海水中的有機物可分為無氮有機物、含氮有機物、類脂化合物和複雜有機物等。無氮有機物主要是由死亡的海洋植物在分解過程中形成的，其中最重要的是碳水化合物及其分解產物，按其分解過程依次為木質素、纖維素、澱粉、葡萄糖和有機羧酸。無氮有機物中具有芳香族結構的，是低分子量的酚類和醒類，它們在維生素及抗生素的形成中具有重要作用。含氮有機物主要為海洋植物和動物蛋白質及其分解產物，其分解過程的主要產物有蛋白質、蛋白腖、多肽、胺基酸、胺等。類脂化合物主要有脂肪酸、甘油及其脂族醇、固醇等，與其它有機物相比，其含量少，且分解困難。複雜有機物主要包括腐殖酸在內的腐殖質，由於性質複雜，目前對其組成還了解不多。
基本介紹
- 中文名：海水有機物
- 外文名：Marine organic matter
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簡介,分布特徵,有機物成分,
簡介
存在於海水中的有機物，廣義地講，包括大至鯨小至分子甲烷的有機物。但海洋化學所研究的有機物，主要為海水中海洋生物的代謝物（見海洋天然產物）、分解物、殘骸和碎屑等，它們是海洋中固有的；還有一部分是陸地上的生物和人類在活動中生成的有機物，通過大氣或河流帶入海洋中的。就其在海水中的存在狀態而言，可分為三類：①溶解有機物（DOM）,②顆粒有機物(POM)和③揮發性有機物（VOM）。通常以孔徑為0.45微米的玻璃纖維濾膜或銀濾膜過濾海水，濾下的海水中所含的有機物稱為溶解有機物，留在濾膜上的有機物為顆粒有機物。由於大部分海水有機物的化學組成尚不清楚，在研究海水有機物分布時多以溶解有機碳(DOC)、顆粒有機碳(POC)分別代表 DOM和POM。有時尚用溶解有機氮(DON)、溶解有機磷(DOP)、顆粒有機氮 (PON)和顆粒有機磷(POP)表示。
分布特徵
含量的分布 大洋中的溶解有機碳,通常在深度100米以內的上層海水中的含量較高，有季節性變化，用濕法測得的含量，高時可達1.3毫克碳/升；深度越大，含量越小，在深度超過 300米的海水中，含量幾乎沒有季節性變化。有些海區的溶解有機碳含量，可低至 0.2毫克碳/升。在海洋沉積物間隙水中,溶解有機碳的濃度很高,可達100～150毫克碳/升。海水中顆粒有機碳含量為20～200微克碳/升,多數在數十微克碳/升左右。在上層海水中，顆粒有機碳的含量大約只有溶解有機碳的1/10，而在深水中，則只有1/50。近岸海域中顆粒有機碳的含量，可比大洋水高1～2個數量級。一般，初級生產力高的海域，顆粒有機碳含量也高，如在秘魯流和北大西洋海水中，其含量在夏季可大於100微克碳/升。海水中揮發性有機碳的含量，大約為總有機碳的2～6%。河口海域的生物生產力高，海水中有機物的含量普遍高於大洋，尤以顆粒態者為甚(表1)。 大洋中總有機碳的平均含量約為1毫克碳/升，因而整個海洋中的有機碳總量達1.5×1012噸,與陸地上的煤、泥炭和表層土壤 （0～30米深）中的有機碳總量屬同一個數量級，超過海洋生物總量的 500倍，而且所含有機物種類之多，遠遠超過海洋中的無機物。
有機物成分
溶解有機物 主要成分是浮游植物的分泌物、動物的分泌物和排泄物、死生物自消解和受細菌分解過程中的產物等，包括從低分子到高分子的、種類繁多和結構複雜的有機化合物（見海洋浮游生物）。此外，進入海洋的有機污染物，有的也溶解于海水中。
溶解有機物所包含的化合物，種類很多，已被分析確定的很少，以東北太平洋為例，已確定的化合物只不過占溶解有機物總量的10%左右，主要為胺基酸類、糖類、脂肪酸類、尿素等(表2)。 胺基酸類 包括各種酸性的、中性的和鹼性的胺基酸。溶于海水中的胺基酸類有游離胺基酸，也有肽和蛋白質等結合胺基酸，它們在大洋海水中的總含量為 5～90微克/升，但在近海或生物生產力高的海域,總含量可高達400微克/升。海水中胺基酸類化合物，無論游離的或結合的，都以甘氨酸、絲氨酸、丙氨酸、鳥氨酸等的含量居多。
