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《中国海洋大学》 2011年
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中国海域中二甲基亚砜的生物地球化学研究

杨洁  
【摘要】:本文以中国近海有代表性的-东海、黄海、渤海和南海为研究目标,对这些海域中二甲基亚砜(DMSO)的溶解态(DMSOd)和颗粒态(DMSOp)的浓度分布特征、时空变化等进行了研究。并探讨了DMSO与环境因子(温度、盐度、营养盐等)和主要生态因子叶绿素a,以及相关的硫化物二甲基硫(DMS)、β-二甲基巯基丙酸内盐(DMSP)之间的相关关系。以初步了解DMSO浓度分布的影响因素以及在DMS生物地球化学循环中所起的作用。本论文的主要研究成果如下: 1.在实验室中改进了海水中DMSO的分析方法,其检测限为0.75 nmol L-1 (40 mL样品),精密度为4%~5%,与国外同类方法相当。 2.分别于2009年12~1月对东海、2010年6月和2010年11月对长江口附近海域海水中DMSOd和DMSOp进行了研究,结果表明:冬季东海表层海水中DMSOd和DMSOp的平均浓度分别为61.90±26.37和21.31±4.51 nmol L-1,夏季和秋季长江口附近海域的浓度分别为30.18±9.08、16.61±6.24和21.39±11.58、5.18±1.36 nmol L-1。由此可见,长江口DMSOd和DMSOp呈现出明显的季节变化,夏季高于秋季。在三个季节中表层海水DMSOd的浓度均表现出近岸高,远海低的趋势。在长江口附近呈现出明显的高浓度区,表明在长江口附近DMSOd的平面分布主要受到了长江冲淡水的影响。DMSOp的分布则呈现出不同的规律性,在冬季,东海东北部呈现出由近岸向远海递增的趋势,可能是由于耐高盐、暖水性的甲藻等盛产DMSO藻种的增多引起的,也有可能是由于温度的升高所引起的,主要归咎于DMSO的抗氧化作用。夏季DMSOp的分布主要是由盐度和浮游植物的种类共同决定的。秋季DMSOp的分布趋势与Chl-a的分布趋势类似,这主要可能是由于秋季硅藻占有绝对优势所引起的。由于东海复杂的水文条件,以及藻种组成的差异,从而造成在冬季和夏季DMSOp与Chl-a之间没有任何相关性,只有在秋季两者之间具有显著的相关性。 DMSOp/Chl-a的比值夏季明显高于秋季,是秋季的3.41倍,这主要是由于藻种的不同所引起的。DMSOp/Chl-a的比值在冬季东海东北部与温度有着较好的线性相关性,而在夏季和秋季的相关性不明显。在夏季DMSOp/Chl-a与溶解无机氮(DIN)有着弱的负相关性,与盐度有着较好的正相关性,表明DMSO在细胞内可能会起着渗透压调节的功能。夏季DMSOd和NO3-、溶解有机碳(DOC)以及细菌数量均具有很好的相关性,而与DMSOp没有任何相关性,该结果表明DMSOd主要来源于DMS的光化学氧化和细菌氧化,而非DMSOp。另一方面,也可能说明了DMSOd与NO3-和DOC之间有着相似的来源,即长江冲淡水人为输入造成的。在秋季DMSOd与这些参数之间均没有任何线性相关性,表明DMSOd的来源相对比较复杂,不是以其中任何一个来源为主。但在两个季节中DMSOd与盐度之间均表现出较好的负相关性。 冬季东海垂直分布中,DMSOd的最大值一般出现在上层水体2~25 m处,主要可能是由于UV光的照射对DMS的光化学氧化和浮游植物细胞内DMSO的释放具有促进作用,因此DMSOd的浓度会随着深度的增加而减少。DMSOp的最大值一般出现在底层,主要可能是在冬季,水体的垂直混合比较剧烈,导致沉积物的再悬浮从而造成了DMSOp值的增大。周日变化中DMSOp的最大值出现在中午附近,可能是由于其抗氧化作用导致的。DMSOd的最大值出现在夜间0:00,在白天的浓度相对较低,该结果表明白天DMSOd也存在消耗过程。 3.于2010年4-5月(春季)和2010年9月(秋季)对中国黄海、渤海表层海水中DMSOd和DMSOp的时空分布及变化特征进行了研究。DMSOd和DMSOp在春季和秋季的浓度分别为16.99±1.96、17.67±2.24和10.45±1.77、17.20±3.54 nmol L-1。由此可见黄海、渤海水体中春季和秋季表层水体中DMSOd呈现明显的季节变化,春季高于秋季,而DMSOp的浓度季节变化不明显,春季略高于秋季。 两个季节中,DMSOp与Chl-a都存在很好的线性相关性,表明浮游植物生物量在控制黄海、渤海DMSO的生产分布中起着重要的作用。并且春季和秋季所有站位的DMSOp与Chl-a之间仍然具有很好的相关性。DMSOd与Chl-a在春季有着较好的相关性,而在秋季不存在相关性,表明在两个季节DMSOd的主要来源有所区别。并且在春季,DMSOd与DMSOp之间存在很好的相关性,进一步说明了在春季细胞内DMSO的释放是DMSOd主要的源;在秋季,DMSOd与细菌数量有着较好的相关性,表明在秋季,DMS的细菌氧化可能是DMSOd主要的源。DMSOd在秋季与盐度之间存在显著的负相关性,与夏季和秋季东海航次的结论一致。DMSOd与温度(T)、盐度(S)、NO3-、DOC等其它环境因子之间的相关性均不显著,这可能与DMSOd复杂的来源及消耗有关。 黄海、渤海春季和秋季DMSOp/Chl-a的比值变化不明显,春季略高于秋季,可能是由于在两个季节中都是硅藻占有绝对优势的原因。DMSOp/Chl-a的比值除了在秋季与盐度有着很好的正相关性外,与东海夏季的结论一致。未发现其与其它的环境因子如T、S、营养盐之间有任何的相关性。表明DMSOp/Chl-a的比值是受众多因素作用的结果。 4.于2010年2月期间对冬季南海进行的大面调查,获得了南海DMSO的平面分布、影响因素等方面初步的认识。DMSOd和DMSOp在表层海水中的平均浓度分别为49.97±16.47和11.08±2.20 nmol L-1。南海表层海水中DMSOd的平面分布呈现出近岸高,远海低的趋势,在珠江入海口附近出现异常高值,表明了入海径流对DMSOd分布的影响。DMSOp的平面分布也呈现出近岸高远海低的趋势,除了受浮游植物种类的影响外,浮游植物数量也起着一定的作用,有的近岸站位沉积物的再悬浮也可能是造成DMSOp较高的原因。 表层海水中DMSOp/Chl-a的比值变化范围较大,可能是由藻的种类以及粒径决定的。DMSOp/Chl-a最大值出现在甲藻和金藻(球石藻)占比例较大的海域,表明甲藻和金藻(球石藻)可能是盛产DMSO的主要藻种。DMSOp和Chl-a之间不存在任何线性相关性,进一步说明了不同的藻种产生DMSO的能力差别较大。表层海水中DMSOd和DMS之间不存在任何相关性,表明DMS可能不是DMSOd主要的源。在远离近岸的站位,DMSOd和DMSOp之间具有显著的相关性,表明DMSOp可能是DMSOd重要的来源。
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