秋季胶州湾有色溶解有机物荧光特性研究及其来源分析

利用三维荧光光谱(EEMs)-平行因子分析(PARAFAC)技术研究了秋季胶州湾有色溶解有机物(CDOM)的荧光成分组成、分布特征及来源。PARAFAC模型解析出胶州湾CDOM由2类5个荧光组分组成,即类腐殖质成分C1(355nm/430nm)、C2(320nm/390nm)、C3(380nm/465nm)、C4(420(330)nm/505nm)及类蛋白质成分C5(280/325nm)。类腐殖质成分C1、C2、C3和C4的平面分布模式基本一致,呈现由近岸海域向湾中心海域逐渐减小的趋势,而类蛋白质成分C5则是由湾东北部近岸海域向西南部海域呈逐渐减小的趋势。分析表明,秋季胶州湾CDOM类腐殖质成分C1、C2、C3和C4的主要来源为陆源输入,而类蛋白质成分C5主要受城市排污的影响。系统聚类分析表明,以团岛南端和红岛西侧连线为界,所有采样站位被分为两类,分界线西部区域站位CDOM各荧光成分相对含量分别为C1:31.8%~35.5%,C2:30.3%~33.7%,C3:17.1%~20.2%,C4:4.5%~5.2%,C5:9.6%~12.5%;分界线东部区域站位CDOM各荧光成分相对含量分别为C1:30.6%~34.6%,C2:28.8%~32.7%,C3:17.0%~19.1%,C4:3.3%~4.8%,C5:12.1%~18.2%。西部区域CDOM具有较高的C4含量和较低的C5含量,大沽河等河流的陆源输入特征明显,而东部区域CDOM则具有较高的C5含量和较低的C4含量,反映该区域受城市排污影响显著。另外,秋季胶州湾CDOM的HIX范围为1.8~3.2之间,较小的腐殖化因子值反映了秋季胶州湾CDOM的腐殖化程度高较低,在环境中存在时间较短。     

海洋荧光溶解有机物研究进展

海洋荧光溶解有机物(FDOM)是海洋有色溶解有机物中可产生荧光的组分,其理化性质对于海洋上层的水色遥感、光化学以及浮游植物的生产力和生态系统结构与功能等都有重要影响。总结了FDOM的3种荧光光谱分析技术及其特点,重点对其两种主要成分(类腐殖质和类蛋白质荧光物质)的荧光特性、分布变化以及来源、分布变化及其去除等进行了全面细致的综述,阐述了研究FDOM的海洋学意义,并对今后有待深入研究的重点问题作了展望。     

船舶压载水中荧光溶解有机物的光谱特征研究

采用三维激发-发射荧光光谱(3D-EEMs),结合平行因子分析(PARAFAC),研究了2015年12月至2020年1月停靠上海洋山港和江苏省江阴港的42艘入境船舶压载水中荧光溶解有机物(FDOM)的组成特征及其来源,并探讨了FDOM用于鉴别置换和未置换压载水的可行性。结果显示,船舶压载水中FDOM主要由3种荧光组分组成：类色氨酸荧光组分C1,λ_ex为275 nm,λ_em为332 nm;UVB类腐殖质组分C2,λ_ex为290和315 nm,λ_em为386 nm;UVA类腐殖质组分C3,λ_ex为250和360 nm,λ_em为446 nm。组分C1在船舶压载水FDOM中荧光强度百分比最高,其次为组分C3,组分C2最低。显著性分析显示,未置换压载水中组分C1显著高于置换压载水(p<0.05)的,而组分C2和C3则无显著差异(p>0.05)。荧光指数分析表明,未置换压载水FDOM受陆源输入和微生物活动的共同影响,而置换压载水由于远离近岸,水体生物活动为...     

