海洋氧化亚氮研究现状与展望
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海洋生态系统中的氮循环研究进展针对全球气候变化问题,越来越多的科学家聚焦于海洋生态系统的研究,深入探究海洋环境中的各种物质转化、转移和利用的机制。
其中,氮源、去除及转化的研究一直以来都备受关注。
氮素是含量比较丰富的元素之一,在海洋生态系统中的循环显得浩瀚复杂。
本文将从海洋生态系统中氮循环的形式、起源以及影响方面进行探讨。
I. 氮循环的形式在海洋中,氮素可以显示出多种形式,如氨态氮、硝酸态氮、亚硝酸态氮、有机态氮等。
这些不同形式的氮物质在海洋生态系统中都有其独特的生物地球化学循环过程。
其中,硝酸盐和亚硝酸盐的转化是氮循环中最重要的一个过程。
硝酸盐和亚硝酸盐可以分别通过硝化作用和反硝化作用相互转化,从而形成一个独特的氮循环系统。
硝化作用是指细菌将氨态氮转化成硝酸盐的过程,这种过程一般是通过一些自养生物来完成。
在海洋上层,硝酸盐通常被形成在浮游生物的细胞外,而在深层水中主要则是通过有机质的自然分解得以产生。
反硝化作用则是指将硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气或氧气的反应。
该过程多由厌氧细菌参与,通常发生在深海环境中。
碳源是反硝化作用的限制因素之一,这也导致了反硝化作用对深层生物圈中碳循环的影响。
除了硝化和反硝化作用,氮素还能以多种形式进入海洋环境。
例如,在风浪的作用下,氮气能从海洋表层被气态输送机制从海洋中挥发出来;而氨氮和尿素氮则可以从陆地、河流和岩石等岸边的源头进入海洋,最终形成有机物质。
此外,海洋中的一些有机质也可能会被加工为氨态氮,被细菌或真菌等生物释放到海洋中。
II. 氮循环的起源海洋中存在的氮绝大部分来自于大气中的氮气通过生物厌氧作用转化为了氨态氮。
具体而言,这个过程是通过一个叫氮固定的细菌来完成的。
氮固定的过程中,某些特殊菌落能利用光合生物的生命活动产生的氢离子和电子来将氮气合成为氨态氮。
此时,氨态氮被细菌吞噬后被与有机物等其他物质综合进入海洋生态系统中。
而在海洋中,微生物所扮演的角色也十分重要。
陆海统筹的总氮污染治理研究进展及对策建议目录1. 内容概览 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究意义 (4)1.3 研究内容与方法 (5)2. 总氮污染的现状分析 (6)2.1 陆源氮素排放概况 (7)2.2 海上氮素排放概况 (7)2.3 陆海交互作用下的氮素动态 (9)3. 陆海统筹总氮污染治理研究进展 (10)3.1 陆地环境管理策略 (11)3.1.1 农业面源污染防治 (12)3.1.2 工业排放控制措施 (13)3.1.3 城市生活污水治理 (14)3.2 海洋环境管理策略 (16)3.2.1 海洋面源污染综合治理 (17)3.2.2 海上活动排放控制 (18)3.2.3 近岸海域水质改善 (20)4. 陆海统筹总氮污染治理存在的问题 (21)4.1 政策法规协调性不足 (22)4.2 管理机制不完善 (23)4.3 技术应用不充分 (25)4.4 跨域监测与数据共享困难 (26)5. 对策建议 (27)5.1 明确陆海统筹总氮污染治理目标 (29)5.2 制定和完善相关法律法规 (30)5.3 构建陆海统筹的管理体制 (31)5.4 应用先进技术,促进区域联防联控 (32)5.5 加强公众参与和宣传教育 (33)1. 内容概览总氮(Total Nitrogen, TN)污染治理是维护水体健康、促进生态平衡的关键任务。
本文档深入探讨了陆海统筹策略下,提高总氮管理效率的最新研究进展。
通过回顾一系列国际国内的相关研究成果,为全面理解现存的陆海总氮污染问题提供理论依据,并提出针对性的对策建议。
总氮污染的背景与现状分析:首先回顾了氮素在全球范围内对环境的破坏作用,并具体分析了陆海生态系统中氮的输入、分布与效应。
特别关注了氮循环过程和对生态系统的潜在危害,如富营养化和海洋酸化。
