约为6565－－91μmo91μmolCdmlCdm－－33左右。左右。100100米左右米左右：有较大：有较大DOCDOC浓度跃层。浓度跃层。跃层以下跃层以下：：DOCDOC浓度缓慢降低，到浓度缓慢降低，到500500米以下米以下DOCDOC浓度较低且相对浓度较低且相对恒定，约为恒定，约为4040－－50μmolCdm50μmolCdm－－33。。不同海区略有差别。不同海区略有差别。海区与陆地距离远近海区与陆地距离远近：近岸：近岸DOCDOC浓度较高，远海和大洋较低。浓度较高，远海和大洋较低。印春生2010-05-2242图图7.57.5赤道太平洋（赤道太平洋（140ºW,0ºN140ºW,0ºN））DOCDOC的分布图的分布图7.67.6我国南沙群岛海域中我国南沙群岛海域中DODOCC的分布的分布印春生2010-05-2243§7-2§7-2海水中的有机碳（和有机氮、磷）海水中的有机碳（和有机氮、磷）一、溶解有机碳（一、溶解有机碳（DOCDOC））2.2.海洋中海洋中DOCDOC的分布和变化的分布和变化（（张正斌，张正斌，pppp192192－－194194））时间变化时间变化海水中海水中DOCDOC的分布与变化主要受何种因素控制？的分布与变化主要受何种因素控制？印春生2010-05-2244§7-2§7-2海水中的有机碳（和有机氮、磷）海水中的有机碳（和有机氮、磷）二、颗粒有机碳（二、颗粒有机碳（POCPOC））颗粒有机碳（颗粒有机碳（POCPOC））：由一定的孔径过滤器材如：由一定的孔径过滤器材如GF/FGF/F（（φφ0.7μ0.7μmm）或银滤器（）或银滤器（φφ0.45μm0.45μm）所截留的颗粒物中有机碳的量，包括）所截留的颗粒物中有机碳的量，包括海洋中有生命和无生命的颗粒物质。海洋中有生命和无生命的颗粒物质。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和生物碎屑死亡生物体和生物碎屑、、浮游植物浮游植物、、浮游动物浮游动物及及鱼类鱼类贡献，对总碳量的贡献约为贡献，对总碳量的贡献约为125125，，2020，，2.02.0，，0.020.020μgdm0μgdm－－33。（。（P196P196））颗粒有机碳的分离和测定方法颗粒有机碳的分离和测定方法（张正斌，（张正斌，pp199pp199－－200200））印春生2010-05-2245§7-2§7-2海水中的有机碳（和有机氮、磷）海水中的有机碳（和有机氮、磷）二、颗粒有机碳（二、颗粒有机碳（POCPOC））从图中可得到何信息？从图中可得到何信息？POCPOC可区分为碎屑和活体两部分；二者的量不同。可区分为碎屑和活体两部分；二者的量不同。印春生2010-05-2246§7-2§7-2海水中的有机碳（和有机氮、磷）海水中的有机碳（和有机氮、磷）二、颗粒有机碳（二、颗粒有机碳（POCPOC））1.1.海洋中海洋中POCPOC的来源和迁移的来源和迁移（（张正斌，张正斌，pppp197197－－198198））外部来源：河流和大气外部来源：河流和大气河流输入河流输入POCPOC约为约为10101313～～10101414ggyy－－11。（某些河口区可成为。（某些河口区可成为POPOCC主要来源）。主要来源）。河流输入特征物质：木纤维、树叶碎片、花粉粒等天然物以及人类河流输入特征物质：木纤维、树叶碎片、花粉粒等天然物以及人类活动排放物。活动排放物。大气输入大气输入POCPOC约为约为2.2×102.2×101414ggyy－－11。由海水气泡破碎有可能使。由海水气泡破碎有可能使POPOCC再返入大气。再返入大气。印春生2010-05-2247§7-2§7-2海水中的有机碳（和有机氮、磷）海水中的有机碳（和有机氮、磷）二、颗粒有机碳（二、颗粒有机碳（POCPOC））1.1.海洋中海洋中POCPOC的来源和迁移的来源和迁移（（张正斌，张正斌，pppp197197－－191988））内部来源内部来源：海洋自生物质：海洋自生物质①①生源碎屑（粪粒、碎片等）；生源碎屑（粪粒、碎片等）；②②细菌吸附和凝聚；细菌吸附和凝聚；③③有机物质聚集；有机物质聚集；④④无机颗粒吸附和胶体絮凝。无机颗粒吸附和胶体絮凝。过程②③④中均存在过程②③④中均存在DOC↔POCDOC↔POC平衡。平衡。印春生2010-05-2248§7-2§7-2海水中的有机碳（和有机氮、磷）海水中的有机碳（和有机氮、磷）二、颗粒有机碳（二、颗粒有机碳（POCPOC））1.1.