碳水化合物 包括單糖類和多糖類。在溶于海水的碳水化合物中，後者的含量通常高於前者。大洋中的糖類,已確定的有葡萄糖、半乳糖和甘露糖等各種巳糖,鼠李糖、木糖和阿拉伯糖等戊糖，還有糖醛酸等。糖的總含量為 200～600微克/升。個別糖的含量只有幾個到幾十微克/升。
類脂化合物 溶于海水中的類脂化合物，包括分子中碳原子數為10～22的、飽和及不飽和的游離脂肪酸，以及烴類、甘油酯、磷脂、蠟酯和甾族化合物等。各種類脂化合物在海洋中的分布不同，例如：北大西洋海水中的總脂肪酸含量為 13～60微克/升；墨西哥灣海水中的類脂化合物含量為溶解有機碳的15～20%；南大洋水中的類脂化合物含量較多，約占溶解有機碳的40～55%。海水中甾醇類的含量較低，通常只有數微克/升。
維生素類 已定量測定過的有維生素 B12、維生素B1和生物素，它們在深度為0～100米的大洋水中的平均含量分別為0.1、0.8和1.8微克/升，在近岸海水中的含量較高。
有機污染物 隨著近代工業和農業的發展，海水中帶入了相當量的有機污染物。據1972年資料，多氯聯苯(PCBs)在北大西洋表層水中的平均含量達 3.5×10-2微克/升，直至3000米深處還能測出。農藥DDT在海水中的分布也很廣泛，經由大氣傳播，在南極海域中都能測到。現今對DDT的使用量減少,海水中的含量一般低於10-3微克/升。此外,海洋還受到石油烴類的污染（見海洋石油污染）。
海水中已測定的溶解有機物，還有尿素、核苷酸、三磷酸腺苷和其他含氮化合物，並且有微量的生物體的次級代謝物，如激素和化學傳訊物質等。其餘的溶解有機物，雖然化學組成仍不清楚，但已了解到其中大約60～80%的物質，是能抵制氧化和細菌分解的腐殖質類化合物,它們是碳水化合物,胺基酸、脂肪酸、芳香烴、酚和醌等有機化合物經過複雜的化學過程和生物化學過程而形成的。它們不同於陸地土壤中的腐殖質。後者的木質素含量較多，而且多在海水的鹽度小於10的水域中即發生沉澱。近岸大量底棲褐藻分泌到海水中的多酚化合物，能與碳水化合物和蛋白質等聚合成腐殖質，使近岸的溶解有機碳的含量增高；還能逐步轉變成大分子有機聚合物,進入食物鏈,成為濾食性動物和食碎性動物的食物。海水腐殖質和土壤腐殖質相似，可分離為溶於酸的富里酸(FA)和不溶於酸的腐殖酸(HA)兩類化合物。富里酸的分子量較低，大約80%的分子量小於1500，而且脂肪酸的含量較高。海洋沉積物中的腐殖質，在一定的條件下，有可能形成石油。
顆粒有機物 通常指懸浮在海水中的直徑大於 0.5～1微米的有機物,但實際上包括從膠粒至細菌聚集體和浮游生物體等物質。
河口海區海水中的顆粒有機物，主要是河流和風從陸地帶來的；大洋中的顆粒有機物，主要來自海洋生物的排泄物和生物體分解而成的碎屑。在大洋的顆粒有機物中，通常結合著40～70%的矽、鐵、鉛、鈣等無機物。
顆粒有機物水解之後，可生成各種胺基酸、葉綠素、糖類、類脂化合物和三磷酸腺苷等。從三磷酸腺苷的分析值，可推知顆粒有機碳中，約有 3%屬活的生物體者。顆粒有機物為食物鏈的重要的一環，它從淺層逐漸下沉，直至海底，為底棲動物所捕食，大部分都進入沉積層。
揮發性有機物 蒸汽壓高、分子量小和溶解度小的有機化合物，包括一些低分子烴、氯代低分子烴、氟代低分子烴、 DDT的殘留物和一氧化碳等。其中以甲烷的含量最高；其次是C2～C7的烴類，如乙烷、乙烯、丙烯等。它們能在風力、波浪等動力條件下蒸發，逸入海洋上空的大氣中。
