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第二節(jié) 氮元素及其循環(huán)

一,氮元素的來源與存在形式

1.來源

養(yǎng)殖水體中氮的主要來源如下:

魚池中施入大量畜禽糞肥,分解產(chǎn)生無機(jī)氮.

注入含有大量氮化合物的生活和工業(yè)混合水.

水生生物和魚類的代謝產(chǎn)物中含有氮.

池塘中氮主要來源于肥料和飼料.進(jìn)入水體中的氮一般以氨的形式存在.這些氮來源于魚鰓排泄物和細(xì)菌的分解作用.據(jù)研究,飼料中的氮有60-70%被排泄到水體中,因此水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)中總氮濃度與投飼率及飼料蛋白含量有直接關(guān)系,在精養(yǎng)池中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)對(duì)魚類有害的"富氮".

2.存在形式

游離態(tài)氮——氮分子具有相對(duì)較強(qiáng)的化學(xué)<>惰性,在水中的溶解度也很低,但由于氮?dú)馐谴髿庵凶钪饕�的組成,其體積分?jǐn)?shù)可達(dá)78%,因此,氮分子在水中的含量較高,在海洋中可達(dá)20mg/Kg,而其它可溶性氮化合物僅為0.7mg/Kg.

有機(jī)氮——包括蛋白質(zhì),氨基酸,尿素,胺類,硝基化合物等.

硝酸態(tài)氮——有氧環(huán)境中,微生物氧化氨,亞硝酸鹽的產(chǎn)物;同時(shí),在高溫條件下,空氣中的氮會(huì)生成各種氮氧化合物,它們進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁},作為微生物生產(chǎn)硝酸鹽的補(bǔ)充.

亞硝酸態(tài)氮——亞硝酸氮在天然水中的濃度是非常低的,它主要是硝化反硝化過程及植物體內(nèi)被攝取的硝酸在硝化酶的作用下轉(zhuǎn)化為氨及氨基酸過程的中間產(chǎn)物.

總銨態(tài)氮——水中含氮有機(jī)物分解礦化及硝酸鹽,亞硝酸鹽反硝化作用產(chǎn)生.包括以非離子氨和銨鹽形式存在的氮.

二,氮元素的循環(huán)

1.氮?dú)獾娜芙庾饔?/font>

天然水中氮的最豐富形式是溶解游離態(tài)氮?dú)?主要來自空氣的溶解,地表水中游離氮的含量為近飽和值,脫氮作用和固氮作用可能改變其含量,但其影響似乎不大,在天然水域中,游離態(tài)氮的行為基本上是保守的.

大氣中氮在水中的溶解遵守亨利定律和道爾頓定律.

2.植物對(duì)氮的吸收

硝酸態(tài)氮,亞硝酸態(tài)氮,氨態(tài)氮是一切藻類都能直接吸收利用的氮源.

通常認(rèn)為,植物會(huì)首先吸收NH4+,當(dāng)海水中NH4+幾乎被耗盡時(shí)才會(huì)大量吸收NO3--N.

溶解有機(jī)氮也是一些微藻和細(xì)菌主要的可利用營養(yǎng)鹽之一.

近年來的一些研究表明,浮游植物也會(huì)直接利用一部分溶解有機(jī)氮化合物(DON),但是吸收量甚少.

固氮作用

固氮作用是氮循環(huán)的一個(gè)主要過程,即水中氣態(tài)氮通過特定的細(xì)菌,藍(lán)綠藻成為有機(jī)氮,這是水中氮的重要來源之一.相對(duì)沉積物來講水體中的固氮作用較小,氨的存在會(huì)降低固氮作用速率,此外硝酸和氧也對(duì)固氮作用有影響.

3.氮元素的再生

——無機(jī)氮被浮游植物吸收轉(zhuǎn)化成有機(jī)氮,并通過浮游動(dòng)物的攝食,各級(jí)浮游動(dòng)物之間及魚類等的捕食繼續(xù)在食物鏈中傳遞.在這個(gè)過程中有相當(dāng)一部分氮由于溶出,死亡,代謝排出等離開食物鏈重新回到水體中,這就是營養(yǎng)鹽的再生過程.

浮游植物胞外溶出——在河口和沿岸區(qū)域,大約30%的凈初級(jí)生產(chǎn)力被浮游植物溶出,而約20%的被浮游動(dòng)物捕食.可見,由浮游植物胞外溶出產(chǎn)生的有機(jī)物是不可忽視的.盡管有研究表明浮游植物細(xì)胞傾向于貯存氮,但有研究表明,在缺氧和存在細(xì)菌時(shí),胞外溶出氮就會(huì)增加,分別占到細(xì)胞內(nèi)氮的10%～20%和3%～12%.溶出產(chǎn)物主要包括蛋白質(zhì),氨氮以及少量的亞硝酸鹽和氨基酸.

浮游動(dòng)物及魚類的溶出和排泄——氨氮是浮游動(dòng)物溶出產(chǎn)物的主要形式,當(dāng)然還包括脲,氨基酸,蛋白質(zhì)等.不同種類的浮游動(dòng)物溶出速率并不相同,Verity對(duì)Sargasso Sea的橈足類進(jìn)行研究測(cè)定,發(fā)現(xiàn)溶出速率還與動(dòng)物干重有顯著的相關(guān)性,個(gè)體較小的動(dòng)物的溶出速率比個(gè)體較大的快.

