中國東部陸架海中二甲亞砜的濃度分布及其影響因素研究.pdf

1、二甲亞砜(DMSO)是海水中的主要溶解態(tài)有機硫化物,它不僅來源于海水中二甲基硫(DMS)的光化學(xué)氧化和細(xì)菌氧化,也來源于浮游植物自身合成,并且在某些厭氧細(xì)菌的作用下可以被還原生成DMS。DMSO與DMS之間的相互轉(zhuǎn)化能夠控制表層海水中DMS的濃度,從而通過影響DMS對全球氣候造成間接影響。
　　本論文選取了受人為活動影響較大的中國陸架?！獤|海、黃海和渤海為研究海域,從海水和室內(nèi)微藻培養(yǎng)兩方面入手,對海水中二甲亞砜溶解態(tài)(DMSOd

2、)和顆粒態(tài)(DMSOp)的時空變化特征(濃度水平分布、垂直分布和周日變化)進行了研究,探討了DMSO與相關(guān)硫化物DMS和β-二甲基巰基丙酸內(nèi)鹽(DMSP)以及主要環(huán)境影響因素(溫度、鹽度和營養(yǎng)鹽等)之間的相關(guān)關(guān)系。另一方面,通過海洋微藻培養(yǎng)實驗,研究了中國近海海域常見微藻中DMS、DMSP和DMSO的生產(chǎn)釋放情況。本論文主要研究結(jié)果如下:
　　1.東海、南黃海海域中DMSOd和DMSOp時空分布及影響因素研究
　　(1)于2

3、011年7月(夏季)和2011年12月至2012年1月(冬季)對中國東海、南黃海海域中DMSOd和DMSOp的濃度分布和影響因素進行了研究。調(diào)查結(jié)果表明,夏季東海、南黃海表層海水中DMSOd和DMSOp濃度分別為13.8(3.72-46.7)和10.9(2.53~56.2)nmol L-1;冬季濃度分別為10.1(2.31-26.2)和8.72(2.42-30.8)nmol L-1。由此看出,東海、南黃海DMSOd與DMSOp的濃度呈現(xiàn)

4、明顯的季節(jié)變化,夏季高于冬季,這與長江徑流的輸入以及浮游植物的季節(jié)性變化有關(guān)。從水平分布上看,在兩個季節(jié)中表層海水DMSOd濃度分布在整體上呈現(xiàn)出從近岸到外海逐漸遞減的趨勢,在長江口附近均出現(xiàn)DMSOd的濃度高值區(qū)。而DMSOp的水平分布在不同的季節(jié)表現(xiàn)出了不同的特征。夏季, DMSOp的分布從東南往西北方向逐漸遞減,這與東海、南黃海浮游植物的種類組成有關(guān)。冬季,受近岸人為活動和黑潮水及其分支的影響,DMSOp的濃度分布在整體上均呈現(xiàn)出

5、近岸高、外海低的特征。
　　(2)對DMSOd和DMSOp濃度在夏季和冬季長江口P斷面上的垂直分布調(diào)查結(jié)果顯示,DMSOd的高值區(qū)出現(xiàn)在上層水體中,隨著深度的增加,DMSOd的濃度呈現(xiàn)出遞減的趨勢。DMSOp和葉綠素a(Chl-a)的垂直分布相似,這可能與DMSOp直接來源于浮游植物合成,而表層的浮游植物生物量較高有直接關(guān)系。另外,夏、冬兩個季節(jié)DMSOd與DMSOp周日變化的規(guī)律是白天高、夜晚低,這說明DMSO的生產(chǎn)過程與DMS

6、的光化學(xué)來源有關(guān)。
　　(3)東海、南黃海表層海水中DMSOp/Chl-a比值具有明顯的季節(jié)變化,冬季高于夏季,這可能與不同季節(jié)浮游植物的種類組成有直接的關(guān)系。同航次網(wǎng)采小型浮游植物的分析結(jié)果表明,冬季定鞭藻和甲藻(DMSO的高產(chǎn)種)占優(yōu)勢地位,夏季硅藻( DMSO低產(chǎn)種)占優(yōu)勢,這可能是導(dǎo)致冬季具有較高DMSOp/Chl-a比值的原因。夏、冬兩個季節(jié)發(fā)現(xiàn)DMSOp/Chl-a比值與鹽度均呈現(xiàn)正相關(guān),表明鹽度會影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)

7、,從而影響DMSOp的濃度。夏季, DMS和DMSOd呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系;冬季,并未發(fā)現(xiàn)DMS和DMSOd之間存在相關(guān)關(guān)系,表明DMS的光化學(xué)過程比較復(fù)雜,受到光照、溶解有機碳(DOC)和NO3-等諸多因素的影響。
　　2.黃海和渤海海域中DMSOd和DMSOp時空分布及影響因素研究:
　　(1)于2012年5月(春季)和2012年11月(秋季)對渤海、黃海表層海水中DMSOd和DMSOp濃度分布、影響因素和季節(jié)變化進行了調(diào)查研

8、究。結(jié)果表明:春季渤海、黃海表層海水中DMSOd和DMSOp濃度平均值分別為19.7(4.84-144)和25.1(5.09-108)nmol L-1;秋季濃度分別為6.95(2.07-30.58)和4.01(0.73-13.89)nmol L-1。由此可見,渤海、黃海表層海水中DMSOd與DMSOp的濃度呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化,春季DMSOd和DMSOp的平均濃度分別是秋季的2.8和6.3倍。在渤海海域,春、秋兩個季節(jié)DMSOd的高值區(qū)均