前述三類海洋有機物，在海洋中經歷著錯綜複雜的相互轉變，大部分有機物最終被氧化成二氧化碳，後者又經浮游植物吸收,通過光合作用而重新變成有機碳,形成了有機碳在海洋中的循環（見圖）,而且在海水有機物的儲存、輸入和損失之間,有一定的比例關係(表3)。在這三類有機物中，溶解有機物對海水的性質和海洋生物的影響最為突出。 溶解有機物在海水中的影響 溶解有機物在海水中的含量雖低，但它和海水的物理性質和化學性質，卻有很大的關係，且對海洋生物的生長和繁殖有重要的作用。主要表現如下：①對海色的影響。有機物被無機懸浮物吸附後，增加了懸浮物的穩定性，從而影響海水的顏色和透明度。②提高一些成分在海水中的溶解度。海水中碳酸鹽所以呈過飽和狀態，其原因之一是有機物被吸附在碳酸鈣微晶表面上,阻礙晶體的生長,故懸浮在海水之中而不沉澱，可使碳酸鹽的含量超過通常的溶解度。溶解有機物的存在，也能提高其他一些難溶的金屬鹽類和烴類在海水中的溶解度。③對生物過程和化學過程的影響。無機懸浮物上所吸附的有機物，能進一步吸附和濃縮細菌，在顆粒表面上進行生物化學過程，使被吸附的有機物降解和轉化。另外，有機物的氧化還原作用，影響海洋環境的氧化還原電位，也影響著海水中的生物過程和化學過程。 ④對海-氣交換的影響。海水的微表層富含有機物，其含量超過海水中含量的10～1000倍，有促使微表層起泡沫的性能，且能降低海－氣交換的速度(見氣體在海洋與大氣間的交換)。溶解有機物與氣泡作用,可使表層水中顆粒有機物的含量增加；反過來,顆粒有機物也可分解而生成溶解有機物。兩者之間相互轉化並達到平衡。⑤對多價金屬離子的絡合作用。溶解有機物中的胺基酸和腐殖質等物質,含有各種活性官能團,能通過共價鍵或配位鍵與多價金屬離子發生絡合作用，形成有機絡合物，如使銅離子等有毒的重金屬離子的毒性降低，甚至轉化成無毒的物質；阻礙磷酸鹽和矽酸鹽等物質沉澱，延長它們在水體中的停留時間，更好地被生物利用,從而對海洋生態系有重要的意義。另一方面,海水中的許多重金屬，都是由河流帶來的。當河水流入河口海區時,形成的金屬有機絡合物,因水體的酸鹼度和鹽度發生急速的變化而逐漸沉澱下來。從這一點來說，河口區對重金屬污染物有自然的淨化能力。⑥對生理過程的作用。近岸底棲的褐藻,分泌出大量的多酚化合物,根據其在海水中含量的多少，對生物的生長有促進或抑制作用。在溶解有機物中,有微量的化學傳訊物質,它們是一些海洋生物所分泌的，能支配生物的交配、洄游、識別、告警、逃避等種內的和異種之間的各種生物過程的成分（見海洋生物化學）。
研究簡史和展望 早在1892年，K.納特雷爾就測定過海水中溶解態脂肪酸的含量；1909年A.皮特爾又測定了海水中溶解有機物的含量。這是海水有機物最早期的研究工作。到了20世紀30年代，S.A.S.克羅格和B.T.達茨科等人研究了海水中溶解有機碳的含量分布，這才開始了對海水有機物的系統研究。從此之後，許多學者致力於分析各海區的有機碳、有機氮和有機磷的含量分布。從50年代起，為了配合水域生物生產力的研究，對個別的天然有機產物和人造有機污染物的分布，進行過大量的研究工作。自70年代以來，這方面取得了較大的進展。1977年在愛丁堡召開的國際學術會議上，討論了海洋有機化學的概念和發展方向。1981年，E.K.迪爾斯馬發表了《海洋有機化學》專著。海洋有機化學的發展，與水域生產力、元素地球化學、生物地球化學、沉積成岩作用的理論研究、海洋生物資源利用等方面有密切的關係。80年代，人們將進一步研究溶解有機物的形成、化學結構、氧化降解動力學、各界面上的通量、歸宿，研究溶解有機物對海洋生態學、元素地球化學和沉積成岩作用的影響，並將更廣泛和深入地研究海洋生物的次級代謝物的分離、化學結構、生理活性和潛在的抗菌、抗腫瘤等藥效。 E.K.Duursma，R. Dawson， eds，Marine OrganicChemistry，Elsevier Scientific Publ.，New York，1981
