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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化侵蝕,淋溶,細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)無機磷(DIP)和溶解態(tài)有機磷(DOP)兩類.前者包括正磷酸鹽,無機縮聚磷酸鹽.

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,在酸性磷鉬藍法中約有1%-10%的多聚磷酸鹽水解而被測得.

溶解有機磷——溶于天然水中的有機結(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).可溶性有機磷如果是來自有機體的分解,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,許多研究者認為天然水中可溶性有機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)無機磷酸鹽和顆粒態(tài)有機磷兩類.

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

顆粒態(tài)有機磷(POP)——主要指存在于生物有機體內(nèi),有機碎屑中的各種磷化合物.前者主要存在于海洋生物細胞原生質(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法測定.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,溶解無機正磷酸鹽是對各種藻類普遍有效的形式.某些藻類在一定條件下,只能利用無機多聚磷酸鹽及某些有機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.無機循環(huán)

磷的無機循環(huán)速度很慢,其周期以109年計.火成巖受風化作用后,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出.只有通過人類采掘活動或海底魚類的食用(再經(jīng)食物鏈)才有可能少量地重返陸地.而沉積在內(nèi)陸海或大陸架中的磷酸鹽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繁殖有密切關(guān)系,而且對水產(chǎn)動物的增養(yǎng)殖也有密切關(guān)系.Toor,H. S.(1983)發(fā)現(xiàn),當PO4-P從0.08到0.12mg/L時,鯉魚孵化率從48%增達到88%.但當濃度大于0.12 mg/L時,孵化率下降,成活率與孵化率也有明顯的趨勢.據(jù)認為,在高PO4-P時,由于磷酸鹽干擾細胞分化和形態(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磷酶等有機態(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分泌出相當數(shù)量的有機磷酸鹽,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磷酸鹽.

浮游動物排泄磷酸鹽常常是有效磷的重要的再生途徑.雖然細菌由于代謝和需要基質(zhì)而將有機磷氧化,導致無機磷的釋放.但Johnes(1965)指出,在由碎屑物質(zhì)再生磷酸鹽方面,原生動物的重要作用可能不亞于細菌,因為細菌與原生動物的混合種群對無機磷的再生速率大于單獨細菌或無菌原生動物的再生速率,可能由于碎屑有機磷被細菌同化及細菌組織進一步被原生動物的消化比由細菌本身直接礦化更為重要;也可能由于原生動物排泄的物質(zhì)能刺激細菌的生長.Harris (1955)測定浮游動物排泄磷酸鹽(干重)的速率高達11 gP·mg-1·d-1.顯然,排泄磷的速率隨自然條件,動物的活動以及索餌狀況的不同而有很大的變化.由各種食植動物排泄磷(干重)的基本速率一般為2-3 gP·mg-1·d-1.Peter(1973)指出,當系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時,被浮游動物吞食的細菌和浮游植物(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,供細菌,浮游植物重新利用.在適當?shù)臈l件下,浮游動物排泄的再生有效磷可在相當程度上滿足浮游植物對磷的要求.

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)測定秘魯鳀魚排出磷(干重)的速率為90 gP·g-1·d-1.

——生物有機殘體的分解礦化

在天然水中水生生物的殘體以及衰老或受損的細胞由于自溶作用而釋放出磷酸鹽,同時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,沉積物中的有機態(tài)磷主要來自生物有機殘骸的沉積,經(jīng)微生物活動及體外磷酸酶的作用而逐漸礦化.海洋沉積物的研究表明,生物殘體骨骼中的固體磷酸鈣再生為可溶性磷酸鹽的過程中,細菌也起著重要作用;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,由于擴散作用或沉積物釋放氣體(如CH4),底棲動物活動以及深層水的湍流運動等的攪動,促進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,但一般認為主要是通過間隙水的擴散速率控制的.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,大陸徑流,水文狀況,沉積作用,人為活動等各種因素的影響,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;但有時因生物活動和水文條件的變化,在同一緯度上,也會出現(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,進入印度洋,最后到達北太平洋.在深層水團這一運動過程中,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體在向深層沉降的過程中會有一部分重新轉(zhuǎn)化為溶解態(tài)無機磷,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,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有明顯的關(guān)系,反映了生命過程的消長.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.進入秋季后,浮游植物繁殖速率下降,生物殘體中的有機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到最大值.春季,浮游植物生長又開始進入繁盛期,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

