海洋生物地球化学  070702M04003H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业核心课 | 任课教师:宋金明,段丽琴,李宁,李学刚,高学鲁
授课时间: 星期二,第10、11、12 节
授课地点: 教二楼125
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11
授课时间: 星期四,第10、11、12 节
授课地点: 教二楼125
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11
课程编号: 070702M04003H 课时: 60 学分: 4.00
课程属性: 专业核心课 主讲教师:宋金明,段丽琴,李宁,李学刚,高学鲁 助教:邢建伟
英文名称: Marine Biogeochemistry 召集人:

教学目的、要求

本课程为海洋化学专业硕士、博士研究生的专业核心课程,同时也是海洋学学各专业研究生的选修课。作为海洋化学之专业核心课之一的海洋生物地球化学,包括所有化学物质在生物作用下的地球化学过程。
通过本课程的学习,使学生能掌握海洋生物地球化学的基础理论和基本的技术操作技能,为从事海洋生物地球化学研究打下基础。

预修课程

无机化学,有机化学,地球化学

教 材

《海洋生物地球化学》,中国科学院海洋研究所讲义,2011

主要内容

第一章 绪论 (3学时,宋金明授课,海洋所)
主要讲述海洋生物地球化学的定义、发展历史、研究内容及研究意义等。教学重点:海洋生物地球化学的定义、发展历史等,教学重点:研究内容及研究意义
第1学时:
海洋生物地球化学的定义、发展历史等
第2至3学时:
海洋生物地球化学研究内容及研究意义等
具体教授内容:
1.1 海洋生物地球化学的发展历史与研究意义
1.1.1 海洋生物地球化学的发展历程
1.1.2 海洋生物地球化学的研究意义
1.2 海洋生物地球化学的定义及研究内容
1.2.1 海洋生物地球化学的定义
1.2.2 生物地球化学的研究内容
1.2.3 生物地球化学循环过程研究的原理与方法
第二章 海洋碳的生物地球化学过程(12学时,高学鲁授课,烟台海岸带所)教学重点和难点
主要讲述海洋碳的来源、分布及循环过程,海-气界面碳通量,碳酸盐作用,生物泵(碳泵)作用与生物种群的功能。教学重点:海洋碳的来源、分布及循环过程,海-气界面碳通量,碳酸盐作用等。教学重点:生物泵(碳泵)作用与生物种群的功能等
第4至6学时:
海洋碳的来源、分布及循环过程等
第7至9学时:
海-气界面碳通量
第10至12学时:
无机碳与碳酸盐作用
第13至15学时:
生物泵(碳泵)作用与生物种群的功能等