2011年夏季胶州湾表层溶解有机物荧光特征的时空变化

利用三维荧光光谱技术(EEMs)结合平行因子分析(PARAFAC)的方法,对2011年8月至9月胶州湾表层海水溶解有机物荧光特征的时间与空间变化进行了研究。PARAFAC模型共鉴别出四个荧光组分:类蛋白质荧光组分(C1),陆源类腐殖质荧光组分(C2,C4)和海源类腐殖质荧光组分(C3)。类蛋白组分在调查期间的荧光强度最强(0.14±0.06),其余三个组分荧光强度相近(0.07±0.02,0.09±0.02,0.05±0.02)。这四种组分在8月下旬多雨期和9月上旬受径流影响的时期荧光强度较高,在9月下旬雨季影响消退后荧光强度显著降低。研究表明各组分荧光强度总体上与叶绿素a浓度显著正相关,与盐度负相关,说明胶州湾夏季FDOM浓度主要受降雨引发的生物活动影响。     

浮游生物来源溶解有机物的三维荧光特征研究

应用三维激发-发射荧光光谱技术,研究了中肋骨条藻和采集水样中浮游植物在光照和避光条件下培养实验过程中产生的溶解有机物,分析了三维荧光光谱中荧光峰数目、位置和荧光强度的变化,探讨了浮游植物和细菌在有机物产生中的作用.结果表明,光照条件下浮游植物生长产生类蛋白和类腐殖质荧光有机物,在衰亡期2类有机物的荧光强度迅速增加;而在避光条件下,类蛋白有机物荧光强度明显降低,类腐殖质有机物的荧光强度保持不变.2类有机物的荧光峰位置和荧光强度变化与初始有机物的性质及光照环境有关.     

厦门湾有色溶解有机物的光吸收特性研究

研究了厦门湾九龙江河口区、西海域、同安湾及东侧水道海水中有色溶解有机物(CDOM)的光吸收特性,分析了CDOM的河口行为,并讨论了CDOM光吸收特性与其荧光性质之间的关系。结果表明,厦门湾表层海水CDOM光吸收系数a(355)的水平分布表现为河口区最高、东侧水道最低、西海域和同安湾介于两者之间,底层水a(355)的分布与表层基本相似,表明陆源河流输入是厦门湾CDOM的主要来源;a(355)的垂直分布为表层高于底层,主要受水文和生物因素控制。厦门湾表层水CDOM光谱斜率S的平均值介于0.014—0.018nm-1,但河口低盐度区S值较小,反映陆源腐殖质的影响。a(355)在河口混合中呈保守行为,表明CDOM具有良好的保守性质。CDOM的吸收系数a(355)与其荧光强度之间表现为较好的相关关系,指示可以用灵敏度更高的荧光方法来研究CDOM的分布和行为。     

用三维荧光光谱-平行因子分析法研究长江口南部有色溶解有机物荧光的季节变化

The southern Changjiang River Estuary has attracted considerable attention from marine scientists because it is a highly biologically active area and is biogeochemically significant.Moreover,land-ocean interactions strongly impact the estuary,and harmful algal blooms(HABs) frequently occur in the area.In October 2010 and May 2011,water samples of chromophoric dissolved organic matter(CDOM) were collected from the southern Changjiang River Estuary.Parallel factor analysis(PARAFAC) was used to assess the samples' CDOM composition using excitation-emission matrix(EEM) spectroscopy.Four components were identified:three were humic-like(C1,C2 and C3) and one was protein-like(C4).Analysis based on spatial and seasonal distributions,as well as relationships with salinity,Chl a and apparent oxygen utilization(AOU),revealed that terrestrial inputs had the most significant effect on the three humic-like Components C1,C2 and C3 in autumn.In spring,microbial processes and phytoplankton blooms were also important factors that impacted the three components.The protein-like Component C4 had autochthonous and allochthonous origins and likely represented a biologically labile component.CDOM in the southern Changjiang River Estuary was mostly affected by terrestrial inputs.Microbial processes and phytoplankton blooms were also important sources of CDOM,especially in spring.The fluorescence intensities of the four components were significantly higher in spring than in autumn.On average,C1,C2,C3,C4 and the total fluorescence intensity(TFI) in the surface,middle and bottom layers increased by123%–242%,105%–195%,167%–665%,483%–567% and 184%–245% in spring than in autumn,respectively.This finding corresponded with a Chl a concentration that was 16–20 times higher in spring than in autumn and an AOU that was two to four times lower in spring than in autumn.The humification index(HIX) was lower in spring that in autumn,and the fluorescence index(FI) was higher in spring than in autumn.This result indicated that the CDOM was labile and the biological activity was intense in spring.     