有機(jī)碎屑——?jiǎng)游镄玛惔�謝后的排泄物和死亡的浮游生物的個(gè)體,組織等是水環(huán)境中有機(jī)碎屑庫的主要來源.這些顆粒物在沉降和隨水團(tuán)運(yùn)動(dòng)的過程中,一部分被浮游動(dòng)物濾食,另一部分則被細(xì)菌降解成為氨和小分子溶解有機(jī)氮.隨著細(xì)菌在有機(jī)物轉(zhuǎn)化中的作用越來越重要,各種對(duì)有關(guān)微生物環(huán)的研究也越來越多,由此產(chǎn)生的溶解有機(jī)氮在氮循環(huán)中的作用也越來越不容忽視.

4.硝化作用

天然水中的硝化作用主要分兩步,每一步都有細(xì)菌的參與.首先氨在亞硝化細(xì)菌的作用下氧化為亞硝酸鹽;接著在硝化菌的作用下繼續(xù)氧化成硝酸鹽.硝化速率常常受氧氣的限制,但由于硝化菌對(duì)氧氣的親合力較強(qiáng),硝化作用也可在低氧水平下發(fā)生,尤其是在沉積環(huán)境中.

5.反硝化作用

——反硝化(脫氮)作用就是在微生物活動(dòng)的作用下,硝酸鹽或亞硝酸鹽被還原為N2O或游離氮的過程.

在自然界的水圈和沉積物中有相當(dāng)大的范圍內(nèi)廣泛地存在著厭氧細(xì)菌,在缺氧條件下,通過厭氧細(xì)菌的活動(dòng),被還原為N2的脫氮過程。
脫氮作用的詳細(xì)生化機(jī)理尚不清楚,一般認(rèn)為可能按下述途徑進(jìn)行:

脫氮作用受許多水質(zhì)條件的影響,例如pH7-8為最適范圍,而pH太平洋>大西洋.

在河口,近岸地區(qū),氮的垂直分布明顯受生物活動(dòng),底質(zhì)條件與水文狀況的影響.若上下層水體交換良好,垂直含量差異較小;而在某些水體交換不良的封閉或半封閉海區(qū),上下層海水難以對(duì)流混合,在200米以下因水體缺氧,硝化作用減弱,硝酸態(tài)氮含量下降,而氨態(tài)氮含量增加.在上升流海區(qū),由于富含氮的深層水的涌升,該區(qū)無機(jī)氮的含量明顯增加.
      三.季節(jié)變化

研究表明,中緯度(溫帶)海區(qū)和近岸淺海海區(qū)的季節(jié)變化較為明顯,而且與海洋浮游植物生物量的消長(zhǎng)有明顯的關(guān)系,反映了生命過程的消長(zhǎng).夏季浮游植物繁盛期間,無機(jī)氮被大量消耗,加上溫躍層的存在,妨礙了上下層海水的混合,無機(jī)氮的含量都降至很低.特別是在表層,NO3--N和NO2--N幾乎消耗殆盡.進(jìn)入秋季后,浮游植物繁殖速率下降,生物殘?bào)w中的有機(jī)氮化合物逐步被微生物礦化分解,加上水體混合作用,其含量逐漸上升并積累起來.到冬季,表層和底層水中無機(jī)氮含量都達(dá)到最大值.春季,浮游植物生長(zhǎng)又開始進(jìn)入繁盛期,海水無機(jī)氮含量再次下降,至夏季表層水中含量達(dá)到極低點(diǎn).僅有少量NH3-N被檢出.相比之下,底層海水中NO3--N并未枯竭,仍保持一定含量.

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五,氮肥的施用

1.氮肥的形態(tài)

(1)氨態(tài)氮肥——需特別注意用量,使水中的氨分子(NH3)的濃度不要超過魚類的忍受限值,以免抑制魚類生長(zhǎng).同時(shí)要考慮在有效氮被吸收后,有無殘留成份,如使用碳酸氫氨殘留的碳酸氫根具有補(bǔ)充有效碳的作用,而使用硫酸氨所殘留的是硫酸根,在厭氣條件下,會(huì)還原成有毒的硫化氫.對(duì)養(yǎng)殖水環(huán)境不利.

(2)酰胺態(tài)氮肥——盡管有許多藻類能吸收利用尿素,但有研究指出,當(dāng)水中NH4+-N含量超過7μg/L時(shí),藻類利用尿素的能力將受到抑制,而水中通常會(huì)含有如此低量的氨離子.此時(shí),藻類只有待尿素經(jīng)微生物或酶(尿素酶)的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榘狈肿?HN3)和氨離子(NH4+)后才能間接利用.據(jù)農(nóng)業(yè)施肥的研究結(jié)果,尿素轉(zhuǎn)變?yōu)镹H3和NH4+,在低溫季節(jié)需7-10天,高溫季節(jié)需2-3天才能完成,具緩效肥的特點(diǎn),尤其是在與磷肥同時(shí)使用時(shí),更應(yīng)加以注意.

(3)硝酸態(tài)氮肥——能被藻類迅速利用,在一般施肥濃度下,對(duì)其他餌料生物及魚類無不良影響.其缺點(diǎn)是,缺氧時(shí)易在脫氮細(xì)菌的作用下,還原為N2和N2O而造成損失.在與氨共存時(shí),藻類優(yōu)先利用氨態(tài)氮而使對(duì)硝酸態(tài)的吸收受到抑制,此時(shí)損失的機(jī)率就更大,因此盡量不選用硝酸態(tài)氮肥.另外使用時(shí)還要留意肥料的酸堿性,一般選用生理中性的為好,水體的堿度小,緩沖能力小的水體更應(yīng)注意這個(gè)問題.

