第五章天然水中的生物营养元素§5-1营养盐与藻类的关系§5-2天然水中的氮§5-3天然水中的磷§5-4天然水中的硅和微量营养元素§5-5天然水的富营养化§5-1营养盐与藻类的关系一、必需元素和非必需元素植物正常生长发育所必需而不能用其他元素代替的营养元素。生理功能：构成植物体有机结构的组成成分，参与酶促反应或能量代谢及生理调节。常量必需元素：N、P、K、Ca、Mg、S、C、H、O微量必需元素：Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo、Cl等必需元素与非必需元素含量对生物生长的影响微量元素浓度微量元素浓度缺乏适宜中毒致死可耐受中毒致死产生量(a)(b)微量元素的缺乏与过量对生物的影响(a)必需元素(如Cu、Zn)；(b)非必需元素(如Pb、Cd)植物营养物：一般情况下，水生植物生长必需元素N、P、Si在自然水体中含量相对较低，通常把其天然水中可溶性无机物称为水生植物营养盐，把组成这些营养盐的主要元素氮、磷、硅称为营养元素或生原要素。二、藻类对营养盐的吸收藻类细胞对营养盐的吸收—Michaelis-Monten方程该方程仅符合于正常藻类细胞对营养盐的吸收规律。毒物作用或长期贫营养例外。米氏常数Km的获得VmaxV[S]KmVmax/2–Km截距=Km/Vmax斜率=1/Vmax[S][S]VKm等于最大反应速度一半时的底物浓度。Km的意义Km可表示酶与底物之间的亲和力：Km值越大亲和程度越小，酶活性越低。Km可用于比较不同浮游植物吸收营养盐能力的大小,也可作为藻类细胞能正常生长所需维持水中有效形式营养盐的临界浓度。在光强、水温及其它条件适宜而营养盐含量较低时，Km值越小的浮游植物越容易发展成为优势种；Km值越大的浮游植物会因缺乏营养盐使生长受到限制。而当营养盐过于丰富时，浮游植物群落结构会发生明显变化，可能导致某些有害浮游植物的迅速繁殖(1)水中营养元素有效形态的实际浓度[S]太低(通常要求水体营养元素的[S]应维持在3Km（吸收速率=0.75Vmax)以上;(2)各种营养元素有效形态的浓度比例不适合浮游植物的需要;(3)水中营养盐的总储存量或补给量不足;(4)向藻类细胞表面迁移补给有效营养盐的速率不足。影响天然水体初级产量与生产速率的限制因素１.游离态氮(N2)天然水中游离态氮(N2)很丰富。由大气溶氮，地表水N2近饱和，在海洋中也可达20mg/Kg，而其它可溶性氮化合物仅为0.7mg/Kg。故一般天然水域中游离氮是保守的。２.硝酸态氮（NO3--N）氮的氧化最终形态；在通气良好的天然水域，在各种无机化合态氮中占优势。在缺氧水体中易被还原。一、天然水中氮存在形式§5-2天然水中的氮游离态氮、氨氮、亚硝氮、硝酸氮、有机氮3.亚硝酸态氮（NO2--N）天然水中通常比其它形式的无机氮的含量要低，是NH4+-N和NO3--N之间的一种中间氧化状态。NH4++H2ONH3+H+NH4-N指在水中以NH3和NH4+形式存在的氮的含量之和TNH4-N表示。水中含氮有机物分解矿化及硝酸盐、亚硝酸盐反硝化作用产生。TNH4-N中离子NH4+基本没有毒性，非离子氨NH3毒性大，故在海水水质标准（GB3097-1997）和渔业水质标准(GB11607-89)中都规定非离子氨含量不得超过0.020mg/L。4.氨（铵）态氮（NH4-N）水体NH3分布受pH、S，t影响；其中pH越高，NH3分布系数越大。非离子氨的求算5.有机氮包括蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、硝基化合物等。二、天然水中氮的来源和转化大气降水地下径流从岩石土壤中的溶解水生生物的代谢水中生物的固氮作用沉积物中氮的释放工业、生活污水的排放、农业退水(一)天然水中氮的来源池塘中氮主要来源于肥料和饲料。进入水体中的氮一般以氨的形式存在。这些氮来源于鱼鳃排泄物和细菌的分解作用。据研究，饲料中的氮有60-70％被排泄到水体中，因此水产养殖生态中总氮浓度与投饲率及饲料蛋白含量有直接关系，在精养池中经常会出现对鱼类有害的“富氮”。养殖水体中氮的主要来源鱼池中施入大量畜禽粪肥，分解产生无机氮。注入含有大量氮化合物的生活和工业混合水。水生生物和鱼类的代谢产物中含有氮。(二)天然水中氮的转化氮气的溶解固氮作用植物对无机氮的吸收氨化作用硝化作用反硝化作用脱氮作用（氮再生）同化作用氨化作用动物排泄铵态氮NH4+-NNH3NH4+硝态氮NO3--N溶解氮N2反硝化作用植物...