海洋中海洋中POCPOC的来源和迁移的来源和迁移（（张正斌，张正斌，pppp197197－－198198））POCPOC的迁移的迁移在水体中的物理运动（水平扩散、垂直沉降、再悬浮等）；在水体中的物理运动（水平扩散、垂直沉降、再悬浮等）；真光层内、深水中被氧化降解或分解（生物、化学）；真光层内、深水中被氧化降解或分解（生物、化学）；腐殖化（生物、化学）；腐殖化（生物、化学）；印春生2010-05-2249有机碳向深海的输送（有机碳向深海的输送（PreparedbyK.Lochte,2005PreparedbyK.Lochte,2005））100m100m印春生2010-05-2250§7-2§7-2海水中的有机碳（和有机氮、磷）海水中的有机碳（和有机氮、磷）二、颗粒有机碳（二、颗粒有机碳（POCPOC））2.2.海洋中海洋中POCPOC的分布的分布（（张正斌，张正斌，pppp198198－－199199））POCPOC垂直通量垂直通量真光层：真光层：光合作用生产有机碳，光合作用生产有机碳，POCPOC浓度高，活体量多；浓度高，活体量多；有机碳活性高，快速循环，约有机碳活性高，快速循环，约90%90%在真光层内再在真光层内再矿化。矿化。深水深水：由沉降作用而输入至深水的：由沉降作用而输入至深水的POCPOC仅相当于生产量的仅相当于生产量的1010％。％。POCPOC为活性低的有机物，约为活性低的有机物，约77－－9%9%在深水中分解再矿在深水中分解再矿化。化。沉积物－水界面沉积物－水界面：约：约11－－3%POC3%POC沉降至海底，其中约＜沉降至海底，其中约＜2%2%分解分解再矿化，仅有＜再矿化，仅有＜1%POC1%POC结合入沉积物。结合入沉积物。区域差异区域差异：近岸区：近岸区POCPOC含量高于外海（含量高于外海（为什么？为什么？））印春生2010-05-2251POCfluxandmajorbiochemicalcomponents(Eq.Pacific)POCfluxandmajorbiochemicalcomponents(Eq.Pacific),(Wakehame,(Wakehametal.,2000)tal.,2000)Wakeham,S.G.andC.Lee(1993)Production,transport,andalterationofparticulateorganicmatterinthemarinewatercolumn.In:M.H.EngelandS.A.Macko(eds)OrganicGeochemistry,pp.145-169.PlenumPress.印春生2010-05-2252§7-2§7-2海水中的有机碳（和有机氮、磷）海水中的有机碳（和有机氮、磷）三、海洋中有机物的迁移变化三、海洋中有机物的迁移变化控制海水中有机物分布的一些可能的迁移过程示意图控制海水中有机物分布的一些可能的迁移过程示意图（张正斌，（张正斌，pp203pp203））印春生2010-05-2253§7-2§7-2海水中的有机碳（和有机氮、磷）海水中的有机碳（和有机氮、磷）三、海洋中有机物的迁移变化三、海洋中有机物的迁移变化海洋中有机物质的运移概算海洋中有机物质的运移概算（张正斌，（张正斌，pp204pp204））图中有机碳来源主要：图中有机碳来源主要：初级生产力初级生产力200×200×11001414gygy－－11；；河川等输入物质河川等输入物质2×2×11001414gygy－－11；；埋藏总汇埋藏总汇1×1×11001414gygy－－11，，再矿化再矿化200×200×11001414gygy－－11（占总量（占总量9999％以上）。％以上）。印春生2010-05-2254§7-2§7-2海水中的有机碳（和有机氮、磷）海水中的有机碳（和有机氮、磷）三、海洋中有机物的迁移变化三、海洋中有机物的迁移变化海洋中有机物质的输入量、储藏量和损失量海洋中有机物质的输入量、储藏量和损失量印春生2010-05-2255§7-2§7-2海水中的有机碳（和有机氮、磷）海水中的有机碳（和有机氮、磷）三、海洋中有机物的迁移变化三、海洋中有机物的迁移变化图图7.127.12海洋系统中有机物质的循环海洋系统中有机物质的循环印春生2010-05-2256第七章海洋有机物及地球化学过程第七章海洋有机物及地球化学过程一、初级生产力二、新生产三、Redfied比值§7-3§7-3海洋生产力海洋生产力印春生2010-05-2257§7-3§7-3海洋生产力海洋生产力一、初级生产力一、初级生产力1.1.光合作用和呼吸作用光合作用和呼吸作用（张正斌，（张正斌，pp208pp208－－209209））光合作用（、呼吸作用）光合作用（、呼吸作用）：：①①光子被叶绿素细胞中光合色素吸收。