XXX单位XXX姓名
摘要：对某一海区营养盐的去向、不同形态间的相互转化及其与生物相关的过程的研究是研究整个海洋生态系统的基础和关键。氮是海洋环境中主要的营养元素之一, 并被认为是大部分海区的限制营养元素。人们对于氮在海洋环境中的循环过程的研究随着分析方法及对化学和生物知识的掌握和理解而不断加深。生物地球化学循环主要由微生物驱动，除固氮作用、硝化作用、反硝化作用和氨化作用外，近年还发现厌氧氨氧化是微生物参与氮循环的一个重要过程。同时，随着宏基因组学等分子生物技术的快速发展和应用，参与氮循环的新的微生物类——氨氧化古菌也逐渐被发现。，下面就对氮元素的循环研究进展作简要综述。 关键词：海洋生物化学; 海洋沉积物; 氮营养盐; 循环过程
中图分类号：P734.4+4
海洋是全球生态系统的重要组成部分，在地球系统中，其与大气、陆地紧密联系在一起，在调节全球气候等方面发挥着举足轻重的作用。全球变化引起的海洋变化十分明显, 现在已经能够观测到海洋的大尺度物理、化学和生物特征的变化，其中海洋食物链结构、海岸带富营养化和珊瑚礁退化最为明显[1 ] ，海洋生物地球化学过程的研究可为进一步了解认识海洋变化的机制奠定基础。
海洋生物地球化学主要研究海洋环境中与生物有关物质特别是营养盐在生物过程作用下的行为。海洋中的营养元素主要包括C、N、P、Si、O、Fe等, 它们与生物的生长、繁殖密切相关, 调节着整个生态系的平衡。其中氮是生物生命活动的基本营养元素，作为蛋白质和核酸的主要成份，氮也是维持生物体结构组成和执行所有生物化学过程的基础。氮循环是整个生物圈物质和能量循环的重要组成部分，因此它与碳、氢、氧一样在生物学上具有重要的意义。氮的生物地化循环过程非常复杂，循环性能极为完善。近几十年来, 环境和资源问题的日益突出促进了人们对海洋生态系统的研究及对海洋资源的开发和利用, 海洋中的循环亦受到了广泛关注。尤其是世纪年代以来, 随着国际地圈与生物圈计划、全球海洋通量联合研究阵、全球海洋生态系统动力学研究加等重大国际合作计划的实施, 海洋中的循环研究取得了重大进展。本文主要对海洋中的氮循环的关键过程进行阐述，包括：固氮作用、浮游植物的吸收、硝化作用、反硝化作用。
1海洋氮的生物地球化学
江西省禁毒条例
1.1营养盐的研究
海洋生物地球化学主要研究海洋环境中与生物有关物质特别是营养盐在生物过程作用下的行为。Brockton〔2〕对于各营养元素在欧洲北海的循环作了比较详尽的描述。营养元素在海洋中的分布与变化不仅与其来源、水团输运、沉积、矿化等过程有关，而且与海洋中的细菌、浮游植物、浮游动物、
JY改造系统鱼类等有着密切的关系。营养盐作为海洋生物食物链最基础的组成部分，在整个海洋生物地球化学循环中意义重大，一方面，
近年来随着经济社会的快速发展，使得河水和沿岸海水富营养化更加严重，海洋中时有赤潮发生。另一方面，某种营养盐的缺乏还会限制浮游植物的生长，可能成为水体中浮游生物生长的限制性因素。所以，营养物质的循环研究是海洋生物资源持续利用的基础和前提，是研究海洋生态系统的关键, 同时对于研究沿岸区域赤潮和富营养化发生的原因及其防治有重要的意义。
1.2海洋中氮的形态
营养盐中价态较多的氮相对于磷、硅来讲，其在海洋中的形态也较多，海洋中的氮的形态包括溶解氮和颗粒氮，溶解氮又分为包括溶解无机氮（N2、N2O、NO、NO2、NH3、NH4＋，NO3－）和溶解有机氮（核酸、蛋白质、氨基酸、尿素等）。因此氮在海洋环境中的循环相对磷、硅要复杂〔3, 4〕。在过去的几十年中，氮被认为是绝大多数海区的限制因子，因此研究海洋中的氮循环对海洋中其它形态营养盐的循环有重要意义。
建设档案管理
2 海洋中氮的循环
2.1固氮作用
+, DON等）的过海洋固氮作用：海洋中的某些原核生物通过固氮酶的作用将N2转化为N化合物（如NH
4
程。该过程所释放的N化合物可为浮游植物和其他微生物提供N营养盐。固氮酶促成生物固氮作用，将N2是6个电子的转移过程。但还原酶还原形成H2，还另外需要2个电子。生物固氮过程需要消耗大
还原为NH
3
量的能量，同时伴随着放氢反应，ATP为此反应过程提供所需的能量。
2.2海洋中浮游植物对氮的吸收