9、出現(xiàn)在黃河口附近,顯示出人為活動對DMSOd分布的影響。各季節(jié)水平分布特征大致相似,但是不同季節(jié)又呈現(xiàn)出了各自的特點。如春季在濟州島的西北部也出現(xiàn)了DMSOd的高值區(qū),這與該海域高濃度的溶解有機氮(DIN)和磷酸鹽有關(guān)。DMSOp的濃度最高值出現(xiàn)在江蘇沿海海域,原因是在偏南風(fēng)的作用下,長江沖淡水的主體開始由南向北偏轉(zhuǎn),將營養(yǎng)鹽向東北方向輸送導(dǎo)致長江沖淡水和蘇北沿岸流攜帶豐富的營養(yǎng)鹽流經(jīng)江蘇近岸海域,促進了浮游植物的生長,從而合成了更多的

10、DMSOp。秋季,DMSOd的高值區(qū)出現(xiàn)在連云港附近的近岸海域,與這里的高濃度DOC相對應(yīng),這可能是高濃度的DOC促進了DMS的光化學(xué)氧化速率,進而生成了更多的DMSOd。DMSOp的高值區(qū)出現(xiàn)在黃海中部海域,與之相對應(yīng)的Chl-a的濃度也比較高,這可能和浮游植物的生物合成有直接的關(guān)系。
　　(2)DMSOp/Chl-a的比值存在明顯的季節(jié)變化,春季DMSOp/Chl-a的比值平均值是其秋季的7倍。其主要原因是由于受營養(yǎng)鹽比例的限

11、制,渤海、黃海春季和秋季浮游植物種類組成上有明顯的季節(jié)變化。與春季相比,秋季浮游植物中甲藻的數(shù)量明顯減少,進而貢獻較低的DMSOp/Chl-a的比值,從而導(dǎo)致渤海、黃海DMSOp/Chl-a比值春季高于秋季。
　　(3)通過對春季和秋季表層海水中DMSOd濃度與DMS,DMSOp和細(xì)菌豐度進行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),DMSOd與DMS、DMSOp之間均不存在相關(guān)性,但是DMSOd與細(xì)菌豐度均存在較好的相關(guān)性,表明春季和秋季渤海、黃海表層海

12、水中DMSOd主要來源于DMS的細(xì)菌氧化,而不是DMS的光化學(xué)氧化和DMSOp的釋放。將DMSOp與Chl-a之間做相關(guān)性分析,結(jié)果表明,春季和秋季表層海水中DMSOp與Chl-a不存在相關(guān)關(guān)系,這可能是由于黃海存在水華,導(dǎo)致春、秋兩個季節(jié)Chl-a濃度變化范圍比較大,從而導(dǎo)致DMSOp與Chl-a之間的相關(guān)性存在差別。
　　3.三種海洋微藻的DMS、DMSP和DMSO生產(chǎn)的研究
　　本文以三種中國近海常見藻種,即強壯前溝藻

13、(Amphidinium carterae)、旋鏈角毛藻(Chaeteceros curvisetus)和三毛金藻(Prymnesium saltans)為研究對象,通過實驗室培養(yǎng)實驗研究這些海藻在生長周期內(nèi)DMS、DMSP和DMSO的生產(chǎn)情況,研究不同種類的浮游植物細(xì)胞內(nèi)外DMS、DMSP和DMSO的濃度變化,以進一步了解DMSP和DMSO對海洋硫循環(huán)的影響。研究結(jié)果表明:
　　(1)強壯前溝藻、旋鏈角毛藻和三毛金藻在f/2的培

14、養(yǎng)液中,生長周期均為20天,其生物量分別在接種后的第11、9和11天達到最大值。比生長率分別為0.218、0.196、0.219 d-1。強壯前溝藻在整個生長周期內(nèi)DMSPp和DMSPd的平均值及濃度范圍分別為3.32(0.57-9.68)和6.41(0.96-18.32)μmol L-1;旋鏈角毛藻藻液中DMSPp和DMSPd的濃度分別為0.47(0.17-1.25)和1.13(0.49-3.23)μmol L-1,其最大濃度值出現(xiàn)在

15、接種之后的第9天;三毛金藻藻液中DMSPp和DMSPd的濃度分別為2.72(0.56-7.62)和5.27(1.02-14.25)μmol L-1。單位生物量內(nèi),強壯前溝藻、旋鏈角毛藻和三毛金藻單位細(xì)胞生產(chǎn)DMSPp分別為46.6,4.85和65.2 nmol cell-1,表明強壯前溝藻和三毛金藻生產(chǎn)DMSPp的能力均高于旋鏈角毛藻。
　　(2)三種海洋微藻在不同的生長階段生產(chǎn)DMS濃度不同。在三種微藻的培養(yǎng)中,強壯前溝藻、旋鏈

16、角毛藻和三毛金藻在整個生長周期內(nèi)DMS的平均值及濃度范圍分別為0.80(0.01-2.89)、0.60(0.005-2.03)和0.73(0.008-1.76)μmol L-1。DMS與DMSPd的峰值會有滯后現(xiàn)象,在DMSP裂解酶的作用下,DMS的濃度在穩(wěn)定生長期后期反而迅速增加。DMS濃度與強壯前溝藻細(xì)胞豐度有顯著相關(guān),與旋鏈角毛藻和三毛金藻的細(xì)胞豐度均未有相關(guān),表明影響DMSPd的轉(zhuǎn)化過程的因素比較復(fù)雜。
　　(3)強壯前溝