溶解氧与营养盐循环

表层光合作用与深层呼吸作用的相互作用，塑造了海洋中氧气和营养盐的垂直分布模式，控制着生命繁衍的区域以及缺氧区扩张的范围。

Definition

营养盐循环是指生物必需元素在海洋中溶解态、颗粒态和生命体库之间的运动，并与光合作用和呼吸作用过程中溶解氧的产生和消耗相耦合。

Scope

本主题涵盖溶解氧的溶解度与分布、缺氧区的形成与动态、主要的限制性营养盐（硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐）以及微量营养盐（如铁）、输出有机物的生物泵，以及分解过程中营养盐的再生和氧气的消耗。

Core questions

• 什么控制着海洋中溶解氧的溶解度和垂直分布？
• 缺氧区是如何形成的，为什么它们正在扩张？
• 在不同的海洋区域，哪些营养盐限制了初级生产力？
• 生物泵如何在表层水和深层水之间重新分配碳和营养盐？

Key theories

雷德菲尔德比率与再矿化作用

海洋有机物的形成和衰变具有特征性的碳氮磷比，因此深层呼吸作用以可预测的比例消耗氧气并再生营养盐。

生物泵

下沉的有机颗粒将碳和营养盐从阳光照射的表层输送到深海，在那里它们的分解消耗氧气并将碳储存在远离大气的区域。

Mechanisms

阳光照射下的表层浮游植物在光合作用过程中吸收营养盐并释放氧气；它们产生的有机物下沉并在深处被呼吸作用消耗，从而消耗氧气并将营养盐释放回溶液中。在环流供氧不足且呼吸作用旺盛的区域，会形成缺氧区，而上升流则将再生的营养盐带回表层，以促进进一步的生产力。

Clinical relevance

营养盐供应决定着海洋生产力和渔业，而氧气下降和死区扩张则威胁着海洋生态系统；两者都对变暖和环流变化敏感，使其成为气候变化下海洋健康的关键指标。

History

雷德菲尔德在20世纪30年代至50年代建立了海洋营养盐与生物学之间的比例关系；后来的研究，包括马丁在20世纪80年代末提出的铁假说，揭示了稀缺的微量营养盐可能限制广阔海洋区域的生产力，从而重塑了对营养盐控制的理解。

Key figures

• Alfred Redfield
• John Martin

Seminal works

• sarmientoGruber2006
• redfield1958

Frequently asked questions

什么是缺氧区？

它是一个深度层，通常位于上百至上千米处，溶解氧含量降至非常低的水平，因为呼吸作用消耗氧气的速度快于缓慢的环流补充氧气的速度。

为什么铁是海洋中重要的营养盐？

铁是光合作用所必需的，但在大部分开阔海洋中极其稀缺，因此在其他营养盐丰富的区域，铁可能成为限制浮游植物生长量的因素。