具体教授内容:
2.1 海洋碳的分布与来源
2.1.1海洋碳的地球化学分布特征
2.1.2 海洋碳的来源及研究方法
2.1.3 海洋黑碳
2.1.4 海洋中的甲烷
2.1.5 海洋中的一氧化碳
2.2 海-气界面碳通量与碳源汇
2.2.1 海-气界面碳通量的获取方法
2.2.2 海-气界面碳通量
2.2.3 海洋碳的源与汇
2.2.4 全球碳循环研究中的碳失汇
2.3 海水无机碳的迁移与转化
2.3.1 海水中的溶解无机碳体系
2.3.2 溶解无机碳的迁移过程
2.3.3 全球气候变化下溶解无机碳的变化及其影响
2.4 海洋有机碳
2.4.1溶解有机碳(DOC)与生物过程的耦合关系
2.4.2颗粒有机碳(POC)与生物代谢 
2.4.3有色溶解有机碳(CDOC)的特征与应用
2.4.4胶体有机碳(COC)的功能与作用 
2.5 海洋生物种群与碳循环
2.5.1 浮游植物对碳的利用
2.5.2 浮游动物对碳的传递作用
2.5.3 底栖生物在碳循环的功能与作用 
2.5.4 微生物在碳循环中的作用 
2.6 海洋碳迁移转化的化学驱动 
2.6.1营养盐的水平与变化对海洋中碳迁移转化的影响 
2.6.2 海水酸碱度与海洋碳迁移转化的关系
2.6.3 氧化还原环境对碳迁移转化的控制作用
2.7 海洋沉积物碳的生态学功能
2.7.1 海洋沉积物中碳的存在形式与形态
2.7.2 海洋沉积物中碳的堆积过程与早期成岩作用
2.7.3 海洋沉积物中碳的再生释放
2.8 海洋碳循环模式 
2.8.1 海洋碳循环模型
2.8.2 中国近海碳循环模型 
第三章 海洋氮的循环(9学时,龚 骏 授课,烟台海岸带所)教学重点 
主要讲授海洋氮的生态学功能,硝化与反硝化过程与微生物作用,氮的收支与循环效率等。教学重点:海洋氮的来源、分布及循环过程等。教学难点:海洋氮的生态学功能,硝化与反硝化过程与微生物作用,氮的收支与循环效率等。
第16至18学时:
海洋氮的来源、分布及循环过程等
第19至21学时:
硝化与反硝化过程与微生物作用
第22至24学时:
氮的收支与循环效率、海洋氮的生态学功能
具体教授内容:
3.1 海洋氮的分布特性
3.1.1 海水中氮的存在形态、分布特征及相互转化
3.1.2 海洋沉积物中氮的形态与分布
3.2 海洋氮的来源
3.2.1 氮的输入
3.2.2 海洋沉积物中氮的来源
3.2.3 海洋氮的收支 
3.3 海洋沉积物中氮的生物地球化学过程
3.3.1 海洋沉积物中氮的去营养化和早期成岩过程
3.3.2 海洋沉积物中的氮循环及其控制机制
3.3.3 颗粒氮的形成及其功能
3.3.4 氮与其它生源要素循环的关系
3.4 硝化与反硝化过程
3.4.1 硝化与反硝化过程
3.4.2 硝化与反硝化研究方法
3.4.3 硝化与反硝化过程的影响因素
3.5 海洋氮循环的驱动机制 
3.5.1 海洋氮的再生释放
3.5.2 海洋氮循环的化学驱动
3.5.3 海洋氮循环的生物驱动
第四章 海洋磷的循环(9学时,赵卫红授课,海洋所)教学重点
主要讲授磷的来源、水体循环特征,生物磷限制问题,沉积物磷的再生速率与生态学效应,与其他生源要素耦合作用机理。教学重点:海洋磷的来源、分布及循环过程等。教学难点:沉积物磷的再生速率与生态学效应,与其他生源要素耦合作用机理等。
第25至27学时:
海洋磷的来源、分布及循环过程等
第28至30学时:
海水磷的检测方法、生物磷限制等
第31至33学时:
沉积物磷的再生速率与生态学效应、海洋氮与其他生源要素耦合作用机理等
具体教授内容:
4.1 海洋磷的分布特性
4.1.1 海水中磷的存在形态、分布特征与相互转化
4.1.2 海洋沉积物中磷的形态
4.2 海洋磷的来源与功能
4.2.1 海洋磷的来源
4.2.2 浮游植物生长的营养盐限制
4.2.3 颗粒磷与微小生物的关系 
4.3 沉积物磷的再生速率与生态学效应
4.3.1海洋沉积磷的埋葬与再生
4.3.2海洋沉积物磷的生态学功能
4.3.3海洋沉积物中的基质结合磷化氢 
4.4 海洋磷的循环
4.4.1 海洋磷的循环过程与控制因素
4.4.2 海洋磷的收支平衡 
第五章 其他重要生源要素的生物地球化学(9学时,李宁授课,海洋所)
主要讲授海洋中硅、氧、铁的来源、循环机制,特定环境下的生态学效应以及与碳、氮、磷的协同作用原理。教学重点:海洋中硅、氧、铁的来源、循环机制。教学难点:特定环境下硅、氧、铁的的生态学效应以及与碳、氮、磷的协同作用原理等。