2.常用氮肥及其特點(diǎn)

商品氮肥的主要品種及其一般特點(diǎn)

類別     肥料名稱     主要成分         化學(xué)式           含氮量(%)       氮的形態(tài)        殘 留      副成分         主要特點(diǎn)

             液態(tài)氮肥       液氨                NH3                82                   氨態(tài)              無                             堿性,揮發(fā)

                                  氨水*   NH3+H2O,NH4OH   16-25                氨態(tài)              無                              堿性,揮發(fā)

                                氨制品   NH3+NH4NO3         30-45         氨態(tài)與硝酸態(tài)       無                           堿性,揮發(fā)性均降低
                                                     NH3+Ca(NO3)2       30-45        氨態(tài)與硝酸態(tài)                      Ca2+        堿性,揮發(fā)性均降低

                                              NH3+CO(NH2)2      30-45        氨態(tài)與酰胺態(tài)        無                           堿性,揮發(fā)性均降低

             固體氮肥    硫酸銨*   (NH4)2SO4             20-21                氨態(tài)            多量        SO42-      
                                                                                                                                          生理酸性,在厭氣時(shí)SO42-易變?yōu)镠2S

                               氯化銨*           NH4Cl             22-26                氨態(tài)             多量           Cl-              生理酸性

                            碳酸氫銨*         NH4HCO3        17-18                氨態(tài)               無     中性肥料,能同時(shí)提供碳源,容易分解

                                硝酸鈣        Ca(NO3)2            13                   硝酸態(tài)                          Ca2+         生理堿性,吸潮

                                硝酸鈉           NaNO3            15-16               硝酸態(tài)                           Na+      吸潮,Na+會(huì)有不良影響

                                硝酸銨           NH4NO3          32-34         氨態(tài)與硝酸態(tài)        無               吸潮,高溫,猛烈撞擊時(shí)易爆炸

                             硝酸銨鈣  NH4NO3+CaCO3       -20           氨態(tài)與硝酸態(tài)                     CaCO3       中性肥料,吸潮性小

                                尿素*           CO(NH2)2            46                 酰胺態(tài)             無

                                                                                          中性肥料,肥效稍慢,要在細(xì)菌作用下轉(zhuǎn)化為(NH4)2CO3吸收才快

* 為水產(chǎn)養(yǎng)殖中常用氮肥

3.施用氮肥的注意事項(xiàng)

為提高肥效,確保安全,在使用氮肥時(shí),還應(yīng)創(chuàng)造相應(yīng)的水質(zhì)條件并注意以下幾個(gè)問題.

(1)施肥前后防止缺氧,否則脫氮作用的損失增大,有機(jī)物的礦化再生作用減弱,對(duì)水中增氮不利.

(2)加開增氧機(jī),促使池水的垂直流動(dòng),以加速底層水和底泥中的有機(jī)氮化物和礦化再生物及時(shí)向表層遷移,提高表層水的中的含氮量.

(3)注意水中有效形式的氮磷比.僅在氮是真正限制因子時(shí),施氮肥才有效.如果水中相對(duì)缺磷,再施氮肥是一種浪費(fèi)且弊多利少.

(4)針對(duì)餌料生物(浮游植物)吸收特點(diǎn),合理掌握施肥濃度和時(shí)間是十分必要的.施肥濃度以水中總氮量略高于0.3毫克N/升為宜.濃度再高吸收速度增加不多,并不經(jīng)濟(jì).施肥時(shí)間以午前水體趨于分層時(shí)為宜,這更有利于提高肥效.為保證真光層有效氮含量保持在最佳含量,施肥應(yīng)該適量多次,及時(shí)補(bǔ)充.

(5)水質(zhì)過分混濁,粘土膠粒很多時(shí),氨離子易被吸附固定,造成損失.

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第三節(jié) 磷元素及其循環(huán)

一,磷元素的來源與存在形式

1.來源

天然水中的磷是通過礦石風(fēng)化侵蝕,淋溶,細(xì)菌的同化和異化作用等自然因素引入的,而含于城市污水中的合成洗滌劑含磷組分則是主要的人為來源.

2.存在形式

(1)溶解態(tài)磷

——包括溶解態(tài)無機(jī)磷(DIP)和溶解態(tài)有機(jī)磷(DOP)兩類.前者包括正磷酸鹽,無機(jī)縮聚磷酸鹽.

正磷酸鹽——水中正磷酸鹽的存在形式主要有PO43-,HPO42-,H2PO4-,H3PO4,各部分的相對(duì)比例隨pH的不同而異.在pH為6.5-8.5的正常天然淡水中以HPO42-和H2PO4-為主;而在海水中HPO42-為可溶性磷酸鹽的主要存在形式,游離H3PO4的含量極微.正磷酸鹽可作為營養(yǎng)物質(zhì)被水中藻類多量攝取,所以這種形態(tài)的磷具有很大的環(huán)境意義.