浮游植物是海洋的初级生产者, 通过光合作用它们把海水中的无机离子转化为初级生产力, 从而形成了海洋生态系统中食物链和能量流的基础。在光合作用中, C∶N ∶P∶Si 等以Redfield 比例被摄取, 其中硝酸和氨是主要的含氮营养盐, 对于一些微藻和细菌溶解有机氮也是主要的可利用营养盐之一。亚硝酸氮在海洋中的浓度是非常低的, 它主要作为硝化反硝化过程及植物体内被摄取的硝酸在硝化酶的作用
下转化为氨及氨基酸过程的中间产物〔4〕。生物吸收转化而成的有机氮经排泄或生物体死亡后，被微生物生化分解转变为无机氮，构成氮的循环。
光照和温度及其它水体中营养元素水平对于氮营养盐的吸收有很大的影响〔5, 6〕。这种多因子对浮游植物的生长的总体影响一般通过: ①累积结果, 即浮游植物的最终生长速率由几个因子相乘; ②最小法则, 因子最小的为浮游植物生长的控制因子。
2.3硝化作用
氨在需氧环境中被硝化细菌最终氧化为硝酸盐的过程称为硝化。在这一过程中细菌利用氨作为能源同化二氧化碳。这一过程分两步：第一步，氨在细菌媒介的作用下被氧化为亚硝酸盐；第二步，在亚硝酸盐氧化酶的催化作用下氧化为硝酸盐。
通常在海岸带地区水相的硝化速率比较低，有时近乎可以忽略；而在沉积物的表层氧化层硝化速率比水
相高得多。影响海岸带硝化过程的因素很多，其中主要有温度、NH4+的浓度、溶解氧（DO）含量、PH、溶解
的二氧化碳浓度、盐度、抑制化合物、光、底栖微动物区系的活性以及大型植物等。有关研究表明，
硝化细
菌生长的适宜温度范围是25～35℃，低于15℃生长速率急剧下降。因此，硝化速率有明显的日变化和季节性
变化，尤其是在浅水区和潮间带。Hansen的研究发现，丹麦海岸带沉积物中的硝化速率从春季2℃时到秋季
22℃时上升了5倍[7]。根据Macfarlane和Herbert的报道在苏格兰的Tay河口最高的硝化速率出现在夏季,
当温度在19～21℃之间的时候[8]。实际上温度对硝化作用的影响有两重性，一方面随着温度升高硝化细菌的
活性增强，另一方面温度升高也会影响其它因素如溶解氧的浓度降低，导致硝化速率下降。O2与夏季底层的呼
吸作用相关联，氧气向下扩散一般局限于沉积物表层的1～2cm 。因此，在有机物含量丰富的沉积物中，氧的浓
度对硝化作用的影响比温度产生的影响更为重要。夏季美国Chesapeake湾沉积物硝化率出现最低值的原因
就在于此。[9]
水性聚氨酯2.4反硝化作用
与硝化作用相反，异养细菌在呼吸作用中利用硝酸盐为电子接受体，将其还原为气态的N2 和N2O脱氮或氨(硝酸盐氨)化的过程称为反硝化。最常见的反硝化细菌是假单胞菌属。反硝化一方面减少了
初级生产者可利用的氮, 另一方面可以减轻河口、海岸带地区因氮过多造成的富营养化, 对高浓度氨起到解
毒作用。所以反硝化过程是河口、海岸带氮的生物地球化学循环中的关键过程。
营养盐是浮游植物生长的基础 ，无机氮经历了春夏的减少和秋冬的补充。
3讨论
氮循环在环境问题中有着十分重要的地位，如缺少蛋白质会造成营养不良，化石燃料燃烧排放的氮氧化
物会污染大气，过度使用含氮化肥会污染水体。
虽然我国在海洋生物地球化学方面有很多研究，但是还需要继续努力，海洋的奥秘仍然需要探究，在方
法上需要创新；同时，在其发展过程中更加注重与多学科的交叉融合；用大科学的理论与方法解决重大关键
科学问题，例如更加注意与生态系统的耦合关系；另外更加注重研究的系统性和海洋区域特 ，对人为影响
下海湾及河口的系统就是其典型例证。应特别关注近海氮源含量的变化及循环，氮的海洋行为对气候变化的
影响巨大。
营养盐输入的增加趋势意味着营养盐通量可能持续地升高，同时N/Si和P/Si值也将不断升高，这种趋
势将极有可能改变海岸带浮游植物的种和数量，并诱发缺氧现象，对海岸带生态环境造成巨大危害。氮、
磷营养盐过剩而引起的富营养化问题已是世界大多数河口与海岸带地区普遍存在的问题, 如何准确识别营养盐的主要来源以及营养盐输送的过程与特征，进而有效控制营养盐的输入通量, 是解决河口及近海富营养化问题面临的重大难题，也是海岸带综合管理决策方案制定和实施的基础。我国近
年来也加强了对海岸带环境的管理和研究，并采取了一系列的河流治污措施，但由于工农业活动、汽车尾气
排放和海岸栖息生物逐渐减少等多重因素影响，对N输入调节取得的成效甚小。如果这些问题不得以解决，海岸带生态环境仍将处于危胁之中。
参考文献：
[1]李明，侯春梅，张志强.地球科学系统中海洋研究：未来10年海洋全球变化研究前景[J].地球科学进展,2004,19 (6):9182920.