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

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

(1)有效磷的含量

——研究表明,按浮游植物吸收速率計算出的養(yǎng)殖池塘水中有效磷濃度應(yīng)保持不低于46 gP/L.實際上在發(fā)表的諸多論文和報告中,認為有效磷的臨界值為20-50 g/L,而多數(shù)認為水中的總磷應(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,一定要選可溶性磷肥.

(3)施用磷肥的注意事項

施用磷肥時,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值使之呈強酸性后方可施用,以減少磷肥的損失.

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

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.

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

為使施入的磷肥能在表層水中停留較長時間,以便及時被浮游植物所利用,施肥應(yīng)選在晴天光照充足的上午進行.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.

使用磷肥時應(yīng)控制適宜的氮磷比.大量試驗證明,當水中有效氮和磷的絕對濃度大于各自最適的施肥指標時,只會浪費一種肥料,而不會增加初級生產(chǎn)速率和產(chǎn)量.施肥時,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:

當水pH為7.8-8.3時,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,植物生長減慢時,海水中的硅有一定回升;臨近冬季時,生物死亡,其殘體緩慢下沉,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)過漫長的地質(zhì)年代后,可重新通過地質(zhì)循環(huán)進入海洋.

三,硅的分布變化規(guī)律

1.水平分布

受生物活動,大陸徑流,水文狀況,沉積作用,人為活動等各種因素的影響,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.但有時因生物活動和水文條件的變化,在同一緯度上,也會出現(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體在向深層沉降的過程中會有一部分重新轉(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.這是因為每年有相當大量的含硅物質(zhì)由陸地徑流和風帶入海洋,使海水中溶解硅得以補充.有人估計,每年補充到海洋的溶解硅總量約相當于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)用水標準中,都沒有規(guī)定有效硅的指標.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,若表水層硅補給不及時,硅也會成為限制性營養(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,促進蛋白質(zhì)的合成等.銅在有些生物,特別是軟體動物,甲殼動物體內(nèi)存在較多,如牡蠣中銅的含量可達600-3000mg/L.這些生物的血液內(nèi)含有血藍素,使血呈現(xiàn)淡灰青色.而血藍素是含銅的蛋白質(zhì),血液中銅含量和呼吸強度有很大的關(guān)系.例如,活動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,用銅的有機,無機化合物進行農(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

鐵是動植物新陳代謝中的一個基本元素,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物的生長也有直接關(guān)系.例如在氫氧化鐵膠團凝聚形成粘性軟泥沉積于淺海海底時,此時的水域環(huán)境正適于幼蝦的生長繁殖.據(jù)試驗,分別把對蝦蚤狀幼體(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下幼體大部分存活,而無鐵海水中的對蝦幼體則全部死亡.

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-還原強度和程度的變化而變化.生物圈的活動對水中的鐵的存在有強烈影響.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)報道在pH6-8間地下水中Fe2+的濃度可達到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,Fe3+的溶解度很小,能很快生成Fe(OH)3褐色沉淀.這個機理可以很好地解釋這樣一個現(xiàn)象,當水剛從井中抽出時,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

看得有點頭暈腦脹的，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,天然水的光學特性1.水對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  我覺得水化學和水生生態(tài)學 是我們水產(chǎn)人一定要學的東西

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

樓主這是哪個版本的書啊

178017204

水產(chǎn)入門必修課！

一片云

有時間是要好好再看看這些了

octopusking

學習學習學習