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海岸带不同水体有色溶解有机物的光谱特征及微生物可利用性研究
吕孝清
Subtype硕士
Thesis Advisor高学鲁
2023-05-27
Training institution烟台海岸带研究所
Degree Grantor烟台海岸带研究所
Place of Conferral山东省烟台市莱山区春晖路17号
Degree Name工程硕士
Degree Discipline环境工程
Keyword碳循环,有色溶解有机物(CDOM),微生物可利用性,荧光激发-发射矩阵,平行因子分析
Abstract海岸带是连接陆地和海洋生态系统的重要过渡地带,海洋通过与陆地、大气等进行物质、能量交换以维持自身生态系统的稳定。养马岛附近海域作为中国北方重要的扇贝养殖区,近年来在全球气候变化和区域性人类活动的双重影响下,水体低氧、酸化现象频发。而这些生态环境问题与近海碳循环过程密切相关。有色溶解有机物(CDOM)是溶解有机物(DOM)的重要组成部分,微生物降解过程是CDOM迁移转化的重要方式,因此明确海岸带不同水体中CDOM浓度、组成和微生物可利用性对理解近岸海域碳循环具有重要意义。 近岸海域CDOM主要来源于海洋自生和陆源输入,前者包括浮游生物释放和微生物降解,后者包括河流、间隙水和大气沉降等。特别地,间隙水交换和大气湿沉降是影响研究海域CDOM浓度、组成和生物可利用性的重要过程。因此,本文对海岸带不同水体(藻华期间海水、潮间带水体和大气湿沉降)进行采集,利用吸收光谱和荧光激发-发射矩阵光谱(EEMs)结合平行因子分析(PARAFAC)的方法研究CDOM的浓度、荧光组成和来源,并通过微生物降解实验,量化了CDOM的生物可利用性,并估算了浮游植物生长和汛期降水对研究海域CDOM及具有生物可利用性CDOM储库的贡献,获得如下结果和认识: 1. 藻华期间表、底层海水中CDOM浓度(以a350计)分别为1.62 ± 0.42 m-1和1.30 ± 0.47 m-1,S275-295分别为0.022 ± 0.003 nm-1和0.023 ± 0.003 nm-1。利用EEMs-PARAFAC模型识别出四种荧光组分,分别为陆源类腐殖酸(C1)、类色氨酸(C2)、类酪氨酸(C3)和微生物源类腐殖酸(C4)。荧光指数(FIX)、腐殖化指数(HIX)和生物指数(BIX)的结果表明CDOM受陆源输入和海洋自生源的综合影响。经微生物降解实验后,表、底层海水中生物可利用性CDOM(%∆a350)分别为23.36% ± 17.94%和8.93% ± 20.30%。类腐殖酸(C1和C4)和类色氨酸(C2)组分的荧光强度降低,而类酪氨酸组分的荧光强度上升,具体降解情况如下:%ΔC1(23.75% ± 8.96%)>%ΔC4(20.83% ± 11.71%)>%ΔC2(11.67% ± 38.87%)>%ΔC3(-29.61% ± 39.90%),这也导致降解后CDOM的平均分子量和腐殖化程度降低。此外,表层海水中a350、%Δa350与Chl a之间存在显著线性相关关系,据此可以估算出浮游植物生长繁殖对海水CDOM储量的贡献为36.88%,对生物可利用性CDOM储量的贡献为85.01%。 2. 在潮间带水体中,由EEMs-PARAFAC共识别出四种荧光组分:微生物源类腐殖酸(C1)、陆源类腐殖酸(C2)和类色氨酸(C3和C4)。受人类活动及沉积物类型的影响,间隙水中a350比较:养马岛站(YS)>海水浴场站(HS)>牟平站(MS);总荧光强度比较:HS>YS>MS。在MS和YS站,间隙水a350值高于海水,并沿退潮方向降低,表明间隙水交换是影响近岸海域CDOM空间分布的重要过程。经过降解实验后,间隙水%∆a350较低,为5.66% ± 5.21%;YS和MS站位类腐殖酸组分的荧光强度升高,而HS站位的结果与之相反,这可能与水体中类蛋白组分的比例有关;表层海水%∆a350均值为14.08% ± 6.20%,HS、YS站位类蛋白组分发生降解,类腐殖酸组分积累,而MS站位荧光组分的降解结果与之相反,这可能与MS站位微生物的生长代谢有关。 3. 2022年烟台汛期(6月 ~ 8月)降水样品中a350值为0.31 ± 0.16 m-1,与降水量存在显著负相关,这可能与降水的稀释效应有关;光谱斜率S275-295为0.027 ± 0.003 nm-1,表明降水CDOM具有较低的分子量。利用EEMs-PARAFAC识别出四种荧光组分,分别为类色氨酸(C1)、类富里酸(C2)、类酪氨酸(C3)和类腐殖酸(C4);其中,类蛋白荧光为主要荧光组分(71.01% ± 11.62%)。经过28 d降解实验后,降水%∆a350为56.01% ± 15.19%,S275-295值降低,表明降水CDOM易于被微生物利用且平均分子量增大。类蛋白荧光组分主要表现为降解,而类腐殖酸组分产生并积累,其在总荧光强度中的比例由28.99% ± 11.62%上升至44.60% ± 8.60%。据估计,汛期降水输入的CDOM和生物可利用性CDOM通量分别占研究海域表层水体CDOM储量的6.26%和11.74%,是研究海域CDOM的重要来源之一。
Pages85
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.yic.ac.cn/handle/133337/32663
Collection中国科学院烟台海岸带研究所知识产出_学位论文
Recommended Citation
GB/T 7714
吕孝清. 海岸带不同水体有色溶解有机物的光谱特征及微生物可利用性研究[D]. 山东省烟台市莱山区春晖路17号. 烟台海岸带研究所,2023.
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