光子被叶绿素细胞中光合色素吸收。②②激发态电子的部分能量经下述反应产生高能量的激发态电子的部分能量经下述反应产生高能量的ATPATP细胞色素。细胞色素。ADPADP++PP→→ATPATP（二磷酸腺苷）（正磷酸盐离子）（二磷酸腺苷）（正磷酸盐离子）（三磷酸腺苷）（三磷酸腺苷）激发态电子残余的能量又用于如下反应中：激发态电子残余的能量又用于如下反应中：③③晚间晚间COCO22通过通过NADPHNADPH的原作用和的原作用和ATPATP的磷酸酯化作用生成醣类：的磷酸酯化作用生成醣类：COCO22+4NADPH+ATP→+4NADPH+ATP→（（CHCH22OO））+H+H22O+4NaDP+ADP+PO+4NaDP+ADP+P综合得：综合得：NADPHNADPH是一种辅酶，叫还原型辅酶是一种辅酶，叫还原型辅酶ⅡⅡ，，学名烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。学名烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。印春生2010-05-2258§7-3§7-3海洋生产力海洋生产力一、初级生产力一、初级生产力2.2.初级生产力初级生产力““初级生产（初级生产（primaryproductionprimaryproduction））”是指含叶绿素”是指含叶绿素aa的植物通过的植物通过光合作用将无机碳转化为有机碳，同时将光能转化为化学能贮存于光合作用将无机碳转化为有机碳，同时将光能转化为化学能贮存于有机物中的过程。有机物中的过程。““初级生产力（初级生产力（primaryproductivityprimaryproductivity））”是单位时间内单位体积或”是单位时间内单位体积或单位面积水体生产有机碳的量。单位为“单位面积水体生产有机碳的量。单位为“mgmgmm－－33dd－－11（（hh－－11，，yy－－11）”或“）”或“mgmgmm－－22dd－－11（（hh－－11，，yy－－11）”。）”。印春生2010-05-2259§7-3§7-3海洋生产力海洋生产力一、初级生产力一、初级生产力2.2.初级生产力初级生产力初级生产有时用“初级生产有时用“总生产（总生产（grossproductiongrossproduction））”和“”和“净生产（净生产（netnetproductionproduction））”表示。二者关系为”表示。二者关系为总生产（总生产（GPPGPP）＝净生产（）＝净生产（NPPNPP）＋呼吸速率（）＋呼吸速率（RR））光合作用和呼吸作用中光合作用和呼吸作用中OO22和和COCO22的生成与消耗比（计量关系）可的生成与消耗比（计量关系）可用“用“光合商光合商（（PQ,photosyntheticquotientPQ,photosyntheticquotient）”和）”和““呼吸商呼吸商（（RQ,respiratoryquotientRQ,respiratoryquotient）”来反映，表示式为）”来反映，表示式为印春生2010-05-2260§7-3§7-3海洋生产力海洋生产力一、初级生产力一、初级生产力3.3.初级生产力的测定初级生产力的测定黑白瓶测氧法黑白瓶测氧法在真光层内某深度平行取三份水样。在真光层内某深度平行取三份水样。①①一份立即测定一份立即测定DODO含量作为背景值。含量作为背景值。另两份分别装入②白瓶和③黑瓶，在近似现场的光照和温度条件下（可另两份分别装入②白瓶和③黑瓶，在近似现场的光照和温度条件下（可放回原深度），培养一定时间后测量放回原深度），培养一定时间后测量DODO的变化。的变化。分别通过光合商分别通过光合商PQPQ和呼吸商和呼吸商RQRQ换算出两瓶中换算出两瓶中COCO22的变化。的变化。②②白瓶白瓶DODO增加，测得的是背景＋净生产，增加，测得的是背景＋净生产，NPPNPP＝＝+ΔO+ΔO22/PQ/PQ③③黑瓶黑瓶DODO减少，测得的是背景－呼吸作用，减少，测得的是背景－呼吸作用，RR＝－＝－ΔCOΔCO22/RQ/RQ由净生产由净生产NPPNPP和呼吸作用和呼吸作用RR求得总生产力，求得总生产力，GPPGPP＝＝NPPNPP＋＋RR。。印春生2010-05-2261§7-3§7-3海洋生产力海洋生产力一、初级生产力一、初级生产力3.3.初级生产力的测定初级生产力的测定叶绿素法叶绿素法由水样中叶绿素由水样中叶绿素aa含量间接含量间接估算估算初级生产力。初级生产力。式中式中RR为相对光合速率（经验值）。为相对光合速率（经验值）。kk为海水吸光系数，与透明度有关。为海水吸光系数，与透明度有关。