[2]Brockton U H . Cycling of nutrient elements in the North Sea〔J〕. Neth J Sea Res, 1990, 26 (2～
4) : 239～264.
[3]Ivan V, ed. Marine Ecological Processes〔M 〕. Berlin: Springer-V erlag, 1995.
[4]Eitaro W, Akihiko H. Nitrogen in the sea: Forms, Abundances, and Rate Processes〔C〕. Boca Raton Boston: CRC Press, 1991.
[5]Baumert H. On the theory of pho to synthesis and growth in phytop lank ton , Part 1: Light limitation and constant temperature 〔J 〕. Int Rev Gesamt Hydrobiol, 1996, 81 (1) :109～139.
[6]Campbell E, Boote G C. The photo sythesis response of surface phytop lank ton to temperature〔J 〕. Botanica Marina,1988, 31: 51～255.
s2005论坛柴油告急[7]Herbert RA.N itrogen cycling in coastal marine ecosystems ,FEMS M icrobiol Rew.,1999,23:563～590.
[8]Macfarlane G T,Herbert R A .Dissimilatory nitrate reduction and nitrification estuarine sediments,J.Gen.Microbiol,1984,130:2301～2308.
[9]徐继荣，王友绍，孙松. 海岸带地区的固氮、氨化、硝化与反硝化特征. 生态学报, 2004,24(12) : 2907～2914.
[10]沈国英，施并章.海洋生态学第二版.北京：科学出版社, 2000. 259.
[11]王友绍, 李季伦. 固氮酶催化机制及化学模拟生物固氮研究进展. 自然科学进展, 2000, 10 6 : 481～490.
[12]彭晓彤，周怀阳.海岸带营养盐生物地球化学研究评述.浙江：海洋通报, 2002：(21)
[13]刘凌, 贺国庆.西江流域硝酸盐氮输出规律研究[J].水科学进展, 2005, 16 5 : 65426601
[14]王军，陈振楼，王东启.长江口滨岸湿地无机氮界面交换通量量算[J]地理学报, 2006, 61(7):72927401
[15]王建中，刘凌，宋兰兰.坡地氮磷流失过程模拟[J ].水科学进展,2009,20(4):53125361
[16]龙天渝，刘腊美，李崇明.GIS的嘉陵江流域吸附态氮磷污染负荷研究[J].重庆建筑大学学报, 2008, 30(3):872
[17]周召千，刘素美，戚晓红，等.胶州湾潮滩沉积物-水界面交换对海湾营养盐的影响[J ].海洋环境科学,2008,27(5):422-4261
[18]刘亚林，刘洁生，俞志明，等.陆源输入营养盐对赤潮形成的影响[J].海洋科学,2006, 30(6): 662721
[19]俞光耀，吴增茂.胶州湾水层生态动力学模型与模拟1：三胶州湾水层生态动力学模型〔J〕.青岛海洋大学学报, 1999, (3):421～428.
[20]袁飞，冉炜，胡江，等.变性梯度凝胶电泳法研究我国不同土壤氨氧化细菌落组成及活性.生态学报, 2005, 25(6):1318～
1324.
[21]郝永俊，吴松维，吴伟祥，等.好氧氨氧化菌的种生态学研究进展.生态学报, 2007, 27(4):1573～1582.
[22]宋金明.中国近海沉积物-海水界面化学[M].北京：海洋出版社,1997.118～122
[23]林以安，唐仁有，李炎，等.长江口生源要素的生物地球化学特征与絮凝沉降的关系[J ].海洋学报,1995,17(5):65272.
[24]石金辉，高会旺，张经.大气有机氮沉降及其对海洋生态系统的影响[J].地球科学进展,2006,21(7):721～729
[25]陈莹，庄国顺，郭志刚。近海营养盐和微量元素的大气沉降. 地球科学进展,2010,25(7):682～690
Research of the nitrogen cycle in marine ecosystems
LI Tian-yi
(Hebei University of Technology，Marine technology c071)
Abstract：As an important nutrient element, nitrogen nutrient cycling is essential for the marine ecosystem resear ch. It was the limited nutrient element for phytoplankton in most area .Studies on nitrogen cycling in marine environment steps with the development of the analytical techniques and the knowledge of biological oceanography. Simulated modeling is one of the useful methods for studying marine ecosystem, describing ecological processes by methmatice quations. The global nitrogen biogeochemical cycling processes are predominantly driven by bacteria including: N2fixation, nitrification, denitrification, ammonification, and a new process, anaerobic ammonia oxidation (Anammox) ,which is a more recently described bacterial contribution to the nitrogen cycle. With the development and application of metagenomics and other molecular approaches, new “players”in the nitrogen cycle-ammonia oxidizing archaea (AOA) have also been identified
Key Words：Marine biochemistry; marine sediment; nitrogen nutrient; cycle
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议