莱州湾荧光溶解有机物的时空分布

利用三维荧光光谱-平行因子分析法(EEMs-PARAFAC)技术结合多元统计方法研究了莱州湾海域春季(2020年5月)和秋季(2020年10月)荧光溶解有机物(FDOM)的来源及时空分布特征。结果显示莱州湾海域FDOM由2类共4个荧光组分组成:C1、C4为类蛋白质组分,分别为色氨酸和酪氨酸; C2、C3为类腐殖质组分。并对各组分的来源及分布特征分析:春季FDOM分布主要受到陆源输入的影响,其中表层C1、C2、C3也受微生物活动影响。秋季表层C1、C2、C3分布受到陆源输入和浮游植物生产共同影响,秋季表层C4主要受生物现场生产影响,秋季底层C1、C2、C3主要受陆源输入影响,C4受陆源输入和浮游植物生产共同影响。各荧光组分在表层的季节性差异主要是由于春季部分FDOM经陆源输入后受偏南风作用,在莱州湾西部及南部海域扩散。FDOM在底层的季节性差异主要由于受到沉积物再悬浮的影响。HIX高值分布表明莱州湾西部和南部FDOM受陆源输入影响显著,BIX高值分布表明莱州湾远海FDOM受生物活动影响程度较高。总体上,陆源输入影响莱州湾FDOM分布的主要因素。     

夏季黄海不同水团溶解有机物分布特征

依据2017年8—9月对黄海海域溶解有机物(DOM)的调查,探讨了夏季黄海海水中溶解有机碳(DOC)和有色溶解有机物(CDOM)的空间分布特征。在表层海水中,受陆源影响较大的近岸海域CDOM含量相对较高,北黄海冷水团区域由于水产养殖的饵料引起DOC浓度升高,且该部分DOC以无色为主。DOC浓度随深度逐渐降低,而CDOM逐渐升高,该特征在冷水团区域更为显著,因此DOC和CDOM在冷水团区域的表底差异远大于浅水区的非冷水团区域。陆源输入和初级生产是引起表层DOC升高的主要原因,而光漂白则引起CDOM降低,同时光漂白还导致表层水体中CDOM分子量和芳香性低于底层。底层溶解氧饱和度在冷水团为80%～93%,均表现为弱不饱和状态。层化不仅阻碍了O₂向底层水体输送,还抑制了DOC和CDOM的垂向混合,这是引起冷水团区域表底层DOC和CDOM差异较大的主要原因。     

海洋有色溶解有机物的光化学研究进展

近20a来的研究表明,海洋有色溶解有机物(CDOM)具有显著的光化学活性,其光化学反应不仅在碳、氮等生源要素的生物地球化学过程中扮演重要角色,而且还可通过改变水体的光辐射影响海洋生态系统的结构与功能.在介绍CDOM光化学基本概念、反应原理和研究方法的基础上,综述了影响光降解的因素、CDOM光化学反应的生物地球化学以及生态环境意义,指出了研究中存在的主要问题,并对今后的研究进行了展望.     

高原湖泊溶解有机质的三维荧光光谱特性初步研究

提要近年来,荧光光谱技术被广泛应用于研究天然水体中溶解有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)的物理化学特性。为了理解高原湖泊中DOM的组成、荧光光谱特性及其在湖泊水体中的垂直分布情况,作者利用荧光发射光谱、三维荧光光谱研究云贵高原湖泊红枫湖和百花湖中的DOM。结果显示,高原湖泊DOM主要表现为类富里酸荧光,包括可见区和紫外区两种类型的荧光峰,各种天然水体中都有报道的类蛋白荧光在红枫湖DOM中并不明显,而在百花湖DOM中则有较强的类蛋白荧光。溶解有机质所含三种类型荧光峰(PeakA:紫外区类富里酸荧光峰;PeakB:可见区类富里酸荧光峰;PeakC:类蛋白荧光峰)的荧光强度与溶解有机碳之间没有明显的线性相关关系,可能与高原湖泊水体pH值、DOM在湖泊不同深度由于受到光降解、微生物降解等作用存在差异等因素有关。与有机质结构和成熟度有关的荧光峰比值r(A,C)在1.40—2.09范围内,红枫湖南湖、百花湖DOM样品的r(A,C)值随着水体深度有下降的趋势,而红枫湖北湖DOM的r(A,C)值则随着水体深度有较大起伏,揭示了高原湖泊水体中DOM的结构以及分布情况存在差异。另外,r(A,C)值与pH之间具有良好的正相关关系,其相关系数红枫湖南湖DOM为0.95,百花湖两个采样点DOM分别为0.67、0.75,而红枫湖北湖DOM则显示出一定的负相关性(R2=0.45)。     