世界与中国陆海总氮污染比较研究:呈现全球范围内氮污染的分布模式,并深入分析中国在陆海两层面上氮污染的规律与特征。
中国近海大气沉降中氮组分的分布特征及对春季水华事件的影响分析中国是世界上人口最多的国家之一,经济快速进步带来了环境污染等一系列问题。
氮污染是当前中国海洋环境面临的严峻问题之一。
大气沉降作为氮污染的重要途径之一,对近海水体中氮的分布和水华事件产生着直接的影响。
本文旨在分析中国近海大气沉降中氮组分的分布特征,并探讨其对春季水华事件的影响。
二、中国近海大气沉降中氮组分的分布特征1. 大气氮氧化物(NOx)的沉降大气中的氮氧化物(NOx)主要由工业排放和交通尾气等因素引起。
中国近海地区的大气沉降中,NOx的含量较高,主要集中在东部沿海地区和大气扩散影响范围较大的中部地区。
其中,沿海地区的NOx沉降量较高,这与沿海地区的经济活动和人口密度较大有关。
2. 大气氨(NH3)的沉降大气中的氨(NH3)主要来自于农业生产过程中的施肥和畜禽养殖等活动。
中国农业进步较为快速,因此大气沉降中的NH3含量较高。
尤其是沿海地区和湖泊周边地区,NH3的沉降量更加明显。
这主要是由于农业活动集中、施肥量大以及氨气在大气中的传输过程中损失较小的因素导致。
3. 大气硝酸盐(NO3-)的沉降大气中的硝酸盐(NO3-)主要来源于大气氮氧化物的氧化过程。
中国近海地区的大气沉降中,硝酸盐含量较高,尤其是沿海地区和近岸海洋。
这主要受到大气中氮氧化物的影响,当大气氮氧化物与大气中的水分、氧气等反应生成硝酸时,就可形成硝酸盐。
三、大气沉降中氮组分对春季水华事件的影响1. 氮源的增加与水华事件的发生大气沉降中的氮组分是水华事件的重要氮源之一。
中国近海地区大气沉降中NOx、NH3和硝酸盐的增加,为水华事件提供了大量的氮源。
特殊是春季,氮源的增加更加明显,因为春季是施肥的主要季节。
氮源的增加会导致水体富营养化,从而诱发水华事件的发生。
2. 氮沉降的空间分布与水华事件的影响大气沉降中的氮组分在空间分布上存在差异,这也决定了对不同海洋水华事件的影响程度。
沿海地区氮沉降量较大,施肥活动和工业排放等因素的影响导致氮源更加丰富。
海洋温室气体排放与全球变暖关联分析全球变暖是当前全球面临的一个主要环境问题,而海洋温室气体排放在其中起着重要的作用。
本文旨在通过分析海洋温室气体排放与全球变暖之间的关联,来探讨其对全球气候变化的影响。
首先,我们需要了解海洋温室气体的来源和排放方式。
海洋中的温室气体主要包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)。
其中,二氧化碳是最主要的温室气体,其排放主要来自人类活动,如燃烧化石燃料、森林砍伐等。
另外,海洋也是一个重要的甲烷源,其排放量主要来自沿海湿地、浮游生物和人类活动。
而氧化亚氮主要来自陆地农业、工业排放以及污水处理等。
海洋温室气体排放与全球变暖之间的关联可以通过以下几个方面进行分析。
首先,海洋温室气体的排放直接影响着大气中温室气体的浓度。
海洋中的温室气体会随着气候变化而释放到大气中,从而导致大气中温室气体的浓度增加。
这些温室气体能够吸收地球表面的辐射,形成“温室效应”,使得地球上的温度逐渐升高。
其次,海洋温室气体的排放对海洋生态系统有着重要的影响,从而间接影响全球气候变化。
海洋中的温室气体排放会导致海洋酸化、海洋生物多样性的减少、珊瑚礁的褪色等问题。
这些变化不仅对海洋生态系统本身造成了威胁,还会影响全球的碳循环和能量平衡,进而影响全球气候变化的进程。
另外,海洋的温度对全球气候变化也有显著影响。
海洋中的温室气体排放会使海洋温度升高,从而影响大气环流和气候模式。
例如,海洋的升温会导致冰川融化加剧,海平面上升,从而威胁到低洼地区的居民和生态系统。
最后,海洋温室气体排放还会对全球变暖产生反馈作用。
全球变暖会导致海洋温度升高,加速冰川融化,进而导致更多的温室气体被释放到大气中。
这种正向反馈作用会进一步加剧全球变暖的速度和程度。
综上所述,海洋温室气体排放与全球变暖之间存在着密切的关联。