溶解有機物所包含的化合物，種類很多，已被分析確定的很少，以東北太平洋為例，已確定的化合物只不過占溶解有機物總量的10%左右，主要為胺基酸類、糖類、脂肪酸類、尿素等(表2)。 胺基酸類 包括各種酸性的、中性的和鹼性的胺基酸。溶于海水中的胺基酸類有游離胺基酸，也有肽和蛋白質等結合胺基酸，它們在大洋海水中的總含量為 5～90微克/升，但在近海或生物生產力高的海域,總含量可高達400微克/升。海水中胺基酸類化合物，無論游離的或結合的，都以甘氨酸、絲氨酸、丙氨酸、鳥氨酸等的含量居多。
碳水化合物 包括單糖類和多糖類。在溶于海水的碳水化合物中，後者的含量通常高於前者。大洋中的糖類,已確定的有葡萄糖、半乳糖和甘露糖等各種巳糖,鼠李糖、木糖和阿拉伯糖等戊糖，還有糖醛酸等。糖的總含量為 200～600微克/升。個別糖的含量只有幾個到幾十微克/升。
類脂化合物 溶于海水中的類脂化合物，包括分子中碳原子數為10～22的、飽和及不飽和的游離脂肪酸，以及烴類、甘油酯、磷脂、蠟酯和甾族化合物等。各種類脂化合物在海洋中的分布不同，例如：北大西洋海水中的總脂肪酸含量為 13～60微克/升；墨西哥灣海水中的類脂化合物含量為溶解有機碳的15～20%；南大洋水中的類脂化合物含量較多，約占溶解有機碳的40～55%。海水中甾醇類的含量較低，通常只有數微克/升。
維生素類 已定量測定過的有維生素 B12、維生素B1和生物素，它們在深度為0～100米的大洋水中的平均含量分別為0.1、0.8和1.8微克/升，在近岸海水中的含量較高。
有機污染物 隨著近代工業和農業的發展，海水中帶入了相當量的有機污染物。據1972年資料，多氯聯苯(PCBs)在北大西洋表層水中的平均含量達 3.5×10-2微克/升，直至3000米深處還能測出。農藥DDT在海水中的分布也很廣泛，經由大氣傳播，在南極海域中都能測到。現今對DDT的使用量減少,海水中的含量一般低於10-3微克/升。此外,海洋還受到石油烴類的污染（見海洋石油污染）。
海水中已測定的溶解有機物，還有尿素、核苷酸、三磷酸腺苷和其他含氮化合物，並且有微量的生物體的次級代謝物，如激素和化學傳訊物質等。其餘的溶解有機物，雖然化學組成仍不清楚，但已了解到其中大約60～80%的物質，是能抵制氧化和細菌分解的腐殖質類化合物,它們是碳水化合物,胺基酸、脂肪酸、芳香烴、酚和醌等有機化合物經過複雜的化學過程和生物化學過程而形成的。它們不同於陸地土壤中的腐殖質。後者的木質素含量較多，而且多在海水的鹽度小於10的水域中即發生沉澱。近岸大量底棲褐藻分泌到海水中的多酚化合物，能與碳水化合物和蛋白質等聚合成腐殖質，使近岸的溶解有機碳的含量增高；還能逐步轉變成大分子有機聚合物,進入食物鏈,成為濾食性動物和食碎性動物的食物。海水腐殖質和土壤腐殖質相似，可分離為溶於酸的富里酸(FA)和不溶於酸的腐殖酸(HA)兩類化合物。富里酸的分子量較低，大約80%的分子量小於1500，而且脂肪酸的含量較高。海洋沉積物中的腐殖質，在一定的條件下，有可能形成石油。
顆粒有機物 通常指懸浮在海水中的直徑大於 0.5～1微米的有機物,但實際上包括從膠粒至細菌聚集體和浮游生物體等物質。
河口海區海水中的顆粒有機物，主要是河流和風從陸地帶來的；大洋中的顆粒有機物，主要來自海洋生物的排泄物和生物體分解而成的碎屑。在大洋的顆粒有機物中，通常結合著40～70%的矽、鐵、鉛、鈣等無機物。
顆粒有機物水解之後，可生成各種胺基酸、葉綠素、糖類、類脂化合物和三磷酸腺苷等。從三磷酸腺苷的分析值，可推知顆粒有機碳中，約有 3%屬活的生物體者。顆粒有機物為食物鏈的重要的一環，它從淺層逐漸下沉，直至海底，為底棲動物所捕食，大部分都進入沉積層。
揮發性有機物 蒸汽壓高、分子量小和溶解度小的有機化合物，包括一些低分子烴、氯代低分子烴、氟代低分子烴、 DDT的殘留物和一氧化碳等。其中以甲烷的含量最高；其次是C2～C7的烴類，如乙烷、乙烯、丙烯等。它們能在風力、波浪等動力條件下蒸發，逸入海洋上空的大氣中。