九龙江口CDOM的荧光特性研究

利用荧光光度计对2001—2003年期间九龙江口4个航次水样中有色溶解有机物(CDOM)的荧光光谱进行了测定,并对其荧光性质、荧光强度的分布与季节性变化特征及其河口行为进行了分析,同时与厦门岛周边海域进行了比较。结果表明,输入九龙江口的CDOM荧光强度季节变化明显,夏高(17．16QSU)冬低(5．73QSU)。所有站位表层荧光强度明显高于底层,与河口区垂直分层一致。南支CDOM荧光强度随盐度的变化率高于北支,说明九龙江河水主要沿河口南岸入海。4个航次CDOM荧光强度都呈保守混合趋势,但观测到CDOM表观荧光效率随盐度增加而降低,暗示在低盐度区可能有胡敏酸的絮凝沉降。厦门周边海域CDOM荧光强度以西海域北部最高,西海域南部和同安湾次之,厦门东侧水道最低。各水域表层CDOM荧光强度与盐度均呈反相关关系,但不同水域回归曲线的斜率有差异,九龙江口、厦门西海域南部及厦门东侧水道三个海域具有同一相关趋势线,表明西海域南部和东侧水道主要受九龙江水输入控制,而西海域北部有不同的趋势线,这主要受污水输入的影响,由此很好地证卖了CDOM的水团示踪作用。     

海水主要成分的平衡分布计算及其在渤海中的应用

文采用有关离子缔合理论并结合具体海域的平衡矿物反应来计算海水中主要成分诸如Ca~(2+),Mg~(2+),K~+,Na~+,SO_4~(2-);Cl~-,HCO_3~-,F~-,CO_3~(2-),OH~-,离子的平衡分布,并应用于渤海的实际计算中。结果显示海水中主要阳离子基本上呈非缔合状态,而阴离子趋于与各种阳离子缔合,其中C1~-,F~-,Br~- 等卤族元素的趋势较弱。     

黄渤海海水中丙烯酸的生成与降解

本文在黄渤海海域对β-二甲基巯基丙酸内盐(DMSP)降解产生丙烯酸和丙烯酸的降解过程做了初步研究。结果表明,海水中有明显的DMSP降解和丙烯酸的生成现象。在DMSP降解初期,DMSP不断降解,丙烯酸则在经过1h后浓度开始上升,达到最大值后再次下降。起始DMSP浓度越高,降解得越完全,且丙烯酸最大值越大。在观测的5h内,丙烯酸的表观降解速率总是大于DMSP的表观降解速率,且两者都与初始浓度成正相关。在丙烯酸的降解过程中,黑暗条件下起始浓度越大,丙烯酸变化速率越大,而光照条件下则恰好相反。光化学反应中前2h表现为丙烯酸的光化学生成,而后2h表现为光化学降解。     

渤海海洋线虫与底栖桡足类数量之比的应用研究

在渤海的22个站位，分3个航次采集未受扰动的沉积物样品，进行了小型底栖动物中两个主要类群自由生活海洋线虫和底栖桡足类数量变动和两者数量之比评价沉积物有机污染环境的研究。结果表明：对于同一航次的不同重复，数量变动差异显著或极显著；在同一个站位24h，6次重复取样，两者数量的变异系数较大；在应用该比值进行沉积物有机污染评价时，在同一站位该比值波动较大。     