第34至36学时:
海洋硅的来源、分布及循环过程等
第37至39学时:
特定环境下硅、氧、铁的的生态学效应,大洋加铁试验等
第40至42学时:
硅、氧、铁与碳、氮、磷的协同作用原理等
具体教授内容:
5.1 海洋中硅的生物地球化学功能
5.1.1 海洋中硅的形态与功能
5.1.2 海洋中硅的来源与补充
5.1.3 生源硅(生物硅/蛋白石)的生物地球化学意义
5.2 海水溶解氧在生物地球化学循环中的作用
5.2.1 海洋水体中的溶解氧
5.2.2 溶解氧的测定方法
5.2.3 溶解氧的生物学功能与生化需氧量(BOD)
5.2.4 底层缺氧及生态效应
5.3 海洋硫的生物地球化学
5.3.1 海洋环境中的硫体系
5.3.2 海洋中硫的不同形态与功能
5.3.3 深海沉积物中硫酸盐的还原作用
5.3.4 海洋中的易挥发性硫
5.4 铁的生物地球化学作用与“铁肥效应”
5.4.1铁的生物地球化学作用
5.4.2海洋施铁的生态效应
5.5 重金属的海洋生物地球化学循环
5.5.1重金属的生物地球化学作用
5.5.2海洋重金属循环的生物学机制
第六章 突发海洋事件中的海洋生物地球化学作用(9学时,袁华茂/宋金明授课,海洋所)
主要讲授海洋富营养化与有害赤潮发生的生物地球化学机制及控制措施,突发灾害性化学污染生物种群的响应机理,珊瑚白化的碳、氮、磷反馈。教学重点:海洋富营养化与有害赤潮发生的生物地球化学机制及控制措施。教学难点:突发灾害性化学污染生物种群的响应机理等。
第43至45学时:
海洋富营养化与有害赤潮发生的生物地球化学机制及控制措施
第46至48学时:
水母、浒苔生态灾害发生/消亡机制、处置措施及环境影响等
第49至51学时:
珊瑚白化的机制以及生源要素碳、氮、磷的反馈
具体教授内容:
6.1 海洋富营养化的过程及效应
6.1.1 海洋富营养化的起因与效应 
6.1.2 近海富营养化的评价方法与指标体系
6.1.3 海洋富营养化过程中生源要素的响应
6.2 赤潮过程中的海洋生物地球化学
6.2.1 赤潮及其发生机制 
6.2.2 赤潮发生过程中生源要素的响应
6.3 珊瑚白化的海洋生物地球化学
6.3.1 珊瑚白化与环境变化
6.3.2 珊瑚白化过程中生源要素的演变过程
6.4 近岸人为污染的生态效应
6.4.1 海洋环境中的无机污染物
6.4.2 海洋环境中的有机污染物
6.4.3 微生物污染
6.4.4 放射性污染
第七章 海洋物流与能流的原理(9学时,宋金明授课,海洋所)教学难点
主要讲授生源物质在大气-海水-生物体-沉积物体系及在生物食物链中的传递机理,生物与环境的协生原则。教学重点:生源物质在大气-海水-生物体-沉积物体系及在生物食物链中的传递机理。教学难点:生物与环境的协生原则等。
第52至54学时:
生源物质的作用功能以及与其他元素的相互作用
第55至57学时:
生源物质在大气-海水-生物体-沉积物体系及在生物食物链中的传递机理
第58至60学时:
生物与环境的协生原则等
具体教授内容:
7.1 海水与大气的相互作用
7.1.1 海水与大气相互作用的微表层作用过程
7.1,2 海水与大气间的物质输送 
7.2 海陆相互作用
7.2.1 河流的输入与陆源作用过程 
7.2.2 河口潮滩对河流输入物的接纳与转移 
7.3 海洋沉积物-海水界面过程
7.3.1 海洋沉积物-海水界面过程的研究内容与研究方法
7.3.2 海洋沉积物-海水界面附近元素的早期成岩模式
7.3.3 颗粒物的垂直沉降与表层沉积物的再悬浮
7.4 化学物质的生物传递过程
7.4.1 浮游植物对化学物质的利用及机制 
7.4.2 浮游动物的代谢以及对浮游植物摄食所引起的化学物质转移
7.4.3 底栖生物与鱼类的摄食及代谢作用下物质的再生循环 

参考文献

(1) Krumbein,W.E. Microbial Geochemistry,Blackwell Sci.Pub. Oxford,1983
(2) Nriagu,J.O. Environmentai Biogeochemistry,Ann Arbor Sci.Pub.,Ann Arbor,1976
(3) 宋金明,《中国近海生物地球化学》,山东科技出版社,济南,2004
(4) 张 经,《近海生物地球化学的基本原理》,高等教育出版社,北京,2009