氮和磷存在于无机界,也存在于所有的有机体中,它们还是植物生长的重要营养盐。但是,如果氮循环和磷循环不畅或受堵,就会引发生态灾害。
氮在自然界中有3种存在形式:①存在于大气中,如气态氮N2、N2O、NH3、NO等,统称为无机氮;②存在于有机体中(所有的海生和陆生的动植物体中),称为有机氮;③存在于水体(江河湖海及地下水)、沉积物和土壤中,存在于水体、沉积物和土壤中的氮比较特别,它既含有无机氮,也含有有机氮,如溶解的无机氮盐(硝酸盐、铵盐)、溶解的有机氮和有机氮的颗粒物。
陆地氮循环示意图
大气向海洋补充氮示意图
大气中的氮,会被化肥厂用来作为原料,制造氮肥。氮肥施进农田后,一部分被农作物和其他植物吸收(还会通过食物链转到动物体里),余下的存在土壤里,它们会被流水搬运到江河湖海的水域里;豆类植物的根瘤菌也能吸收大气中的氮,作为其本身的营养;某些陆生和海生的蓝藻和绿藻在生长的过程中,也需要吸收大气中的氮,作为养料;工业污染产生的酸雨(硝酸)、空中闪电和宇宙射线会促使大气中的氮转变为可溶于水的硝态氮(硝酸盐),也会随着大气降水进入土壤和水体中。这样,大气中的氮,就进入到陆地和海洋的氮循环系统中。陆地中的氮,一部分随水土进入海洋;另一部分会因生物体腐烂等途径返回到大气中。海洋中的氮,一部分由于人类和陆地生物的捕获,返回陆地;一部分由于生物体腐烂,释放回大气中;最后一部分随着生物体的尸体及它们的代谢产物沉入海底,被沉积物锁定。这就是全球的氮循环。
海洋生物固氮补充示意图
氮循环示意图
大气中没有磷,磷存在于有机体和沉积物(岩石)中。所以,磷只在陆地、海洋和沉积物3个空间里循环。陆地中的磷矿(含鸟粪层)被开采制成磷肥;磷矿层和含磷岩石自然风化后所形成的磷,一部分会被农作物和其他植物吸收(同时通过食物链转到动物体里),另一部分留存于土壤中;人类制造的洗涤剂、农药和所排放的工业废水与生活污水中,也含有磷。所有的陆地磷:陆地生物死亡后分解释放出的磷,土壤和水体里所含有的磷,都会随着流水进入海洋,流入海洋里的磷,以颗粒有机磷(生物体内的磷和有机碎屑磷)、溶解有机磷和溶解无机磷3种形式存在于海水中。海水里的磷:一部分被海洋生物吸收,一部分由于人类捕捞返回陆地,大部分沉入海底,被封存在沉积物里。这就是磷循环的整个过程。
磷循环示意图
依据科学家的研究,现在全球每年的化肥用量高达1.45亿吨左右,与过去的50年相比,增加了10倍。化肥中,主要是氮肥、磷肥和钾肥。根据上述氮循环和磷循环的原理,现在流入湖泊和海洋的氮与磷的总量,可能比50年前增加了10倍。大量的氮和磷进入湖泊和海洋后,酿造了湖泊和海洋的富营养化,已被富营养化了的水体,当其物理和化学条件特别是温度,达到某些微生物的最适宜生长条件时,其中的微生物就会爆炸性地增殖,占据大片水域,并使其表层水变色。这种生态灾害发生在湖泊里被称为水华,发生在海洋里被称为赤潮。水华和赤潮都会造成巨大的经济损失,并危害我们的健康。
2007年5月,太湖爆发了历史上最大的水华(因蓝绿藻爆炸性的生长),局部湖水一片绿色,引起江苏省无锡市自来水严重污染,不能饮用,直至7天后才恢复正常,造成了群众恐慌和重大经济损失。
太湖爆发了历史上最大的水华
赤潮生物
近年来,赤潮在全球海域时有发生,而且规模和危害也越来越大。组成赤潮的藻类很多,我国有127种,全世界共有300余种,如塔玛亚历山大藻、短裸甲藻、叉状角藻、米金裸甲藻、旋链角毛藻、中华盒形藻和夜光藻等。赤潮并非都是赤色,但赤色较为常见,其次还有红色、粉红、黄色、茶色、褐色、土黄色、灰褐色和绿色等。赤潮爆发时,一方面,因其水体中的氧被赤潮生物消耗殆尽,造成水体缺氧,使海洋生物大量死亡;另一方面,因有些赤潮生物本身含有毒素(如链状膝沟藻含有石房蛤毒素——一种剧毒的神经毒素)也会毒死大量的海洋生物。所以,赤潮不但会使海洋产业遭受重大损失,还会威胁我们的健康,应强令禁止“赤潮鱼”上市,以保证人民生命安全。
赤潮造成鱼类大量死亡
赤潮