南海北部夏季H2O2分布格局及海水中H2O2光化學(xué)生產(chǎn)影響因素研究.pdf

1、過氧化氫(H2O2)在上層海洋中普遍存在，其濃度可高達(dá)102nM。在海水環(huán)境中H2O2既具有氧化性也具有還原性。它能與海水中過渡族金屬和有機(jī)物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，影響海洋化學(xué)環(huán)境。另外H2O2的氧化還原作用使許多金屬在海水中的存在形態(tài)發(fā)生改變，影響到它們的生物可利用性和（或）毒性，從而間接影響海洋生態(tài)系統(tǒng)。高濃度的H2O2還會(huì)破壞細(xì)胞膜及導(dǎo)致葉綠素誘變和白化，直接影響浮游生物的生長(zhǎng)?，F(xiàn)有研究表明海洋中H2O2主要來源于溶解有機(jī)物(Diss

2、olved OrganicMatter, DOM)受陽(yáng)光照射引發(fā)的光化學(xué)反應(yīng)的次級(jí)產(chǎn)物，因此H2O2的光化學(xué)生產(chǎn)過程可能是控制其在海洋中時(shí)空變化的最重要機(jī)制。近30多年來已有不少學(xué)者對(duì)海洋H2O2的生物地球化學(xué)開展研究，對(duì)它在海洋中的時(shí)空分布和光化學(xué)生產(chǎn)逐漸有越來越多的了解，但對(duì)受河流影響的近岸陸架海區(qū)H2O2分布的系統(tǒng)研究尚很少見，并且對(duì)水體中有機(jī)物含量和組成以及重要的環(huán)境因子——光譜組成和水溫，對(duì)H2O2光化學(xué)生產(chǎn)的影響程度及相互作

3、用也缺乏系統(tǒng)詳盡的研究。
　　2010年6月對(duì)南海北部上層水體中H2O2分布的調(diào)查表明，該海區(qū)H2O2垂直分布分為兩種類型。一種是典型性垂直分布:濃度最大值出現(xiàn)在表層，隨深度增加而逐漸減小。所有研究站位中約三分之二是這種分布類型，其中內(nèi)陸架和中陸架大部分站位及水深大于200m的外海區(qū)部分站位具有此種分布特征。水柱中陽(yáng)光衰減是造成這種H2O2垂直分布的重要原因。另一種為非典型性垂直分布:H2O2濃度在次表層出現(xiàn)極大值，然后又隨深度增

4、加而減小。剩余約三分之一的站位是這種分布類型。內(nèi)陸架區(qū)個(gè)別站位在20-40 m出現(xiàn)極大值，而外陸架大部分站位及水深大于200 m的外海區(qū)部分站位都在80 m附近出現(xiàn)極大值，這些次表層水體中高濃度的H2O2可能來源于生物生產(chǎn)。該海區(qū)表層H2O2濃度在0.06-0.25μM范圍內(nèi)變化，混合層內(nèi)H2O2積分平均濃度為0.06-0.22μM，混合層以上水體中H2O2含量的水平分布與溫度呈正相關(guān)關(guān)系，與有色溶解有機(jī)物(Chromoporic DO

5、M，CDOM)含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明“光照歷史”（即一段時(shí)間內(nèi)水體接受的光輻照通量）可能是控制H2O2水平分布的重要因素。東沙附近定點(diǎn)站位的時(shí)間序列觀測(cè)表明，上層100 m水體中H2O2濃度呈現(xiàn)顯著的周日波動(dòng)，夜間濃度減小，至黎明前4:00-6:00達(dá)到最低值，日出之后又增加，至下午16:00達(dá)到最高值。表層H2O2周日變化幅度達(dá)0.12μM。這些分布特征暗示，光化學(xué)生產(chǎn)是南海北部夏季混合層內(nèi)H2O2的主要來源，是調(diào)節(jié)南海北部H2O2時(shí)

6、空分布的主要因子，而外陸架及水深大于200 m的外海區(qū)的次表層水體中可能存在顯著的H2O2生物生產(chǎn)。
　　實(shí)驗(yàn)室模擬H2O2光化學(xué)生產(chǎn)研究表明，陽(yáng)光中紫外光和可見光對(duì)南海北部表層水H2O2光化學(xué)生產(chǎn)的貢獻(xiàn)分別為46％和54％，紫外光照射產(chǎn)生H2O2的效率更高，是可見光的7-18倍。溫度對(duì)H2O2光化學(xué)生產(chǎn)速率的影響符合阿倫尼烏斯經(jīng)驗(yàn)公式，南海北部表層海水在光照下產(chǎn)生H2O2的光化學(xué)反應(yīng)表觀活化能為43.4 kJmol-1。在5-3

7、0℃的水溫變化范圍內(nèi)，溫度每升高10℃，H2O2光化學(xué)生產(chǎn)速率增加約1倍。依據(jù)研究結(jié)果估算了季節(jié)和緯度變化引起的光照和溫度改變對(duì)海表H2O2光化學(xué)生產(chǎn)的影響。光照和溫度的波動(dòng)導(dǎo)致一年內(nèi)南海北部外海區(qū)表層水H2O2光化學(xué)生產(chǎn)速率變化幅度接近4倍。高緯度海區(qū)H2O2光化學(xué)生產(chǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于低緯度海區(qū)，年產(chǎn)量可相差10倍以上。
　　另外采集DOM含量和組成不同的多種海洋環(huán)境水體的光化學(xué)研究表明，H2O2的光化學(xué)生產(chǎn)速率隨溶解有機(jī)碳(Disso

8、lved Organic Carbon，DOC)和CDOM含量線性增加，然而DOM中存在相當(dāng)一部分DOC(48±12μM)不產(chǎn)生H2O2，CDOM是產(chǎn)生H2O2的主要有機(jī)組分。各種水體中DOC產(chǎn)生H2O2的效率按以下順序變化:表層海水＜深層海水＜紅樹林水域＜河口水;而CDOM產(chǎn)生H2O2的效率正好于此相反，按以下順序變化:表層海水＞深層海水＞紅樹林水＞河口水。通過離心超濾方法區(qū)分出來的不同分子量有機(jī)組分產(chǎn)生H2O2的效率差異如下:紅樹林