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黄东海和胶州湾海水中丙烯酸的生物地球化学研究

王莉莉  
【摘要】:本文以中国近海有代表性的黄海、东海及北方典型海湾胶州湾为研究对象,对海水中丙烯酸浓度的分布特征、时空变化等进行了研究。并探讨了丙烯酸与环境因子(温度、盐度、营养盐等)和主要生态因子Chl-a,以及相关的硫化物(DMS)、β-二甲基巯基丙酸内盐(DMSP)之间的相关关系。以初步了解丙烯酸浓度分布的影响因素以及在DMS生物地球化学及海洋碳循环中所起的作用。本论文的主要研究结果如下: 1.在实验室中优化了海水中丙烯酸高效液相色谱测定方法,方法的检出限为4nmol/L(S/N=3),在0.01~10μmol/L的范围内均有良好的线性关系,相关系数可达0.9996,加标回收率为92.7%~96.8%,相对标准偏差为1.3~1.6%(1.04-2.32μmol/L),采用0.2μm滤膜重力过滤冷藏的办法可保存海水丙烯酸样品。 2.通过对球形棕囊藻的培养,对藻培养液中的丙烯酸以及其他参数的变化和相互关系进行了研究。球形棕囊藻生长过程中,丙烯酸浓度的变化范围在0.339~2.219μmol/L之间,丙烯酸与DMSPd具有显著的相关性,丙烯酸与DMSPd的浓度以及其单细胞释放量的最大值均出现在稳定生长期初期,而丙烯酸与DMS、DMSP、DMSPp也具有较大的相关性,但相关性不如前者明显。 3.分别于2011年3~4月(春季)、7月(夏季)、10~11月(秋季)、12月(冬季)对中国东海和黄海进行的大面积调查,对东海、黄海丙烯酸的时空分布、影响因素各方面进行了研究。结果表明东海、黄海表层海水中丙烯酸的浓度分别为:春季0.359(0~0.145)μmol/L、夏季0.258(0~1.06)μmol/L、秋季0.142(0~0.520)μmol/L、冬季0.121(0~0.720)μmol/L,呈现出明显的季节变化,春季最高,夏秋季次之,冬季最低,其中春季丙烯酸是冬季丙烯酸含量的3倍。这除了与海洋中浮游植物的季节性消长有关外,还与人为活动有很大的关系。东海、黄海丙烯酸的空间分布明显受到长江冲淡水和贫营养的黑潮水系及其分支的影响。东海、黄海中丙烯酸的空间分布表现出从近岸向远海逐渐降低的趋势。每一个季节又呈现出各自的特点。不同季节丙烯酸周日变化总体趋势是:中午-下午为高值时段,夜间-凌晨为低值时段,这与海水中丙烯酸的产生与生源有关相一致。各季节丙烯酸在长江口断面站位的垂直分布中,丙烯酸浓度的最大值一般出现在中上层水体中(2m-30m),主要可能是由于真光层中浮游植物产生的丙烯酸较多,在中层水体以下,丙烯酸的浓度会随深度的增加而减少。各季节丙烯酸含量与Chl-a存在着一定的线性相关性,但相关性均不明显,一方面可能是由于复杂的藻种组成引起的。春季航次中,丙烯酸与营养盐中的SiO32-、NO3-具有较好的相关性,这可能是由于春季中这两种营养盐对海洋中的浮游生物的生长有较大的促进作用。夏季航次中,丙烯酸与DIN总氮有较好的相关性,与其余营养盐也有正相关性,但是相关性不明显。在春季、夏季以及秋季航次中,丙烯酸与DMS、DMSP的相关性均不明显。 4.于2011年8月对中国黄海冷水域进行的调查,对黄海冷水域中丙烯酸的时空分布特征以及丙烯酸与环境因素之间的相关性分析进行了分析,研究结果显示黄海冷水域表层水中丙烯酸浓度在0~0.208μmol/L,平均值为0.081±0.075μmol/L。分布表现为冷水域中心浓度高,外沿浓度低的趋势。黄海冷水域中丙烯酸的垂直分布表现为中层>底层>表层,这主要是垂直方向上,生产丙烯酸的浮游植物与细菌综合作用的结果。Chl-a在垂直方向上的变化顺序为底层>中层>表层,而细菌在垂直方向上的分布状况是表层>中层>底层,使得中层浮游植物较表层生长旺盛,而细菌在中层比表层数目少,从而丙烯酸在中层,温盐跃层出现浓度的最大值。在夏季黄海冷水域中,丙烯酸含量与温度表现出明显的负相关性,与盐度未表现出明显的相关性,这说明盐度对黄海冷水域中丙烯酸的分布影响较小;丙烯酸与Chl-a表现出一定的相关性,可见生物量在一定程度上影响了丙烯酸的产生及分布。 5.于2010年12月至2011年11月对胶州湾表层海水中丙烯酸的分布规律,从水平分布、时间分布和相关性几个方面做了研究,结果表明,胶州湾表层海水的丙烯酸含量在0.031~0.472μmol/L,平均值0.093±0.105μmol/L。胶州湾表层海水的丙烯酸分布趋势有着明显的分区现象,从湾口到湾内浓度逐渐增大,且胶州湾东部丙烯酸的浓度高于西部,可能是由于近岸受人类活动和地表径流的影响较大。胶州湾春、夏、秋、冬四季丙烯酸的分布趋势大致相同,具有西南部低,东北部高,即丙烯酸向湾口方向逐渐减小,向湾内逐渐增加。丙烯酸的季节分布特征:夏季春季秋季冬季,即其丙烯酸春季最高,秋季最低,这主要与水温、生物活动、陆源输入和水体混合有关。胶州湾内丙烯酸浓度与DMS、DMSP浓度呈现一定的正相关性,与pH呈现出较弱的负相关性,与营养盐、Chl-a均无相关性。表明胶州湾内的丙烯酸来源于浮游生物生产的量较少,大部分来源于陆地人为活动以及陆地径流,受胶州湾周边各河流的影响较大。 6.于2011年4月(枯水期)、8月(丰水期)两个不同时期对入胶州湾7大河流进行了调查,对入胶州湾河流中丙烯酸的分布和含量进行了分析。在枯水期时,丙烯酸在河流中的含量较高,平均值为0.507±0.225μmol。其中墨水河中的丙烯酸的浓度最高,曹汶河上游站位丙烯酸的浓度最低。在丰水期时,丙烯酸的含量较枯水期时的浓度较低,平均值为0.252±0.292μmol。其中在海泊河下游丙烯酸的浓度最高,在洋河下游,以及曹汶河上下游丙烯酸的含量较低,均低于仪器的检出限。


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