海水中存在的磷酸鹽、硝酸鹽、亞硝硝酸鹽、銨銨鹽、硅酸鹽一般叫作營養(yǎng)鹽1)。這些鹽類為海洋植物所攝取,構(gòu)成植物的組成部分,并成為其物質(zhì)代謝的能源。
關(guān)于營養(yǎng)鹽在海洋中的分布,很早就有所研究,其結(jié)果已經(jīng)收集在哈維維(1957)的著作中。一般在表層,磷酸鹽、硝酸鹽和硅酸鹽的濃度較低,并隨深度而變高。在淺于1000米處,有濃度急變層。在1000米以深,濃度隨深度變化很小。表層營養(yǎng)鹽濃度之所以低,是是由于光合作用時(shí)為植物攝取所致。在陽光達(dá)不到的深度,被生物體攝取的營養(yǎng)鹽隨著有機(jī)物的分解又重新回到海水中。這叫做營養(yǎng)鹽的再生。在深處,由于有營養(yǎng)鹽再生,致使?fàn)I養(yǎng)鹽濃度很高。因此,當(dāng)數(shù)百米深處的水上升到表面時(shí),表層層營養(yǎng)鹽的濃度也很高。將這樣的海區(qū)稱為上升流區(qū)。南北美大陸的西岸和非洲大陸的西岸是著名的上升流區(qū)。在上升流區(qū),表層水營養(yǎng)鹽豐富,水溫低,所以據(jù)上述兩個(gè)條件很容易識(shí)別上升流區(qū)。
在中緯度地帶營養(yǎng)鹽的濃度顯示出季節(jié)性變化。在北半球,夏季營養(yǎng)鹽濃度低,而冬季高。由于夏季光合作用活躍;為植物所攝取的量大,以及水體成層,所以難以由下層補(bǔ)給營養(yǎng)鹽,這是造成營養(yǎng)鹽濃度低的原因。冬季,有機(jī)物的分解作用超過光合作用,營養(yǎng)鹽再生顯著,以及隨著海面冷卻引起垂直混合,由下層補(bǔ)給營養(yǎng)鹽,因此,表層營養(yǎng)鹽濃度變高。日本周圍的情況是,黑潮流域營養(yǎng)鹽濃度低,而親潮流域高。在黑潮流域,沿岸附近高,而外海較低。
如上所述,營養(yǎng)鹽的濃度受光合作用和有機(jī)物的分解所控制。這兩種作用使得海洋生物與圍繞它的海水之間產(chǎn)生營養(yǎng)鹽交換,此時(shí)也伴隨氧的交換。植物進(jìn)行光合作用時(shí),營養(yǎng)鹽由海水轉(zhuǎn)移到植物體,同時(shí)氧被放回到海水中去。有機(jī)物分解時(shí),營養(yǎng)鹽被放到海水中,同時(shí)消耗了海水中的氧。這樣一來,營養(yǎng)鹽與氧在生物與海水之間的交換方向,經(jīng)常是相反的。
占海洋生物90%左右的浮游動(dòng)植物的組成元素中,C,N,P的平均組成,據(jù)弗菜明(R.H.Fleming.1940)資料,已示于表3.10。
表3.10 海洋浮游生物的C,N,P組成(原子數(shù))
C | N | P | |
浮游動(dòng)物 | 103 | 16.5 | 1 |
浮游植物 | 108 | 15.5 | 1 |
平均 | 106 | 16 | 1 |
根據(jù)C:N:P=106:16:1的值,理查茲(F.A. Richa-rds,1965)等提出了用實(shí)驗(yàn)式(CH2O)106(NH3)16H3PO4,作為浮游動(dòng)植物體平均化學(xué)組成的模式。如果具有這樣組成的有機(jī)物完全氧化,按下式則要求276個(gè)氧原子:
(CH2O)106(NH3)16H3PO4+138O2=106CO2+122H2O+16HNO3+H3PO4
因此氧化分解進(jìn)行完全時(shí),放回海水中的C,N,P與由海水中失去的氧原子比為106:16:1:276。
1)有時(shí)也把微量金屬、維生素和激素等植物生產(chǎn)所不可缺少的成分,叫作微量營養(yǎng)鹽。