实验 5 营养盐

营养盐 : 指氮、磷和硅。

氮分无机氮和有机氮。 无机氮的化合物种类很多，通常包 括氨氮（ ）、硝酸盐氮（ ）和亚硝 酸盐氮（ ）的总和即 TIN= ＋ ＋ 同样，磷有无机磷和有机磷，其中无 机磷又称为活性磷酸盐（ ）。

海水中无机 N 、 P 和 Si 是海洋生物 繁殖生长不可缺少的化学成分。 N 和 P 是组成生物细胞原生质的重 要元素，并且是生物物质代谢的能源。 Si 则是硅藻等海洋浮游植物的骨 架和介壳的主要组成部分。 因此，在海洋学上，把 N 、 P 和 Si 元素称为 “ 生源要素 ” 或 “ 生物制约元素 ” 。

海洋中营养元素一方面来自大陆径 流，另一方面与海洋动植物之间存在着 食物链的关系：浮游植物吸收营养元素 后又被动物吞食，几经周折后由生物的 排泄物或尸骸的氧化分解重新释放出来， 而获得补充。 由于这些元素参与生物生命活动 的整个过程，它们的存在形态与分布不 仅受到生物的制约，同时受到化学、地 质和水文因素的影响。

因而它们在海洋中的含量和分 布不均匀也不恒定，有着明显的季节 性和区域性变化，研究它们的存在形 式与分布变化规律，对研究海洋生物 的生态和开发海洋生物水产资源有重 要的现实意义。

一氮 1 氮在海水中的存在形态 海水中无机氮化合物是浮游浮 游植物最重要的营养物质。海水中 N 2 几乎处于饱和状态，但 N 2 不能被 绝大多数的植物利用。 N 2 在大气中 被雷电或宇宙射线电离，在降雨时 进入海洋。另外，河流的径流也向 海洋输送 N 。

氮化合物在海洋中的存在形态较多，主要有： ▲ （ NH 3 ）、 、 三种无机化合氮 ▲ 有机氮化合物 → 主要是蛋白质 ▲ 不溶于海水的颗粒态氮 → 氨基酸、脲、甲胺 一系列含氮有机化合物

2 ．氮在海水中的相互转化 氮化合物在海洋中处在不断的相互转化 和循环之中。其转化和循环受到物理、化学 、生物等各种因子的影响。 洋浮游植物或浮游动物被海洋动物消化 和排泄时，溶解和颗粒氮经过化学和细菌等 作用分解成氨。海水中氨存在如下平衡：

海水中无机氮主要以 形式存在， 还有少许未电离的 NH 3 。 NH 3 是水生动物的代谢产物，尤其是 浮游动物排泄物中含量很高。 NH 3 含量过 高，对鱼贝类生长有抑制作用，严重时可 引起鱼类和无脊椎动物中毒死亡。这是因 为非离子氨不带电荷，脂溶性较高，易透 过细胞膜。

的毒性取决于 pH ，并直接与非 离子氨的浓度成正比。 （ NH 3 ）在海 水中在亚硝酸菌和硝酸菌的作用下，发 生如下反应： （ 1 ） （ 2 ）

过程（ 1 ）光化学作用、化学氧化作 用和微生物氧化作用起着重要的作用。 由于紫外线很快被海水吸收，故光 化学作用只能在海水近表层进行； 化学氧化作用也在海表层进行； 微生物的氧化作用由自养菌或异养 菌进行，它们从溶解的 CO 2 中获得 C ，并 以氧化 为 的过程获取能量。

-N 是海水中 -N 还原的中 间产物，氨氧化的中间产物和浮游植 物新陈代谢的产物。 -N 是含氮化合物的最终氧化 产物。海水中的硝酸盐主要以离子的 形式存在，不被键合，也不被络合。

3 海水中无机化合氮的分布 大洋海水无机氮含量的变化范围： -N ： 5-50 μg/L -N ： 1-600μg/L -N ： μg/L 海水中 -N 含量比 -N 和 -N 高， 深层水几乎以 -N 形态存在。

① 平面分布：随纬度升高而升高，由于 生物、水文条件不同，同一纬度差 异较大。 ② 垂直分布：随深度增加而增加。 ③ 季节变化：因为与生物活动息息相关， 故季节变化明显。通常，浮游植物生长 旺盛，无机氮含量下降， -N 甚至为 0 。 冬季，由于生物尸骸氧化分解和海水上下 层对流剧烈，无机氮浓度上升。

海水中 -N 通常＜ 0.1μmol/L 。 ① 水平分布：因海区而异； ②垂直分布：由有氧环境向缺氧环境转变的 过渡带区，＞ 2μmol/L ； 浅水区：海底附近有 -N 存在； 深水区：少有 -N ； 上升流区： -N 含量高，说明初级生产力 活性高； ③ 季节变化：与 -N 不同，浮游植物大量 繁殖之后， -N 很低， -N 达最大时， -N 反而下降。