無機(jī)縮聚磷酸鹽——在受工業(yè)廢水或生活污水污染的天然水中可含有無機(jī)縮聚磷酸鹽,如P2O74-,P3O105-等,它們是某些洗滌劑的主要成分,隨著多聚磷酸鹽分子量的增大,溶解度變小.無機(jī)多聚磷酸鹽很容易按下式水解成PO43-:

在某些生物及酶的作用下,上述反應(yīng)速度加快,據(jù)研究,在酸性磷鉬藍(lán)法中約有1%-10%的多聚磷酸鹽水解而被測(cè)得.

溶解有機(jī)磷——溶于天然水中的有機(jī)結(jié)合態(tài)磷的性質(zhì)還不完全清楚,主要有葡萄糖-6-磷酸,2-磷酸甘油酸,磷肌酸等形態(tài).可溶性有機(jī)磷如果是來自有機(jī)體的分解,其成分似應(yīng)包括磷蛋白,核蛋白,磷酯和糖類磷酸鹽(酯).由單胞藻釋放出的某些(不是全部)有機(jī)磷,能被堿性磷酸酶所水解,因此這些分泌物中似含有單磷酸酯.此外,許多研究者認(rèn)為天然水中可溶性有機(jī)磷包括有生物體中存在的氨基磷酸與磷核苷酸類化合物.研究發(fā)現(xiàn),某些不穩(wěn)定的溶解有機(jī)磷化合物是海洋循環(huán)中十分活躍的組分.

(2)顆粒態(tài)磷

——包括顆粒態(tài)無機(jī)磷酸鹽和顆粒態(tài)有機(jī)磷兩類.

顆粒態(tài)無機(jī)磷(PIP)——主要是Ca3(PO4)2,FePO4等溶度積極小的不溶性無機(jī)磷酸鹽,某些懸浮的粘土礦物和有機(jī)體表面上可能吸附無機(jī)磷.

顆粒態(tài)有機(jī)磷(POP)——主要指存在于生物有機(jī)體內(nèi),有機(jī)碎屑中的各種磷化合物.前者主要存在于海洋生物細(xì)胞原生質(zhì),例如,遺傳物質(zhì)核酸(DNA,RNA),高能化合物三磷酸腺苷(ATP),細(xì)胞膜的磷脂等等.

3.活性磷與有效磷

(1)活性磷

天然水中的含磷量通常以酸性鉬藍(lán)法測(cè)定.根據(jù)能否與酸性鉬酸鹽反應(yīng),可將水中的磷化合物分為兩類:活性磷化合物和非活性磷化合物.

凡能與酸性鉬酸鹽反應(yīng)的,包括磷酸鹽,部分溶解態(tài)有機(jī)磷,吸附在懸浮物表面的磷酸鹽以及一部分在酸性中可以溶解的懸浮無機(jī)磷 [如Ca3(PO4)2,FePO4]等等,統(tǒng)稱為活性磷化合物;由于活性磷化合物主要以可溶性磷酸鹽的形式存在,所以通常稱為活性磷酸鹽,以PO4-P表示.

其它不與酸性鉬酸鹽反應(yīng)的統(tǒng)稱為非活性磷化合物.

(2)有效磷

以上各種形式的磷化合物中,凡能被水生植物吸收利用的部分稱為有效磷,溶解無機(jī)正磷酸鹽是對(duì)各種藻類普遍有效的形式.某些藻類在一定條件下,只能利用無機(jī)多聚磷酸鹽及某些有機(jī)磷酸酯類作為有效磷源.

目前一般把活性磷酸鹽視作有效磷.

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二,磷的循環(huán)

1.無機(jī)循環(huán)

磷的無機(jī)循環(huán)速度很慢,其周期以109年計(jì).火成巖受風(fēng)化作用后,其中磷化合物經(jīng)由巖石經(jīng)土壤,河流而轉(zhuǎn)入海洋.由于海水偏堿性且含大量Ca2+離子,所以多數(shù)磷又以磷酸鈣形式沉積于海底.在深海沉積物中,這些磷酸鹽幾乎被永久封閉而不易復(fù)出.只有通過人類采掘活動(dòng)或海底魚類的食用(再經(jīng)食物鏈)才有可能少量地重返陸地.而沉積在內(nèi)陸�；虼箨懠苤械牧姿猁}則可通過地面隆起等地質(zhì)過程再次成為新陸地的組成部分.

2.生物循環(huán)

——水生植物的吸收利用

在一切天然地表水的真光層中,大量的有效磷在水生植物生長(zhǎng)繁殖過程中被吸收利用,構(gòu)成水中磷循環(huán)的重要環(huán)節(jié)之一.

研究發(fā)現(xiàn),水中活性磷的含量不僅與藻類生長(zhǎng)繁殖有密切關(guān)系,而且對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的增養(yǎng)殖也有密切關(guān)系.Toor,H. S.(1983)發(fā)現(xiàn),當(dāng)PO4-P從0.08到0.12mg/L時(shí),鯉魚孵化率從48%增達(dá)到88%.但當(dāng)濃度大于0.12 mg/L時(shí),孵化率下降,成活率與孵化率也有明顯的趨勢(shì).據(jù)認(rèn)為,在高PO4-P時(shí),由于磷酸鹽干擾細(xì)胞分化和形態(tài)發(fā)育,幼體出現(xiàn)畸形,死亡率高.

