长江口及邻近海域有色溶解有机物的生物地球化学行为和悬浮颗粒物的时空变化特征

发布时间：2020-03-29 12:58

【摘要】：长江口海域物理海洋过程强烈,有色溶解有机物(Chromophoric Dissolved Organic Matter,CDOM)的不保守行为和悬浮颗粒物(Suspended Particulate Matter,SPM)的动态变化等方面的研究具有相当大的难度。本文以长江口及邻近海域为研究区域,对该区域CDOM的生物地球化学行为和SPM的时空变化特征展开研究,有助于厘清河口海岸地区生源要素的生物地球化学行为和SPM的动态变化,两者之间的相互联系和相互作用有待进一步研究,主要成果如下:(1)长江口淡水端元CDOM的季节变化2016年11月至2017年10月,每月一次在徐六泾附近采集表层水样品,测定了溶解有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)浓度、CDOM的吸收光谱和激发-发射荧光谱(Excitation-Emission Matrix spectra,EEMs)。结果显示:DOC浓度、CDOM的相对浓度、分子的芳香化程度和分子量等均落在淡水自然水体的范围内;与国内外部分河流、湖泊等淡水水体相比,长江口淡水端元DOC中对光敏感的CDOM比例较高,分子的芳香化程度更高;CDOM的荧光组分在研究期间基本一致。尽管枯季与洪季在径流量上表现出明显差异,DOC通量的季节变化也反映出径流量对河口生源要素的巨大影响,然而DOC浓度、CDOM相对浓度与径流量之间没有显著的相关关系。(2)长江口CDOM的生物地球化学行为2016年3月和7月,分别在长江口及其邻近海域89个和87个站位采集了DOC和CDOM样品,测定了CDOM样品的吸收光谱和EEMs,通过平行因子分析(Parallel Factor Analysis,PARAFAC)解析EEMs数据,提取CDOM中的四个荧光组分(包括3个类腐殖酸组分和1个类蛋白质组分)。结果表明:无论是3月还是7月,研究区域DOC浓度和CDOM各浓度指标(α_(254)光吸收系数和PARAFAC得到的四个组分)均显示出由陆到海浓度逐渐下降的趋势,并且均与盐度呈现出显著的负相关关系,说明盐淡水物理混合过程是控制这些成分在研究区域分布和变化的主要因素;在这一过程中,CDOM分子芳香化程度逐渐降低(从SUVA_(254)反映),分子量逐渐变小(从S_(275 295)反映)。2016年7月长江出现历史少见的大径流量,与以往相比长江冲淡水(盐度31)在表层更大的区域扩展开来,为研究这一水团中DOC和CDOM各组分的不保守行为提供了难得的时机。通过比较13对具有相似盐度但传输距离不同的表层样品中DOC和CDOM各组分浓度,发现研究区域对α_(254)指示的CDOM和EEMs提取的三个类腐殖酸组分是一个显著的汇,而对可以作为CDOM降解产物的DOC和有自生来源的类蛋白质组分没有发现显著的源汇模式。与表层水体相比,相近盐度的底层水体(尤其是距离口门较近的底层水体)更有利于CDOM物质的保存,不利于它们的降解。通过2016年7月横跨研究区域、处在表层的13对数据,计算出α_(254)指示的CDOM和3个类腐殖酸物质有12 32%被降解,而类蛋白质组分和DOC分别有11%和7%的释放。这项研究提供了一种在物理过程占主导的大河河口地区、通过大面观测原位数据定性和定量研究生源要素不保守行为的一种新的方法。(3)长江口SPM的时空变化特征长江口是典型的高浊度河口,长江口及邻近海域SPM浓度跨度大,泥沙过程活跃、复杂。2015年7月和2016年3月,使用OBS和LISST测定了该区域99个和89个站位的水体浊度、光衰减系数、SPM总体积浓度、平均粒径和粒径谱等参数;同时通过现场过滤测定了各站位表、中、底三层的SPM质量浓度以及典型站位SPM中颗粒有机碳(Particulate Organic Carbon,POC)的?~(13)C、颗粒氮(Particulate Nitrogen,PN)的?~(15)N以及POC/PN摩尔比值。结果表明:浊度、光衰减系数、SPM总体积浓度等3个参数均与SPM质量浓度显示出了显著的正相关关系。枯季长江口淡水端元表层SPM平均粒径略低于底层,外海海域在浮游生物的影响下多数站位平均粒径表层大于底层;枯季长江口淡水端元输出的SPM浓度高、粒径大,研究区域SPM粒径一般表层大于底层。具有相似粒径谱特征的SPM可以通过测定?~(13)C和?~(15)N值来进一步区分其来源和组成。枯季陆源输出的大粒径SPM随着表层水团甚至传递到研究区域北部的最东端;而洪季陆源输出的SPM口门附近即迅速沉降。由LISST测定的典型站位粒径谱的垂直剖面可以看出,在长江口淡水端元站位以及受陆源物质强烈影响的站位,长江输出的SPM有着强烈的季节变化,并且SPM随深度往往呈现出连续变化;在外海站位,SPM主要受到当地浮游生物的主导,这些浮游生物的信号往往随深度不连续,更多呈现出“斑块化”的分布,水体跃层附近往往能够观测到浮游生物聚集的信号。
【图文】：

蓝色,徐六泾,长江口,南港

2.1 研究区域长江自徐六泾以东被崇明岛分为北支和南支，南支河道在长兴岛、横沙岛处分为北港和南港，南港在九段沙处分为北槽和南槽，由此形成“三级分汊、四口入海”的长江入海口（翟晓鸣等, 2007; 李玉中和陈沈良, 2010; 谢华亮等, 2014）。本文的研究区域为长江口及邻近海域（图 2.1）：西起徐六泾，东至 124 E，北起 32.25 N，南至 28.9 N，包括口内部分（南支）、最大浑浊带、黄海南部和东海北部邻近长江口的部分。本研究分别于 2015 年 7 月、2016 年 3 月和 2016 年 7月依托国家自然科学基金委员会的海洋科学考察长江口共享航次，搭乘“润江 1号”在研究区域内的各个站位采集 DOC、CDOM 等生源要素样品和现场 LISST、OBS 等数据。此外，2016 年 11 月至 2017 年 10 月每月一次在徐六泾附近采集表层水样品，调查 DOC 和 CDOM 的逐月变化情况。

Rayleigh散射,前后对比

华东师范大学硕士学位论文第二章研究区域和研究方法2.5.1 散射去除EEMs 中存在的 Raman 散射和 Rayleigh 散射不符合 PARAFAC 模型，会严重干扰荧光组分特征峰的识别和各组分浓度的计算。因此，，在进行分析之前先要去除 Raman 峰和 Rayleigh 峰，具体方法为：在每日样品测定前首先测定当日的Milli-Q 水空白样品，实际样品的 EEMs 结果减去当日测定的 Milli-Q 水的 EEMs以消除 Raman 峰的影响；各个样品的 EEMs 结果在两条特定的谱带（位置见图2.2）以空白代替原数值，消除 Rayleigh 峰的影响。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P593;P73

【参考文献】