海洋温室气体的排放不仅直接影响大气中温室气体的浓度,引发温室效应,还间接影响海洋生态系统和全球气候变化的进程。
氷体中溶存NQ的研究进展◊海南热带海洋学院理学院麦笃萍唐兰英林丽陈带符龙衣由于全球气候变暖问题的日趋严重,现在对引起这种现象的温室气体引起重视;氧化亚氮在大气中的浓度仅为二氧化碳的浓度的千分之一,但是在同等浓度的情况下,温室效应却是二氧化碳的200-300倍,测定水体中溶解氧化亚氮含量的方法主要包括分光广度法、碘量滴定分析法和静态顶空气相色谱法。
实验拟用以空气为样品采用硫酸铁皱(FAS)氧化-静态顶空气相色谱法测定,用此方法对提高軽胺回收率的条件进行了初步探索,大大的提高軽胺的回收率,阐述氧化亚氮在河流中的分布规律和产生机制。
1前言氧化亚氮(NQ)是痕量气体,由于氧化亚氮燃烧时会放出大量热量,故经常被当做助燃剂来使用。
氧化亚氮在空气中浓度比较低,约为329.7±0.1ppb,虽然浓度低但是可以传输到大气层平流层中导致臭氧层消耗,进而加剧温室效应。
而且其单分子对温室效应的影响比二氧化碳的影响要高得多,约是二氧化碳的30略,对温室效应的贡献高达7%%河流和河口释放的氧化亚氮是全球大气中NQ的重要来源之一,因此研究我国不同类型河流流域中N”O浓度及其对大气的影响,对于估算全球氧化亚氮的分布及其对温室效应以及全球气候的变化都有很高的研究价值%近年来随着农作物氮肥的使用导致了河流河口中的无机氮盐含量的增加,也增加了河流中NQ的含量%氮污染的加重而不采取相应措施,则可能会导致草地生态系统生物多样性的急剧下降%所以,因此对于河流河口中氧化亚氮的研究就显得尤为霰了。
2氧化亚氮的研究现状河流和河口等淡水体NQ主要来源于由藻类和微生物参与的硝化作用和反硝化作葺硝化作用主要存在于沉积物与水体之间的富態,硝化作用有两步,第一步是NH,和NH:经氨氧化细菌的氧化成亚硝氮,第二步是亚硝氮在亚硝酸盐氧化细菌的作用下转变为NOJ的过程。
其中NHJ氧化到NOJ的过程中会产生中间产物NHQH。
NQ就是在NHQH氧化为NOJ的过程中的副产物,反硝化作用是反硝化细菌在无氧环境或氧气浓度极低的情况下以NOJ作为最终的电子受体转化为%的多步反应,NQ是反硝化作用的中间产物,目前我国对于河流中硝化作用与反硝化作用对区域氮素的收支平衡具有重要意义旳。
氧化亚氮政策关于氧化亚氮政策的文章在当今社会,氧化亚氮作为一种温室气体,其危害性逐渐受到人们的关注。
为了应对这一环境问题,政府出台了一系列氧化亚氮政策。
本文将从氧化亚氮的性质、来源和危害入手,深入探讨政府对氧化亚氮的管理政策,以期为减少氧化亚氮排放提供一些有益的启示。
一、氧化亚氮的性质、来源和危害氧化亚氮,又称一氧化二氮,是一种无色无味的气体。
它在低浓度时具有麻醉作用,而在高浓度时则会引起窒息。
此外,氧化亚氮在大气中会分解成氮气和氧气,但它也是一种温室气体,能够在大气中停留数十年,对全球气候变化产生影响。
氧化亚氮的主要来源包括工业生产、农业活动和机动车尾气等。
其中,工业生产过程中使用的化肥、燃煤和石油等物质会产生大量的氧化亚氮。
此外,农业活动中使用的氮肥也会产生一定量的氧化亚氮。
而机动车尾气则是城市地区氧化亚氮排放的主要来源之一。
二、政府对氧化亚氮的管理政策为了应对氧化亚氮排放带来的环境问题,政府制定了一系列的管理政策。
以下是对这些政策的详细解读:1. 生产许可政策政府通过实施生产许可政策,对化肥、煤和石油等物质的生产进行严格监管。
企业必须获得相应的生产许可,并按照规定的标准进行生产活动。
同时,政府还定期对企业的排放进行检测,确保其符合标准。
2. 销售管制政策政府对可能产生大量氧化亚氮的物质实行销售管制政策。
例如,对化肥的销售进行限制,规定其销售和使用范围。
此外,政府还鼓励企业和个人使用环保替代品,减少对化肥等有害物质的依赖。
3. 使用限制政策针对机动车尾气排放的问题,政府采取了一系列的使用限制政策。
例如,对城市地区实行机动车限行措施,推广使用清洁能源汽车等。
这些政策旨在减少城市地区的氧化亚氮排放量,改善空气质量。
