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浙江象山港溶解有机碳库的特征及其环境指示意义

Peer-Reviewed Publication

Science China Press

Figure 1

image: Conceptual diagram of the dissolved organic matter pool. view more 

Credit: ©Science China Press

港湾是人类活动和经济发展的重要区域,也是陆地和海洋进行物质和能量交换的关键纽带。浙江象山港是我国东海的一个典型的富营养化半封闭式港湾。最近一项研究以浙江象山港为例,揭示了港湾溶解有机质的来源和转化情况。

《中国科学:地球科学》最近发表的题为:“富营养化条件下浙江象山港可溶性有机质的光谱和分子特征初探”研究论文,由浙江大学何丁研究员担任通讯作者。研究者采用傅里叶变换离子回旋共振质谱(Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry, FT-ICR-MS)、紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱技术,在光谱和分子层面分别对浙江象山港溶解有机质(Dissolved Organic Matter, DOM)库的组成开展研究,揭示了浙江象山港不同来源DOM的相对贡献情况,并初步推断光化学反应在港湾DOM的转化过程中可能发挥了重要作用。

海湾作为人类经济活动密集区域,紧邻近岸河口区,具有分布广、水体滞留时间长等特征。近年来港湾受到大量来自河流运移或渔业等养殖活动产生的无机营养盐(如氮、磷)的输入,广泛处于富营养化状态。这使得其不仅是陆地向海输送有机质的“管道”,更可能成为有机质的“反应炉”,其内部活跃的生物地球化学过程直接影响输送至海洋有机碳的组成和通量。海湾通常受到河流输入、藻类贡献、潮汐作用和底层沉积物再悬浮等多种因素驱动,增加了有机碳来源及转化过程的复杂性,已成为河口碳循环研究的薄弱环节之一。

DOM是海洋中最大的活性碳库,并且参与了水体多种生物化学过程,研究港湾的溶解有机碳库组成、来源和转化是揭示港湾碳循环的切入点。该项研究结合了傅里叶变换离子回旋共振质谱、紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱技术,发现象山港DOM既包含来自河流从中上游搬运的高等植物或土壤剥蚀的陆源惰性有机质,也有港湾海水中浮游植物光合作用或新陈代谢所释放出来的新鲜有机质。无论是光谱和分子性质都体现出随水体盐度增加其陆源信号逐渐减弱的特点,显示其受到了海水的稀释作用。然而,相较于天然状态的大河河口-边缘海断面,该研究中观测到的DOM自生来源信号与水体盐度并无显著相关,体现出象山港类蛋白组分具有多种来源;例如,特定含硫有机分子的检出表明象山港周围人类活动的输入也是DOM的重要来源。三维荧光光谱和平行因子建模技术的半定量评估揭示了水体荧光DOM中的类腐殖质和类蛋白质荧光组分贡献大致相同。从港顶到港底,作为水体和沉积物的中间介质,沉积物孔隙水相对于水体明显更富活性组分,这可能与沉积物的氧化还原条件以及水体中的生物活动有关。有色溶解有机质(Colored Dissolved Organic Matter, CDOM)容易在光的作用下发生氧化和再矿化作用而被转化或降解,但在象山港其与总DOM含量中的相对占比随盐度显著升高,表明象山港各部分光透射和对DOM的降解能力有显著差异,光降解在象山港惰性DOM的转化中可能发挥了重要作用。该研究还对比了我国多处港湾(如胶州湾、大亚湾等)的DOM组成,发现象山港溶解有机碳含量、腐殖化程度较低,可能与富营养化条件下象山港中有生物产生的大量活性物质有关。此外,象山港水深较浅,光照充足,惰性有机质普遍分子结构芳香度较高,相对易受到光降解,因此相对有更多脂肪族(高氢碳比)的分子被得以保留。

这一研究结果丰富了富营养化港湾有机碳循环的研究。它不仅对于厘清浙江象山港DOM的组成、来源以及转化降解机制具有重要的意义,而且对于揭示港湾在陆源有机质的向海输送过程中的重要作用,进而提升富营养化环境下水生环境的治理水平具有科学意义和现实价值。

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研究详情请阅读原文: 中文版: 赵辰, 周玉萍, 庞宇, 章妍真, 黄伟, 王云涛, 何丁. 2021. 富营养化条件下浙江象山港可溶性有机质的光谱和分子特征初探. 中国科学: 地球科学, 51,doi: 10.1360/SSTe-2020-0292 https://www.sciengine.com/publisher/scp/journal/SSTe/doi/10.1360/SSTe-2020-0292?slug=fulltext

英文版: Zhao C, Zhou Y, Pang Y, Zhang Y, Huang W, Wang Y, He D. 2021. The optical and molecular signatures of DOM under the eutrophication status in a shallow, semi-enclosed coastal bay in southeast China. Science China Earth Sciences, 64, https://doi.org/10.1007/s11430-020-9728-4


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