——水生生物的分泌與排泄

研究表明,天然水中浮游植物在分泌出有機(jī)磷酶等有機(jī)態(tài)磷并使之重新參與磷循環(huán)方面起著重要的作用.Seder(1970)發(fā)現(xiàn)淡水綠藻在其分裂周期的某一特定階段會(huì)分泌出相當(dāng)數(shù)量的有機(jī)磷酸鹽,而這種過程可能在自然條件下發(fā)生.kueuzler(1970)也證明海洋浮游植物可能分泌出大量的有機(jī)磷酸鹽.

浮游動(dòng)物排泄磷酸鹽常常是有效磷的重要的再生途徑.雖然細(xì)菌由于代謝和需要基質(zhì)而將有機(jī)磷氧化,導(dǎo)致無機(jī)磷的釋放.但Johnes(1965)指出,在由碎屑物質(zhì)再生磷酸鹽方面,原生動(dòng)物的重要作用可能不亞于細(xì)菌,因?yàn)榧?xì)菌與原生動(dòng)物的混合種群對(duì)無機(jī)磷的再生速率大于單獨(dú)細(xì)菌或無菌原生動(dòng)物的再生速率,可能由于碎屑有機(jī)磷被細(xì)菌同化及細(xì)菌組織進(jìn)一步被原生動(dòng)物的消化比由細(xì)菌本身直接礦化更為重要;也可能由于原生動(dòng)物排泄的物質(zhì)能刺激細(xì)菌的生長(zhǎng).Harris (1955)測(cè)定浮游動(dòng)物排泄磷酸鹽(干重)的速率高達(dá)11 gP·mg-1·d-1.顯然,排泄磷的速率隨自然條件,動(dòng)物的活動(dòng)以及索餌狀況的不同而有很大的變化.由各種食植動(dòng)物排泄磷(干重)的基本速率一般為2-3 gP·mg-1·d-1.Peter(1973)指出,當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),被浮游動(dòng)物吞食的細(xì)菌和浮游植物(顆粒為0.45一30 m)的總磷中,約有54%是以P04-P的形式排泄釋回水中,供細(xì)菌,浮游植物重新利用.在適當(dāng)?shù)臈l件下,浮游動(dòng)物排泄的再生有效磷可在相當(dāng)程度上滿足浮游植物對(duì)磷的要求.

魚類及其他水生生物的代謝廢物內(nèi)也含有磷.例如Whitledge等(1971)測(cè)定秘魯鳀魚排出磷(干重)的速率為90 gP·g-1·d-1.

——生物有機(jī)殘?bào)w的分解礦化

在天然水中水生生物的殘?bào)w以及衰老或受損的細(xì)胞由于自溶作用而釋放出磷酸鹽,同時(shí)因懸浮于溫躍層和深層水暗處受微生物的作用而迅速地再生無機(jī)磷酸鹽,從而構(gòu)成水體中有效磷的重要來源.

在大多數(shù)地表水體,其沉積物為上覆水有效磷的一個(gè)巨大的潛在貯源.例如湖泊沉積物中磷的豐度比上覆水層高600倍之多(Stumm,1973),但沉積物中的磷多以Fe,Al和Ca等磷酸鹽,有機(jī)態(tài)磷以及被膠粒粘土吸附固定的磷酸鹽等形態(tài)存在,沉積物中的有機(jī)態(tài)磷主要來自生物有機(jī)殘骸的沉積,經(jīng)微生物活動(dòng)及體外磷酸酶的作用而逐漸礦化.海洋沉積物的研究表明,生物殘?bào)w骨骼中的固體磷酸鈣再生為可溶性磷酸鹽的過程中,細(xì)菌也起著重要作用;此外,沉積物被吸附的磷在一定的條件下與溶液間發(fā)生離子交換解吸作用有利于磷酸鹽的再生.上述諸過程的進(jìn)行有賴于環(huán)境條件,一般而言,降低pH值,出現(xiàn)還原性條件以及增大絡(luò)合劑的濃度,有利于難溶磷酸鹽的溶解.而增高pH值,好氣性條件則有利于有機(jī)態(tài)磷的礦化和交換解吸.以上作用過程使沉積物間隙水中有效磷的含量增大.一旦間隙水中可溶性有效磷的濃度大于底層水中的濃度時(shí),由于擴(kuò)散作用或沉積物釋放氣體(如CH4),底棲動(dòng)物活動(dòng)以及深層水的湍流運(yùn)動(dòng)等的攪動(dòng),促進(jìn)可溶性有效磷從沉積物向上覆水的遷移.若水體處于垂直對(duì)流的條件下,可溶性有效磷可由底層水向表層水遷移,從而影響真光層生物的產(chǎn)量和生長(zhǎng)速率.顯然從沉積物釋放可溶性有效磷的速率受制于多種因素,但一般認(rèn)為主要是通過間隙水的擴(kuò)散速率控制的.水一底界面兩側(cè)的濃度梯度越大,則磷的釋放速度也增大.例如有些缺氧條件下的湖底沉積物釋放磷的速率變化于4.0-10.8mgP·m-3·d-1·

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三,水中磷的分布變化規(guī)律

1.水平分布

受生物活動(dòng),大陸徑流,水文狀況,沉積作用,人為活動(dòng)等各種因素的影響,海洋中磷的含量通常也表現(xiàn)為沿岸,河口水域高于大洋;太平洋,印度洋高于大西洋;開闊大洋中高緯度海域高于低緯度海域;但有時(shí)因生物活動(dòng)和水文條件的變化,在同一緯度上,也會(huì)出現(xiàn)較大的差異.