三、政策实施过程中遇到的挑战和问题虽然政府已经出台了一系列的管理政策,但在实际操作中仍存在一些问题和挑战:1. 监管力度不足在某些地区,监管力度不足导致一些企业或个人违法排放氧化亚氮。
《海洋污染现状及其对策》篇一一、引言随着工业化的进程加速和人类活动的日益频繁,海洋污染问题逐渐成为全球关注的焦点。
海洋是地球上重要的生态系统之一,其生态平衡对人类社会及整个地球环境具有重要意义。
然而,近年来海洋污染的严重性不容忽视,本篇范文将深入探讨海洋污染的现状、成因以及解决对策。
二、海洋污染现状目前,海洋污染状况日益严重,主要表现为以下几个方面:1. 塑料垃圾污染:海洋中漂浮着大量的塑料垃圾,这些塑料垃圾不仅对海洋生物造成危害,还对人类的食品安全构成威胁。
2. 油类污染:船舶运输、海上钻井平台等活动中产生的油类污染物,对海洋生态系统和人类健康造成严重危害。
3. 化学物质污染:工业废水、农药等化学物质大量排入海洋,导致海水富营养化、赤潮等现象频发。
4. 放射性污染:核废料等放射性物质泄露至海洋,对生态系统和人类健康构成潜在威胁。
三、海洋污染成因海洋污染的成因是多方面的,主要包括以下几个方面:1. 人类活动:随着人口增长和工业化进程加速,人类活动产生的污染物大量排放至海洋。
2. 法律法规不健全:部分地区缺乏有效的海洋环境保护法律法规,导致污染行为得不到有效制约。
3. 监管不力:部分地区对海洋环境保护的监管力度不够,导致污染问题得不到有效解决。
4. 全球气候变化:全球气候变化导致极端天气事件频发,如海啸、风暴潮等,加剧了海洋污染程度。
四、解决对策为了有效解决海洋污染问题,我们需要从以下几个方面着手:1. 加强国际合作:各国应加强在海洋环境保护方面的国际合作,共同应对海洋污染问题。
通过签订国际协议、共同研究等方式,推动全球海洋环境保护事业的发展。
2. 完善法律法规:各国应制定更加严格的海洋环境保护法律法规,对污染行为进行严厉打击。
同时,加强执法力度,确保法律法规得到有效执行。
3. 推广环保意识:通过宣传教育、普及环保知识等方式,提高公众的环保意识,引导人们形成绿色、低碳的生活方式。
4. 发展环保科技:鼓励科研机构和企业研发环保科技,推动绿色、可持续的产业发展。
第21卷第3期2006年3月地球科学进展A DVANCE S I N E AR TH S C I ENC EV o l.21 N o.3M a r.,2006文章编号:1001-8166(2006)03-0269-09海洋N2O的研究进展*詹力扬1,2,陈立奇2,3(1.厦门大学海洋系,福建 厦门 361005;2.国家海洋局海洋—大气化学与全球变化重点实验室,福建 厦门 361005;3.国家海洋局第三海洋研究所,福建 厦门 361005)摘 要:N2O在大气中的浓度仅为C O2的浓度的千分之一左右,但在同等浓度的情况下温室效应却是C O2的200~300倍;它在大气层中的光化学产物会与臭氧反应,从而损耗平流层的臭氧。
N2O 的环境效应引起人们的关注,许多国际气候变化研究项目都把其列入重要研究内容。
通过对过去40年的相关研究工作进行综合分析,阐述N2O在海洋中的分布规律和其影响因素、产生的机制、它的海气通量及其影响因素,从而揭示N2O的海洋生物地球化学循环过程以及这一过程对全球氮循环的贡献。
关 键 词:海洋氧化亚氮;温室效应;硝化;反硝化;海气通量中图分类号:P734 文献标识码:A N2O是一种会对气候和大气化学产生重要影响的痕量气体。
同等浓度条件下其温室效应是C O2的200~300倍。
同时,它在大气中的光化学产物N O 在平流层中会与O3进行反应,从而破坏大气臭氧层。
因此,对N2O的研究越来越受到人们的重视。
冰芯数据分析的结果显示[1],工业革命之前大气中的N2O的体积浓度约为287±1n L/L,目前大气中N2O的体积浓度已增至314±1n L/L。
这一明显的变化主要发生在过去的一个世纪中。
根据这一大气浓度的增量,有学者推算出平均每年有大约7 T g“额外的”N2O进入大气圈,主要来源是诸如汽车使用、含氮化肥施用以及尼龙生产等的人为生产活动[2]。