CC为叶绿素为叶绿素aa浓度。“浓度。“3.7”3.7”为同化系数，实际上因海区、时间和生物种为同化系数，实际上因海区、时间和生物种类不同而异。类不同而异。叶绿素观测是全球海洋生产力叶绿素观测是全球海洋生产力遥感技术遥感技术的基础。的基础。印春生2010-05-2262§7-3§7-3海洋生产力海洋生产力一、初级生产力一、初级生产力3.3.初级生产力的测定初级生产力的测定1414CC示踪法示踪法水样中添加已知量的水样中添加已知量的NaHNaH1414COCO33作示踪物，经光合作用后转化到作示踪物，经光合作用后转化到POCPOC中。中。一定时间后用一定时间后用GF/FGF/F过滤测量颗粒物中的过滤测量颗粒物中的1414CC。分别使用。分别使用黑、白瓶黑、白瓶，，黑瓶黑瓶为空白校正值，即无光条件下为空白校正值，即无光条件下1414CC向向POCPOC的转化。的转化。1414CC放射性的测量使用放射性的测量使用液体闪烁计数器液体闪烁计数器，测定衰变放射能。，测定衰变放射能。以下式计算初级生产力以下式计算初级生产力印春生2010-05-2263§7-3§7-3海洋生产力海洋生产力一、初级生产力一、初级生产力3.3.初级生产力的测定初级生产力的测定1414CC示踪法示踪法RRSS－样品放射性（白瓶），－样品放射性（白瓶），RRBB－空白放射性（黑瓶），－空白放射性（黑瓶），WW－水样总无机碳量，可由盐度求出－水样总无机碳量，可由盐度求出（（AlkAlk=0.007=0.007SS，，WW＝＝ΣCOΣCO22＝＝AlkAlk－－0.050.05），），RR－加入－加入NaHNaH1414COCO33的总放射性，的总放射性，NN－培养时间，－培养时间，““1.051.05””－－1414CC吸收速率的校正系数（相对于吸收速率的校正系数（相对于1212CC）。其中称为转化率。）。其中称为转化率。印春生2010-05-2264§7-3§7-3海洋生产力海洋生产力一、初级生产力一、初级生产力4.4.次级和多级生产力次级和多级生产力（（张正斌，张正斌，pppp210210））●●海洋海洋次级生产力次级生产力，或称，或称二级生产力二级生产力，是以植物和细菌等初级生产者为，是以植物和细菌等初级生产者为营养来源的生物（营养来源的生物（浮游动物浮游动物）生产能力，是初级生产者与三级生产者的）生产能力，是初级生产者与三级生产者的中间环节。中间环节。●●海洋海洋三级生产力三级生产力，是以浮游动物等二级生产者为营养来源的生物生产，是以浮游动物等二级生产者为营养来源的生物生产能力。三级生产者主要包括能力。三级生产者主要包括肉食性鱼类肉食性鱼类和和大型无脊椎动物大型无脊椎动物。而。而二级生产二级生产者者主要指主要指浮游动物、大部分底栖动物和植食性游泳动物浮游动物、大部分底栖动物和植食性游泳动物诸如幼鱼、小虾诸如幼鱼、小虾等等。等等。●●海洋海洋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生物生产力，，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。终级生产者主要指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凶猛鱼类和大型动物。。印春生2010-05-2265§7-3§7-3海洋生产力海洋生产力一、初级生产力一、初级生产力4.4.海洋初级生产力的分布海洋初级生产力的分布印春生2010-05-2266§7-3§7-3海洋生产力海洋生产力一、初级生产力一、初级生产力印春生2010-05-2267§7-3§7-3海洋生产力海洋生产力一、初级生产力一、初级生产力5.5.影响海洋初级生产力的因素影响海洋初级生产力的因素影响海洋初级生产力的主要因素有哪些？影响海洋初级生产力的主要因素有哪些？光照光照水温水温营养盐营养盐微量元素（如：铁）微量元素（如：铁）其它（盐度、有机物等）其它（盐度、有机物等）印春生2010-05-2268§7-3§7-3海洋生产力海洋生产力二、二、RedfieldRedfield比值比值RedfieldRedfield认为光合作用是认为光合作用是COCO22加加HH22OO加加营养盐营养盐反应生成反应生成初级生产物初级生产物，，即即初级生产物初级生产物(CH(CH22O)O)106106(NH(NH33))1616(H(H33POPO44))中中CC︰︰NN︰︰PP︰︰OO22=106=106︰︰1616︰︰11︰－︰－138138的关系为“的关系为“RedfieldRedfield比值比值”。”。