在海洋浮游植物繁盛季節(jié),沿岸,河口水域表層海水中活性磷含量可降到很低水平(0.1μmol/L).而在某些受人為活動(dòng)影響顯著的海區(qū),含磷污水等的大量排入,則可能造成水體污染,出現(xiàn)富營養(yǎng)化,甚至誘發(fā)赤潮.

大洋表層水中,DIP含量遠(yuǎn)低于沿岸區(qū)域,并且,不同區(qū)域的含量存在一定差異.在熱帶海洋表層水中,由于生物生產(chǎn)量大,DIP含量低,通常僅為0.1-0.2μmol/L,而北大西洋和印度洋表層水中DIP含量則可達(dá)2.0μmol/L.總的來說,大洋表層水中DIP分布比較均勻,變化范圍一般不超過0.5-1.0μmol/L.

大洋深層水中,由北大西洋向南,經(jīng)過非洲周圍海域,印度洋東部到太平洋,DIP含量平穩(wěn)地增加,最終富集于北太平洋深層水中.營養(yǎng)要素在大洋深層水中的這種分布,與大洋深水環(huán)流和海洋中營養(yǎng)要素的生物循環(huán)作用有關(guān).起源于北大西洋的低溫,高鹽,寡營養(yǎng)的表層水在格陵蘭附近海域沉降,形成北大西洋深層水,途經(jīng)大西洋,進(jìn)入印度洋,最后到達(dá)北太平洋.在深層水團(tuán)這一運(yùn)動(dòng)過程中,不斷地接受上層沉降顆粒物質(zhì)分解釋放的營養(yǎng)要素,故營養(yǎng)鹽不斷得以富集.大洋2000m深處水中DIP含量由北大西洋1.2μmol/L逐漸升高到北太平洋的3.0μmol/L.

2.垂直分布

在大洋真光層,由于海洋浮游生物大量吸收磷,致使有效磷含量很低,有時(shí)甚至被消耗殆盡.在微生物的參與下,生物新陳代謝過程的排泄物和死亡后的殘?bào)w在向深層沉降的過程中會(huì)有一部分重新轉(zhuǎn)化為溶解態(tài)無機(jī)磷,釋放回水中.因而隨深度的增大,其含量逐漸增大,并在某一深度達(dá)到最大值,此后不再隨深度而變化.在不同的大洋深處,其溶解態(tài)無機(jī)磷含量也有所差別,如印度洋=太平洋>大西洋.在河口,近岸地區(qū),磷的垂直分布明顯受生物活動(dòng),底質(zhì)條件與水文狀況的影響.在上升流海區(qū),由于富含磷的深層水的涌升,該區(qū)溶解態(tài)無機(jī)磷的含量明顯增加.

3.季節(jié)變化

磷的季節(jié)變化規(guī)律與無機(jī)氮相類似.中緯度(溫帶)海區(qū)和近岸淺海海區(qū)的季節(jié)變化較為明顯,而且與海洋浮游植物生物量的消長(zhǎng)有明顯的關(guān)系,反映了生命過程的消長(zhǎng).夏季浮游植物繁盛期間,有效磷被大量消耗,加上溫躍層的存在,妨礙了上下層海水的混合,有效磷的含量,尤其是其在表層的含量降至很低.進(jìn)入秋季后,浮游植物繁殖速率下降,生物殘?bào)w中的有機(jī)氮化合物逐步被微生物礦化分解,加上水體混合作用,其含量逐漸上升并積累起來.到冬季,表層和底層水中有效磷含量都達(dá)到最大值.春季,浮游植物生長(zhǎng)又開始進(jìn)入繁盛期,海水有效磷含量再次下降.

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四,磷肥的施用

1.常用磷肥及其特點(diǎn)

磷肥大體上可分為可溶性磷肥和難溶性磷肥兩大類十多個(gè)品種,水產(chǎn)養(yǎng)殖中所用的多為可溶性磷肥,最常用的是過磷酸鈣.

常用磷肥及其特點(diǎn)

肥料           名稱          主要成份 分 子 式           含氮量(%)                  一般特征

過磷酸鈣    (普鈣)    Ca(H2PO4)2 +

                               CaSO4·2H2O                          16-20
                                                用62%硫酸分解磷礦粉并熟化制得.水溶性,速效,常含游離酸,呈酸性,含多量石膏(CaSO4·2H2O)

重過磷酸鈣 (重鈣)     Ca(H2PO4)2                         40-50

                                                                 用硫酸分解磷礦粉制得.水溶性,速效,常含游離酸,呈酸性,不含石膏

                 氨化普鈣       CaHPO4+

                                     NH4H2PO4                         13-20

                                                                 由普鈣加氨水中和制得,水溶性,不含游離酸,含2-3%的氨態(tài)氮,呈中性,速效

                  安福粉     (NH4)2HPO4+

                                      NH4H2PO4                            30

                                                             用硫酸分解磷礦粉,分離出磷酸再用氨水中和制得.水溶性,速效,含氮量為18%

磷酸二氫鉀                       KH2PO4                               52

                                                                    用氫氧化鉀或碳酸鉀與磷酸中和制得.水溶性,速效,堿性,含鉀30%

2.施用磷肥的注意事項(xiàng)

(1)有效磷的含量

——研究表明,按浮游植物吸收速率計(jì)算出的養(yǎng)殖池塘水中有效磷濃度應(yīng)保持不低于46 gP/L.實(shí)際上在發(fā)表的諸多論文和報(bào)告中,認(rèn)為有效磷的臨界值為20-50 g/L,而多數(shù)認(rèn)為水中的總磷應(yīng)大于100 gP/L,有效磷在40-50 gP/L為最佳,可得到最令人滿意的初級(jí)生產(chǎn)速率及產(chǎn)量.