此外,每年还有约15T g的自然源的N2O释放到大气中,其中,约有1.2~6.8T g/a(平均为4T g/a)[3]的N2O由占地球表面积71%的海洋释放进入大气。
《海洋污染现状及其对策》篇一一、引言随着工业化的进程加速和人类活动的不断增加,海洋污染问题日益凸显,对全球生态系统及人类社会造成了严重的影响。
本文将深入探讨当前海洋污染的现状、原因及其影响,并提出相应的对策,以期为解决海洋污染问题提供参考。
二、海洋污染现状1. 海洋污染的种类海洋污染主要包括油污、重金属污染、有机物污染、放射性污染等。
其中,油污和重金属污染是当前最主要的污染类型。
2. 海洋污染的严重性全球范围内的海洋污染问题日益严重,大量的污染物被排放到海洋中,导致海水质量严重下降,生物多样性受损,海洋生态系统遭受破坏。
此外,海洋污染还对人类社会造成了巨大的经济损失,包括渔业资源减少、海产品安全风险增加等。
三、海洋污染的原因1. 工业排放:工业生产过程中产生的废水、废渣等污染物直接或间接排入海洋,造成污染。
2. 船舶运输:船舶在运输过程中产生的油污、垃圾等污染物对海洋环境造成威胁。
3. 农业活动:农药、化肥等农业活动产生的污染物通过河流等途径进入海洋,造成污染。
4. 人类活动:沿海城市的开发、渔业活动等人类活动也会对海洋环境造成影响。
四、海洋污染的影响1. 对生态系统的影响:海洋污染导致生物多样性减少,破坏了生态平衡,影响了海洋生态系统的稳定性。
2. 对人类社会的影响:海洋污染导致渔业资源减少,海产品安全风险增加,对人类社会造成经济损失。
此外,海洋污染还可能引发赤潮等环境问题,对人类健康造成威胁。
五、对策与建议1. 加强法律法规建设:制定更加严格的海洋环境保护法律法规,加大对违法行为的处罚力度,提高违法成本。
2. 推进环保技术创新:研发更加高效的污染物处理技术,减少工业、农业等生产过程中的污染物排放。
3. 倡导绿色生活方式:加强环保宣传教育,提高公众环保意识,倡导绿色生活方式,减少对海洋环境的压力。
4. 加强国际合作:加强国际间的海洋环境保护合作,共同应对海洋污染问题。
5. 实施海洋生态修复工程:对受损的海洋生态系统进行修复,恢复其生态功能。
Advances in Geosciences地球科学前沿, 2014, 4, 115-121Published Online June 2014 in Hans. /journal/ag/10.12677/ag.2014.43014Research Status and Prospect of MarineNitrous OxideHua LinCollege of the Environment and Ecology, Xiamen University, XiamenEmail: linhua@Received: Apr. 11th, 2014; revised: May 12th, 2014; accepted: May 21st, 2014Copyright © 2014 by author and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractNitrous oxide (N2O) is an important greenhouse gas, playing a significant role in the global climate system. The world ocean is believed to be a net natural source of atmospheric N2O, among which the coastal ocean is responsible for a large part of the oceanic N2O emissions. In this paper, the present research progresses of the marine N2O dissolution, fluxes and behavior are reviewed, and in addition, new