文档介绍：天然水中的生物营养元素
教学内容:天然水中的生物营养元素,营养盐与藻类的关系,天然水中的氮,天然水中的磷,水体富营养化,天然水中的硅与微量营养元素
教学要求:掌握必须元素、微量必须元素、营养元素的概念;藻类对营养元素吸收速率与浓度的关系。水体中氮元素的存在形态及转化,非离子氨的计算。水体中磷的存在形态、活性磷及磷的循环;硅、铁、铜、锌、钼、锰等微量元素的存在形态及作用。初步掌握硝化作用、脱氮作用的原理及影响因素;无机氮与养殖生产的关系。了解天然水中无机氮和磷的分布变化规律。
重点难点:藻类对营养元素吸收速率与浓度的关系。水体中氮元素的转化,非离子氨的计算。水体中磷的循环。硝化作用、脱氮作用的原理及影响因素.
一、植物营养元素的分类
植物营养元素可分为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
可分为:
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
必需元素的生理功能为:构成植物体内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。如纤维素、单糖和多糖中含有碳、氢、氧;蛋白质中含有碳、氢、氧、氮、磷、硫;某些酶中含有铁或锌;Mg2+和K+是两种不同的酶的活化剂;K+和Cl-对渗透调节具有重要作用等等。
(2)非必需元素——植物正常生长发育不需要的元素
可分为:
无害元素——虽然植物正常生长发育不需要,但是少量摄入后不会产生严重病理现象,如铋元素等
有害元素——不仅植物正常生长发育不需要,而且摄入微量,就会出现病态或中毒症状,又称有毒无素。如汞、镉、铅等
    养殖水化学课程中主要介绍水生植物生长必需,而在自然水体中含量相对较低的元素,如N、P、Si等。
二、水生植物吸收营养元素的一般规律
1米氏方程
——藻类细胞对营养盐的吸收是一个复杂的生物化学酶促反应过程,其反应速度和底物浓度的关系符合一般酶促反应的动力学方程——Michaelis-Monten方程。
   
式中V为酶促反应速度,即底物消失速度或产物生成速度;
    S为限制性底物的浓度;
    Vmax为最大反应速度,即[S]足够大时的饱和速度;
    Km为米氏常数,又称为半饱和常数。
半饱和常数值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,也可用于比较不同浮游植物吸收营养盐能力的大小。
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。
通过试验,测定不同种类浮游植物对营养盐吸收反应的半饱和常数值具有重要意义。
与之间具有线性关系
当,即可得值。
    米氏方程仅符合于正常藻类细胞对营养盐的吸收规律。
三、影响天然水体初级产量与生产速率的限制因素
[S]太低
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
第二节  天然水中的氮
1. 游离态氮——氮分子具有相对较强的化学惰性,在水中的溶解度也很低,但由于氮气是大气中最主要的组成,其体积分数可达78%,因此,氮分子在水中的含量较高,在海洋中可达20mg/Kg,。
——包括蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、硝基化合物等。
3. 亚硝酸态氮——有氧环境中,微生物氧化氨、亚硝酸盐的产物;同时,在高温条件下,空气中的氮会生成各种氮氧化合物,它们进一步转变为硝酸盐,作为微生物生产硝酸盐的补充。
——亚硝酸氮在天然水中的浓度是非常低的,它主要是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。
5. 总铵态氮——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。包括以非离子氨和铵盐形式存在的氮。
    养殖水体中氮的主要来源如下:
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。
    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”。
三、氮元素的循环
天然水中氮的最丰富形式