前述三類海洋有機物，在海洋中經歷著錯綜複雜的相互轉變，大部分有機物最終被氧化成二氧化碳，後者又經浮游植物吸收,通過光合作用而重新變成有機碳,形成了有機碳在海洋中的循環（見圖）,而且在海水有機物的儲存、輸入和損失之間,有一定的比例關係(表3)。在這三類有機物中，溶解有機物對海水的性質和海洋生物的影響最為突出。 溶解有機物在海水中的影響 溶解有機物在海水中的含量雖低，但它和海水的物理性質和化學性質，卻有很大的關係，且對海洋生物的生長和繁殖有重要的作用。主要表現如下：①對海色的影響。有機物被無機懸浮物吸附後，增加了懸浮物的穩定性，從而影響海水的顏色和透明度。②提高一些成分在海水中的溶解度。海水中碳酸鹽所以呈過飽和狀態，其原因之一是有機物被吸附在碳酸鈣微晶表面上,阻礙晶體的生長,故懸浮在海水之中而不沉澱，可使碳酸鹽的含量超過通常的溶解度。溶解有機物的存在，也能提高其他一些難溶的金屬鹽類和烴類在海水中的溶解度。③對生物過程和化學過程的影響。無機懸浮物上所吸附的有機物，能進一步吸附和濃縮細菌，在顆粒表面上進行生物化學過程，使被吸附的有機物降解和轉化。另外，有機物的氧化還原作用，影響海洋環境的氧化還原電位，也影響著海水中的生物過程和化學過程。 ④對海-氣交換的影響。海水的微表層富含有機物，其含量超過海水中含量的10～1000倍，有促使微表層起泡沫的性能，且能降低海－氣交換的速度(見氣體在海洋與大氣間的交換)。溶解有機物與氣泡作用,可使表層水中顆粒有機物的含量增加；反過來,顆粒有機物也可分解而生成溶解有機物。兩者之間相互轉化並達到平衡。⑤對多價金屬離子的絡合作用。溶解有機物中的胺基酸和腐殖質等物質,含有各種活性官能團,能通過共價鍵或配位鍵與多價金屬離子發生絡合作用，形成有機絡合物，如使銅離子等有毒的重金屬離子的毒性降低，甚至轉化成無毒的物質；阻礙磷酸鹽和矽酸鹽等物質沉澱，延長它們在水體中的停留時間，更好地被生物利用,從而對海洋生態系有重要的意義。另一方面,海水中的許多重金屬，都是由河流帶來的。當河水流入河口海區時,形成的金屬有機絡合物,因水體的酸鹼度和鹽度發生急速的變化而逐漸沉澱下來。從這一點來說，河口區對重金屬污染物有自然的淨化能力。⑥對生理過程的作用。近岸底棲的褐藻,分泌出大量的多酚化合物,根據其在海水中含量的多少，對生物的生長有促進或抑制作用。在溶解有機物中,有微量的化學傳訊物質,它們是一些海洋生物所分泌的，能支配生物的交配、洄游、識別、告警、逃避等種內的和異種之間的各種生物過程的成分（見海洋生物化學）。
研究簡史和展望 早在1892年，K.納特雷爾就測定過海水中溶解態脂肪酸的含量；1909年A.皮特爾又測定了海水中溶解有機物的含量。這是海水有機物最早期的研究工作。到了20世紀30年代，S.A.S.克羅格和B.T.達茨科等人研究了海水中溶解有機碳的含量分布，這才開始了對海水有機物的系統研究。從此之後，許多學者致力於分析各海區的有機碳、有機氮和有機磷的含量分布。從50年代起，為了配合水域生物生產力的研究，對個別的天然有機產物和人造有機污染物的分布，進行過大量的研究工作。自70年代以來，這方面取得了較大的進展。1977年在愛丁堡召開的國際學術會議上，討論了海洋有機化學的概念和發展方向。1981年，E.K.迪爾斯馬發表了《海洋有機化學》專著。海洋有機化學的發展，與水域生產力、元素地球化學、生物地球化學、沉積成岩作用的理論研究、海洋生物資源利用等方面有密切的關係。80年代，人們將進一步研究溶解有機物的形成、化學結構、氧化降解動力學、各界面上的通量、歸宿，研究溶解有機物對海洋生態學、元素地球化學和沉積成岩作用的影響，並將更廣泛和深入地研究海洋生物的次級代謝物的分離、化學結構、生理活性和潛在的抗菌、抗腫瘤等藥效。 E.K.Duursma，R. Dawson， eds，Marine OrganicChemistry，Elsevier Scientific Publ.，New York，1981