(2)磷肥種類的選擇

——在池塘養(yǎng)殖中施用磷肥多用于改良水質(zhì),提高并維持表層水的有效磷含量,所以在選用磷肥時(shí),一定要選可溶性磷肥.

(3)施用磷肥的注意事項(xiàng)

施用磷肥時(shí),池水的pH值以中性和弱堿性為好(pH=7.0-7.5).若池水的pH值過高(8.5以上),應(yīng)將磷肥溶解后,調(diào)節(jié)其pH值使之呈強(qiáng)酸性后方可施用,以減少磷肥的損失.

當(dāng)大風(fēng)過后或剛注入新水,池水過于混濁,粘土粒子很多時(shí),不宜施磷肥,以減少吸附固定損失.若為了澄清水質(zhì),應(yīng)另當(dāng)別論,多耗用一些磷肥可促進(jìn)懸浮物絮凝沉淀,促進(jìn)浮游植物增殖.

磷肥不應(yīng)與石灰等堿性物質(zhì)一起溶解使用.施用生石灰后,至少應(yīng)隔10-15天才能施磷肥,否則水中鈣離子(Ca2+)濃度大,pH值高,有效磷易生成鈣鹽沉淀造成損失.

磷肥最好能與有機(jī)肥一起漚制后使用,此時(shí)有機(jī)物多,會(huì)生成一些可溶性絡(luò)合物,使有效磷被吸附沉淀的機(jī)會(huì)減少,有利于提高肥效.

為使施入的磷肥能在表層水中停留較長(zhǎng)時(shí)間,以便及時(shí)被浮游植物所利用,施肥應(yīng)選在晴天光照充足的上午進(jìn)行.也可采用一些特殊的施肥方法,如掛袋,掛罐等,使肥料緩慢釋放提高肥效.

使用磷肥時(shí)應(yīng)控制適宜的氮磷比.大量試驗(yàn)證明,當(dāng)水中有效氮和磷的絕對(duì)濃度大于各自最適的施肥指標(biāo)時(shí),只會(huì)浪費(fèi)一種肥料,而不會(huì)增加初級(jí)生產(chǎn)速率和產(chǎn)量.施肥時(shí),控制適宜的氮磷比值為6-7.

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第四節(jié) 硅元素及其循環(huán)

一,硅的存在形式

水中硅主要以溶解硅酸鹽和懸浮二氧化硅兩種形式存在.

(1)溶解硅酸鹽

——硅酸是一種多元弱酸,在水溶液中存在下列平衡:

當(dāng)水pH為7.8-8.3時(shí),約5%的溶解硅以H3SiO4-形式存在.通常把可通過0.1-0.5μm微孔濾膜,并可用硅鉬黃比色法測(cè)定的低聚合度溶解硅酸等稱為"活性硅酸鹽",這部分硅酸鹽易于被硅藻吸收.

(2)二氧化硅

——硅酸脫水之后轉(zhuǎn)化成為十分穩(wěn)定的硅石(SiO2):

二,硅的循環(huán)

水中硅的循環(huán)主要受植物的吸收利用,硅酸鹽的沉淀溶解平衡等因素的影響.在春季,因浮游植物迅速繁殖而被吸收,使海水中的硅被消耗;在夏,秋季,植物生長(zhǎng)減慢時(shí),海水中的硅有一定回升;臨近冬季時(shí),生物死亡,其殘?bào)w緩慢下沉,隨著深層回升壓力增加,有利于顆粒硅的再溶解作用,又緩慢釋放出部分溶解硅.最后,未溶解的硅下沉到海底,加入硅質(zhì)沉積中,經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代后,可重新通過地質(zhì)循環(huán)進(jìn)入海洋.

三,硅的分布變化規(guī)律

1.水平分布

受生物活動(dòng),大陸徑流,水文狀況,沉積作用,人為活動(dòng)等各種因素的影響,海洋中硅的水平分布通常表現(xiàn)為沿岸,河口水域的含量高于大洋,太平洋,印度洋高于大西洋.開闊大洋中高緯度海域高于低緯度海域.但有時(shí)因生物活動(dòng)和水文條件的變化,在同一緯度上,也會(huì)出現(xiàn)較大的差異.

2.垂直分布

在大洋真光層,由于海洋浮游生物大量吸收溶解硅酸鹽,致使溶解硅酸鹽含量很低,有時(shí)甚至被消耗殆盡.在微生物的參與下,生物新陳代謝過程的排泄物和死亡后的殘?bào)w在向深層沉降的過程中會(huì)有一部分重新轉(zhuǎn)化為溶解硅酸鹽,釋放回水中.水中因而隨深度的增大,其含量逐漸增大,并在某一深度達(dá)到最大值,此后不再隨深度而變化.在不同的大洋深處,其溶解硅酸鹽含量也有所差別,如太平洋和印度洋的深層水中含量比大西洋深層水高得多.