渤海表层悬沙分布季节变化特征与控制因子的数值研究

针对整个渤海海域悬浮泥沙季节变化及其影响机制的数值研究相对缺乏且机制尚不清晰,基于ROMS三维海洋模型对渤海海域水动力环境与悬沙分布开展数值模拟。模拟结果显示,渤海海峡环流终年“北进南出”,夏季环流明显强于冬季,并呈现外围逆时针环、内部顺时针环的“双环”结构。渤海中部海域在夏季存在明显的温跃层现象,其强度分布与等深线较为一致,温跃层在4月开始形成,7月最强。渤海表层悬沙分布具有显著的季节变化,冬季悬沙浓度最大,秋季次之,春季再次之,夏季最小。控制悬沙浓度的波流底切应力在秋冬季节较大,春夏相对较小,且流致切应力始终在波流切应力中占主导地位。秦皇岛海域悬沙浓度常年偏低的主要原因是位于M2无潮点附近,属于弱潮流区,底层流速相对较小,底部沉积物发生再悬浮概率较小。夏季温跃层的存在在一定程度上减小了底边界层流速,增大了流速的垂向梯度,对底部悬浮泥沙的向上扩散有明显的抑制作用。因此,温跃层的存在是造成夏季表层悬沙浓度最低的重要原因。     

渤海溶解CH4分布和通量的季节变化及其影响因素

甲烷(CH₄)是影响地球辐射平衡的主要温室气体,海洋是大气CH₄的自然源,而陆架等近海是释放CH₄的热点海域。于2021年4月、7月和10月对渤海进行了调查,以认识其分布特征并估算其海-气交换通量。春、夏和秋季表层海水CH₄浓度分别为(4.56±2.60)、(8.31±4.01)和(4.99±1.31) nmol/L,夏季明显高于春秋季。CH₄的垂直分布规律为底层普遍高于表层,不同站位的垂直分布空间差异较大。渤海CH₄分布主要受河流输入、油气泄漏、生物活动以及沉积物-水界面交换等因素的影响,其中黄河向渤海输入CH₄约为每月1.4×104～2.8×105mol,秋冬季沉积物-水界面CH₄交换通量范围为–4.0～0.42μmol/(m²·d),表明秋冬季沉积物既可能是渤海水体CH₄的源,也可能是其汇。春、夏和秋季渤海CH₄海-气交换通量分别为(1.1±...     

黄、渤海几种溶解态痕量金属(Cu、Ni、Co、Zn)分布特征及其影响因素

海水中的痕量金属在海洋生物地球化学循环中至关重要。本研究在严格采用痕量金属洁净(trace-metalclean)采样和分析测试技术的前提下,于2016年7月采集了渤海与黄海表、底层海水水样,获得黄、渤海几种痕量金属(Cu、Ni、Co、Zn)的空间分布特征。研究结果显示,黄、渤海海水中痕量金属的空间分布具有近岸高、远岸低的特点,体现了人类活动对近岸海域的影响,而其在局部海域的分布则受到沿岸流、冷水团、沉积物再悬浮过程以及生物过程等因素的影响。Cu、Ni、Co在黄、渤海海水中的分布特征较为类似,平均浓度由高到低依次为渤海北黄海南黄海,而溶解态Zn的分布则与其他几种金属不同,在黄、渤海平均浓度类似,整体偏低,具有其特殊性。本研究测定的几种痕量金属在黄、渤海海水中的浓度较以往报道数据偏低,其中易污染的痕量金属Zn的浓度更是低近1—3个数量级,体现了痕量洁净采样和测试方法的重要性。     

渤海南部沉积物中的活性铁及氧化还原环境

研究了渤海南部沉积物中的活性铁、沉积物粒度、氧化还原环境及其关系。结果表明，沉积物中的活性铁与沉积物颗粒度大小关系不大，河流输入物对沉积物活性铁浓度有重要影响，沉积物中活性铁与其氧化还原环境有密切关系。     

东海赤潮高发区春季溶解氧和pH分布特征及影响因素探讨

根据2002年4月27日-5月2日长江口邻近海域的大面调查,分析了东海溶解氧及pH值的分布特征,并对长江口外溶解氧低值区的成因及其与赤潮发生的关系进行了初步探讨.结果表明,调查海域pH值呈近岸低、外海高的分布趋势,溶解氧整体处于过饱和状态,呈近岸高、外海低的分布趋势.4月下旬在调查海区东南部底层已开始出现溶解氧低值区,面积约为15400km^2,该水域表观耗氧量AOU一般在1.50mg/L以上,并伴随有氧的亏损发生,形成原因主要是水交换较弱和有机物分解耗氧.溶解氧低值区可能是有机碎屑的沉降汇集区,随着夏季温度的升高及长江丰水期的到来,有机碎屑有可能在台湾暖流的影响下产生西、北向的爬升而造成溶解氧低值区扩大和溶解氧含量的进一步降低.