營養因子是藻類生長和增殖的根本，藻類細胞由20多種元素組成，其中C、O、H、N、P、S、K、Mg、Ca、Na、Cl等11種元素占細胞干重或無灰分干重的0.01%以上，稱為大量元素。其余的元素，如Fe、Mn、Cu、Zn、B、Si、Mo、Co等含量較低，被稱為微量元素。對絕大多數水體而言，限制藻類生長的營養因子主要是氮和磷，有時CO2也會成為限制因素。
　　氮
　　水環境中氮的主要來源是氮氣，大氣放電、光化學反應和生物固氮作用可將大氣中的惰性氮轉化為氮化物而進入水體。水體中的氮的形態粗略分為5種：分子氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮以及有機氮化物。經過固氮、同化和脫氮等生化作用后，一部分無機氮被生產者（水生植物如藻類）合成蛋白質并通過食物鏈進行傳遞，為其他消費者所利用；而部分無機和有機氮化物被分解成游離氮在氮食物鏈傳遞的過程中，生態系統的死亡有機物包括動植物尸體和排泄物，經過微生物的分解而釋放出氨基酸，再經氨化菌作用而形成氨。其中，一部分以氨鹽或其硝化產物的形式被植物吸收，再次進入循環途徑；而有些則通過事物的脫氮作用或直接以氨的形式返回大氣。此外，生態系統中的一些動植物尸體可能被埋入地層深處或成為深水沉積物，其中的有機氮將暫時脫離循環。
　　氮循環中雖然部分氮經上述途徑而流失，但是這種損失得到了事物固氮和高能固氮的補償。因此，氮循環是一個相當完全的、具有自我調節和反饋機制的系統。
　　氮是藻類合成蛋白質、葉綠素的元素。根據實驗測定和理論推算，浮游藻類細胞中的碳、氫、磷摩爾比例為106：6：1。水體中的氮包括有機態氮、氨氮、硝酸態氮、亞硝酸態氮。我國于1986～1990年期間進行的調查顯示，20個大中型水庫氨氮平均氨氮濃度為0.029～1.508mg/L；城市近郊小型湖泊的氨氮濃度為0.262～20.82mg/L。一般淡水藻類的固氮速率為0.025～17ug氮/光照小時。根據美國環保局1976年進行的調查，美國東部623個湖泊中有30%是氮起著限制作用。
　　磷
　　磷在水體中通常以正磷酸鹽的形式存在，由于巖石的風化、磷酸鹽礦的溶解、土壤的淋溶和遷移以及生物轉化等過程，使磷酸鹽進入水體。淡水中磷的循環可歸納為7個過程：①磷從岸邊通過地表徑流而進入水體；②岸邊的水生植物和水體中的浮游植物從水中攝取磷，并經食物鏈傳遞；③水生生物的排泄物以可溶態有機磷的形式釋放磷，并在磷酸酶的作用下緩慢的轉化為磷酸根而被重新利用；④動植物尸體和其他含磷的懸浮物在沉降到水底的過程中，因其有機物分解而釋放磷；⑤動植物尸體和懸浮物沉積到水底；⑥當水底的沉積物處于還原條件下，磷通過擴散作用從沉積物擴散到上層水體中；⑦沉積物中磷酸根與鐵、鋁等金屬作用生成難溶解的磷酸鹽而儲存在沉積物中，暫時退出循環。由此可見，磷循環是一個不完全的循環，尤其在自然界中，大量的磷進入海洋后沉積于深處，而重新返回的磷不足以補償陸地和淡水水域中的損失。由于磷的不完全循環，世界上很多地區的淡水水域缺磷，以致磷成為水體初級生產力的重要限制因素，一旦大量的磷進入水體后，往往會引起浮游植物的迅猛生長而使水體呈現富營養化。
　　磷是核糖核酸RNA和脫氧核糖核酸DNA以及三磷酸腺（ATP）的重要元素，也是許多酶促反應的輔酶因子的組成元素，是細胞內光合磷酸化和氧化磷酸化等能量轉化的關鍵因素。一般認為，磷是藻類生長繁殖的首要限制因子。當水環境的磷供應充足時，藻類就可以得到充分增殖。我國大中型湖泊的總磷濃度范圍是0.018～0.400mg/L，城市近郊小型湖泊磷的含量范圍是0.089～0.74mg/L。

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