3.季節(jié)變化

主要表現(xiàn)在海洋浮游植物繁盛季節(jié),盡管溶解硅被大量消耗,但其在海水中的含量仍保持一定水平,而不象N,P那樣可降低至未檢出.這是因?yàn)槊磕暧邢喈?dāng)大量的含硅物質(zhì)由陸地徑流和風(fēng)帶入海洋,使海水中溶解硅得以補(bǔ)充.有人估計(jì),每年補(bǔ)充到海洋的溶解硅總量約相當(dāng)于3.24×108tSiO2.其中,由河流攜帶入海洋的懸浮物質(zhì)是決定海水中硅含量的主要因素.

四,水中有效硅的含量

各國漁業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)中,都沒有規(guī)定有效硅的指標(biāo).一般淡水水體內(nèi),硅,特別是膠體及懸浮態(tài)硅的含量較高,因此,人們通常都認(rèn)為硅不是限制性營養(yǎng)物質(zhì).不過,在其它營養(yǎng)物質(zhì)供給充足,形成硅藻水花時(shí),若表水層硅補(bǔ)給不及時(shí),硅也會(huì)成為限制性營養(yǎng)物質(zhì).

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第五節(jié) 其它營養(yǎng)元素

一,銅

銅是所有藻類所必需的元素,動(dòng)植物新陳代謝必不可少的元素,銅參與生物體內(nèi)的氧化還原反應(yīng),構(gòu)成銅蛋白,參與光合作用,促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成等.銅在有些生物,特別是軟體動(dòng)物,甲殼動(dòng)物體內(nèi)存在較多,如牡蠣中銅的含量可達(dá)600-3000mg/L.這些生物的血液內(nèi)含有血藍(lán)素,使血呈現(xiàn)淡灰青色.而血藍(lán)素是含銅的蛋白質(zhì),血液中銅含量和呼吸強(qiáng)度有很大的關(guān)系.例如,活動(dòng)較為劇烈的章魚血液中銅的含量比蟹高等.

銅可能來源于許多工業(yè)廢水的排放,還可能來自輸水管道,熱交換器等含銅設(shè)備中銅的溶解,還有人在水中加入銅鹽以抑制藻類的生長(zhǎng),用銅的有機(jī),無機(jī)化合物進(jìn)行農(nóng)藥噴灑等,這些都構(gòu)成了水中銅的來源.一般情況下,河水中銅的濃度較低,這是由于銅與氧化物共沉淀或吸附于礦物表面所致.

二,鐵

鐵是動(dòng)植物新陳代謝中的一個(gè)基本元素,是葉綠素合成所必需的元素,是許多酶的組成成分和活化劑.鐵參與光合作用,生物固氮作用,呼吸作用等.海水中的鐵與某些海洋動(dòng)物的生長(zhǎng)也有直接關(guān)系.例如在氫氧化鐵膠團(tuán)凝聚形成粘性軟泥沉積于淺海海底時(shí),此時(shí)的水域環(huán)境正適于幼蝦的生長(zhǎng)繁殖.據(jù)試驗(yàn),分別把對(duì)蝦蚤狀幼體(I期)培養(yǎng)在0.404mgFe/L的海水和無鐵海水中,在同樣條件下飼養(yǎng),經(jīng)兩天后含鐵海水中對(duì)下幼體大部分存活,而無鐵海水中的對(duì)蝦幼體則全部死亡.

鐵是地球外殼中含量占第二位的金屬元素,但通常在水中的溶解度較小.水中鐵的存在受環(huán)境條件的極大影響,尤其是隨氧化-還原強(qiáng)度和程度的變化而變化.生物圈的活動(dòng)對(duì)水中的鐵的存在有強(qiáng)烈影響.有些微生物參加了鐵的氧化和還原反應(yīng),如噬鐵菌等.

地下水中常見的是Fe2+,在水中的溶解度較大.據(jù)報(bào)道在pH6-8間地下水中Fe2+的濃度可達(dá)到50mg/L.而通常情況下,水中鐵濃度在1.0-10mg/l之間.Fe2+能被水中的溶解氧氧化為Fe3+,在pH大于5時(shí),Fe3+的溶解度很小,能很快生成Fe(OH)3褐色沉淀.這個(gè)機(jī)理可以很好地解釋這樣一個(gè)現(xiàn)象,當(dāng)水剛從井中抽出時(shí),這類水一般是清潔的,但很快就變渾濁了,最后由于Fe(OH)3

我愛養(yǎng)大蝦蝦

真的要慢慢看才可以啊

oscar

看得有點(diǎn)頭暈?zāi)X脹的，不過無疑是好東西，慢慢看，有收獲

、、、隨意

Janenac 發(fā)表于 2012-5-31 16:42
第三節(jié) 天然水環(huán)境主要物理性質(zhì)一,天然水的光學(xué)特性1.水對(duì)太陽光的反射一束太陽輻射,以一定入射角直接射到平 ...

這都是自己搭上去的嗎

haoye520

頂  我覺得水化學(xué)和水生生態(tài)學(xué) 是我們水產(chǎn)人一定要學(xué)的東西

Tankee

好東西，慢慢看

apldwf

{:soso_e179:}

apldwf

{:soso_e183:}{:soso_e181:}

apldwf

還有后續(xù)嗎

輝灑人生

樓主這是哪個(gè)版本的書啊

178017204

水產(chǎn)入門必修課！

一片云

有時(shí)間是要好好再看看這些了

octopusking

學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)