二、磷 磷酸盐是海洋生物必需的营 养盐之一，对脊椎动物，磷是构成 骨骼的主要成分。 海水中 P 是海洋初级生产力的 控制因素之一。

1 ．磷在海水中的存在形态 磷以不同的形态存在于海洋水体、生 物体、沉积物和悬浮物中。磷的化合物有 多种形态： ◆ 可溶性无机磷酸盐 → 通常以溶解的无 机磷酸盐为主要的形态 ◆ 可溶性有机磷化合物 ◆ 颗粒状有机磷物质 ◆ 吸附在悬浮物上的磷化合物

海洋中各种 P 的化合物也会由于生物、化 学、水文和地质构成的变化而变化，如： 颗粒 P 海水中无机磷的平衡：

2 磷在海洋中的循环

3 海水磷酸盐的含量分布与变化 不论是水平还是垂直分布，均取决于： ① 海洋生物活动 ② 海洋水文状况 ③ 在生物体内的存在形式和氧化再生 速率 ④ 沉积作用等物理化学过程。

一般规律： ① 随纬度上升而上升 ② 随深度上升而上升 ③ 太平洋、印度洋＞大西洋 ④ 近岸浅海＞大洋 含量一般： 15-31μg/L

三、营养盐的测定方法

1 、 -N 测定方法： ● 对氨基苯磺酸和 α －萘胺法 ● 磺胺和盐酸萘乙二胺试剂法 （重氮－偶氮分光光度法） －本实验采用 本法适用与海水、河口水。

采样：用有机玻璃或塑料采水器 贮存：水样须用 0.45μm 滤膜过滤 后贮存于聚乙烯瓶，快速测定，不 能延迟 3h 以上，否则应快速冷冻至 － 20 ℃保存，样品熔化后应立即分 析。 配试剂的水：无 -N 的二次蒸馏 水或等效纯水。

原理： 用重氮 - 偶氮比色法测定。 在酸性条件下，水样中亚硝酸盐与 磺胺进行重氮化反应。反应产物与 盐酸萘乙二胺作用形成深红色偶氮 染料。

注意事项： ①水样加盐酸萘乙二胺后须在 2h 内测完毕； ② 温度影响不显著，但以 ℃为宜 ③一般标准曲线每隔一周要重制，当测样条 件与标准曲线条件相差较大时，须及时重制 标准曲线。

2 ． -N 测定方法： ◇靛酚蓝分光光度法 ◇次溴酸盐氧化法－本实验 本法适用于大洋、近岸海水和河 口水，不适用于污染较重、含有机物 较多的养殖水体。 水样采集、贮存和处理与 -N 相 同。水用无氨蒸馏水或等效纯水。

原理：在碱性条件下以次溴酸钠为 氧化剂，将海水中的氨氧化为亚硝酸盐。 用重氮 - 偶氮法测定亚硝酸含量，再扣除 原有的亚硝酸含量，即得氨含量。即： 因此，此法测氨氮还要测亚硝氮。 检出限 12.2μg/L ，下限 18.1μg/L 。相对标 准偏差 1% ，相对误差 0.4% 。

注意事项： ① 防止空气中 NH 3 对水样、试剂和器皿的沾污 ② 水温＞ 10 ℃时，氧化时间 30 分即可，＜ 10 ℃ 可适当延长氧化时间 ③此法氧化率较高、快速、简便、灵敏，但部 分氨基酸也同时被测定 ④ 浓度在 0-7μmol/L 范围内符合比尔定律 ⑤水样加盐酸萘乙二胺后须在 2h 内测定完毕。 ⑥ 40% 的 NaOH 试剂的配制要准确，否则会不 显色。

3 ． -N 测定方法： ○ 镉柱还原法 ○锌镉还原法－本实验 适用的水样、样品采集、贮存和处理与 -N 相同。 配试剂和实验用水：二次蒸馏水或等效 纯水。

原理：加锌卷和 CdCl 2 于水样 中，经电化学反应将硝酸盐还原 为亚硝酸盐，按重氮 - 偶氮比色测 亚硝酸盐的总含量。扣除水样原 有亚硝酸盐含量，即得硝酸盐含 量。 所以，用此法测 -N ，也须同 时测定 -N 。

注意事项： ①通常，海水中 -N 含量较高，测定 时水样体积不宜取太多，若浓度太 高，水样应用人工海水稀释 ②锌卷的面积、表面状况均会影响 氧化率，故同一批水样锌卷应一致。 ③同样，水样加盐酸萘乙二胺后须 在 2h 内测定完毕

4 ． -P 原理：采用磷钼兰法测定。 加入硫酸 - 钼酸铵 - 抗坏血酸 - 酒石酸氧 锑钾溶液。水样中的活性磷酸盐与钼酸铵 形成磷钼黄在酒石酸氧锑钾存在时，磷钼 黄被抗坏血酸还原为磷钼兰。 最低检测限： 1.4μg/L 。 适用于海水。 其余与 -N 。

注意事项： ① 水样采集后应马上过滤、立即 测定。若不能立即测定，应置冰箱保 存，但也应在 48h 内测定完毕 ② 所用滤膜用 0.5mol/LHCl 浸泡， 临用时用水洗净 ③ 磷钼蓝颜色在 4h 内稳定 ④ 每种试剂的浓度一定要配准确

5 ．水样 取自海洋楼生态场水池 平行两份。

Goodbye ！