methods determining the dissolved N2O are introduced, including stable isotopes application and wavelength-scanned cavity ring-down spectrophotometer, so as to provide novel techniques for researching of ocean N2O cycle in the future.KeywordsNitrous Oxide, Distribution, Mechanism, Flux海洋氧化亚氮研究现状与展望林华厦门大学环境与生态学院,厦门Email:linhua@收稿日期:2014年4月11日;修回日期:2014年5月12日;录用日期:2014年5月21日摘 要氧化亚氮(N 2O)是主要的温室气体之一,影响全球气候,对大气化学也有着重要作用。
而海洋是大气中N 2O 的重要排放源,特别是在近岸海区,N 2O 的释放量尤为显著。
本文概述了海洋中N 2O 的分布特征、产生和消耗的控制机理及海–气N 2O 交换通量,并展望了海水N 2O 的新技术方法,如稳定同位素技术和波长扫描–光腔衰荡光谱技术,以期成为今后海洋N 2O 的研究利器。
关键词氧化亚氮,分布,机制,通量1. 引言氧化亚氮(N 2O)是一种对气候和大气化学产生重要影响的痕量气体。
首先,它与二氧化碳(CO 2)和甲烷(CH 4)并列长寿命温室气体,N 2O 在大气中的滞留时间约114~120年[1],可以通过吸收红外辐射而产生温室效应,直接影响全球气候。
虽然N 2O 在大气中的浓度比CO 2小很多,但是其单分子吸收辐射的能力是CO 2的296~340倍,对温室效应的贡献占了5%~6%[2]。
其次,在平流层它能与氧原子作用形成NO 自由基,从而导致臭氧层的损耗[3] [4]。
工业革命以来,由于人为活动的加剧,如农田耕地面积的扩大及化肥使用量的增加,导致N 2O 排放增强,全球大气N 2O 浓度已明显增加,目前已经远远超出了根据冰芯记录测定的工业化前几千年中的浓度值。
大气中N 2O 平均浓度已从在工业革命之前270 ppb (10−9)左右增加到2013年的325 ppb 左右,显示出其源汇的失衡。
大气N 2O 的来源主要包括海洋、河川、土壤、沉积物和人类工农业生产的排放。
海洋是大气N 2O 的重要自然源,海洋向大气输送的N 2O 占总输送量的25%~33%[5] [6],其中,高生产力的近岸海域包括河口和上升流区的贡献量高达60%[7] [8]。
由于人类活动加剧,大气N 2O 等温室气体浓度增加导致全球变暖问题,已严重影响生态系统平衡及人类社会可持续发展,而海洋,尤其近海海域,作为大气N 2O 的重要源区越来越受到各国气候学家和海洋学家的高度关注。
2. 海水中N 2O 产生与消耗机制海洋N 2O 的产生与消耗是海洋氮循环过程的一个重要环节[9],其产生的主控机制亦成为当今海洋生物地球化学和气候变迁研究中的关键问题之一。
由于海洋中生物化学过程的复杂性和不同海区存在的理化差异,有关N 2O 的产生机制至今仍然存在很多的疑问。
目前,海洋中存在的可能的N 2O 产生与消耗机制主要有两种,硝化作用和反硝化作用(图1),其表达式如下:硝化作用:4223NH NH OH NO NO +−−→→→ (1)反硝化作用:3222NO NO N O N −−→→→ (2)其中,硝化作用是4NH +在有氧环境中被硝化菌氧化为3NO −的过程,它由两个连续而又不同的阶段构成:首先,4NH +在氨氧化细菌或氨氧化古菌的媒介作用下被氧化为2NO −,随后,2NO −在亚硝酸盐氧化酶的催化作用下氧化成为3NO −,其中N 2O 在硝化作用的前一个过程中作为副产物而产生[10]-[12]。
而当水体或沉积物中的溶解氧浓度足够低时会发生反硝化,即在3NO −还原为N 2的过程中,N 2O 作为反硝化过程的中间产物而释放[13] [14]。
反硝化过程除可以产生N 2O 外,在缺氧区中心或无氧海水和沉积物环境中,它还能通过使N 2O 进一步转化为N 2而净消耗N 2O [15] [16]。
Figure 1.Nitrogen cycling in marine environment (modified fromGruber (2008) [9])图1.海洋氮循环过程示意图(改编自Gruber(2008)[9])3. 海洋N2O的分布及其调控机制由于海域环境的物理、生物、化学等条件的差异,全球海域不同水体中N2O浓度分布和控制机制存在着差异。
不同海域的表层N2O分布相当不均匀,根据物理水文及生物化学影响的不同,将海域环境分成河口区、边缘海及开阔海洋等三大类,分别探讨各区域中的N2O主要分布特征及可能的调控机制。
首先,河口区是陆地、海洋与大气相互作用最为活跃、最为复杂的区域,亦是海洋向大气释放N2O 的重要来源。
尽管河口区域的面积仅占全球海洋的0.4%,但它们所释放的N2O却占了整个海洋的33%[7]。
研究表明,河口区水体中N2O饱和度很高,这主要是由于河口区域受人为活动影响较大,来自农田化肥的大量使用以及污水的排放向河口区域输入大量的有机氮和无机氮,且河口区域常存在着缺氧区,伴随着显著的硝化作用和反硝化作用发生[17] [18],从而增加水体和沉积物中N2O的产量[19] [20]。
硝化、反硝化作用是河口区域重要的生物地球化学过程。
输入河口的氮约有一半通过反硝化作用以气体的形式释放到大气中[21],N2O作为硝化作用的副产物和反硝化作用的中间产物,在很多河口,往往出现高度的过饱和现象[22]。
国内外研究者对于河口区域N2O分布特征及产生机制有了一定的认识,但是,由于水文环境、生物化学的差异,在不同的河口,N2O产生的主控机制存在着差异。
从报道的文献看,很多河口,尤其是缺氧区存在较明显的硝化作用[23]。
例如,De Wilde等(2000)发现Schelde河口水体的硝化作用速率最高可达6400 μmol·N·L−1·h−1,并表明硝化作用是造成N2O在河口积累的主要原因[22]。
Barens等(1998)在Humber河口进行了的研究,发现河口中N2O的产生主要归因于沉积物中的反硝化作用,同时河口上游也存在非常强的硝化作用[24];Usui等[25](2001)测定了Tama河口沉积物的硝化与反硝化速率分别高达246~716 μmol·N·m−2·h−1和214~1260 μmol·N·m−2·h−1,并计算了N2O释放通量达到1250 μmol·N·m−2·h−1。
需要指出的是,上述研究多单一分析了河口中硝化或反硝化作用的速率,然而,河口区中水体和沉积物的硝化与反硝化作用往往耦合发生,这两者的产生N2O的速率及相对贡献尚缺乏深入的研究和评估。
边缘海等近岸海域中表层水体N2O饱和度也较高,尤其在沿岸上升流海区,水体上升流等物理过程可显著影响N2O在表层海水中的分布,下层通过生物作用产生的富含N2O的水体,可通过沿岸上升流作用涌升而被带入表层水体中,导致表层N2O高饱和度现象。
例如Naqvi等(2000)在印度西海岸海区观测到表层水体N2O饱和度最高达到8000%以上[8];Cornejo等(2007)[26]在智利沿岸上升流区观测到表层N2O饱和度最高可达1372%;Pierotti and Rasmussen等(1980)[27]在秘鲁沿岸上升流区观测到表层N2O饱和度为109%~264%,而Bange等(1996)[16]在阿曼沿岸上升流区观测到表层N2O饱和度为99%~304%,显示着近岸边缘海区也是海洋N2O一个重要释放源区。
而在开阔大洋海区,相较近岸水体,表层海水常处于寡营养水平,生物活动作用较小,表层水体的N2O主要是来自透光层底部的硝化作用以及更深层水中的硝化、反硝化过程产生并通过水体的湍流扩散作用交换到上层水体[28],表层N2O饱和度相对较小。
Butler等(1989)[12]于西太平洋区观测到的N2O平均饱和度为102.5%,Upstill-Goddard等(1999)[29]在西北印度洋的非上升流的开阔大洋区观测期间表层N2O饱和度也仅为106% ± 7%。