海洋中挥发性卤代烃的研究进展

挥发性卤代烃(Volatile halocarbons,VHCs)是大气中一类重要的痕量温室气体和主要的臭氧层破坏者,在全球气候变化中起着十分重要的作用。大量研究表明海洋是大气中VHCs的重要源汇区,研究海洋中VHCs的生物地球化学循环,对于进一步了解海洋中的VHCs对未来全球气候的影响具有重要意义。本文针对国内、外有关海洋中VHCs生物地球化学循环研究的进展进行了综述,介绍了VHCs在海洋中的来源和产生机制、它的分布规律及其影响因素,从而归纳了VHCs在海洋中的迁移转化过程。针对目前缺乏对于海洋中VHCs的生物、非生物形成机制及其在海洋中迁移转化机制的具体过程的深入研究,以及有限航次的海洋中VHCs的浓度监测数据和源汇收支不平衡的问题,提出未来的研究需要加强海洋中VHCs的来源、生成机制、迁移转化机制及其影响因素的深入探究,开展更系统的长时间尺度和空间维度上的全球海域中VHCs大数据监测,并完善海-气通量的计算方法,准确估算海洋中VHCs的源汇。

珠江口及海南岛东南海域海水中氨基酸的分布及其对有机物降解指示的研究

于2021年8月对珠江口及海南岛东南海域海水中的总溶解态氨基酸(THAA)、溶解有机碳(DOC)、有机氮(TN)和叶绿素a(Chl a)的浓度及分布进行了系统的调查研究。结果表明,调查站位海水中THAA的浓度范围为0.68~4.22μmol/L,平均浓度为(1.69±0.98)μmol/L,呈现近岸高、远岸低的分布趋势;垂直分布上,氨基酸浓度均呈现出随深度增加逐渐减小的特征。THAA浓度分布与天冬氨酸(Asp)/β-丙氨酸(β-Ala)和谷氨酸(Glu)/γ-氨基丁酸(γ-Aba)的比值具有显著正相关性,表明细菌活动对THAA的分布以及降解有重要影响。细菌源有机碳对DOC的贡献率约(13.04%±4.50%),呈现出近岸低于远岸、表层高于底层的特征。氨基酸中碳对有机碳的贡献率(THAA-C%)的分布趋势为近岸低于远海,说明近岸站位有机物降解程度更大。降解指数(DI)和活性指数(RI)也和THAA-C%呈现了相似的分布趋势,在调查海域的东部和珠江口近岸海域出现了高值区。垂直方向上,珠江口附近的S8-S14断面底层相对于表层降解因子的值更低,表明底层海水中的有机物降解程度更高,而海南岛东南海域表层降解因子低于底层,底层海水中有机物更新鲜。

中国近岸部分海域海水中金属络合配位体浓度的研究

采用阳极溶出伏安法对黄河口、青岛近海、大亚湾和南海海域海水中的金属络合配位体的浓度进行了测定,同时探讨了其分布规律与相关参量的关系.结果发现:南海海域海水中的金属络合配体的浓度稍高于其他3个海域,且都明显高于大洋水的浓度;在微表层存在富集现象;在垂直分布上表层最大,然后随深度增加而降低,在底层有较大值;各海域配位体的性质呈复杂性;铜的络合配位体浓度大于镉和铅;总的来说与世界其他海域的分布规律是一致的.同时发现铜络合配位体浓度与BOD(生化需氧量)、COD(化学需氧量)、DOC(溶解有机碳)及黏度存在显著的正相关性.

利用化学因子预测赤潮的可行性探讨

本文从化学的角度对赤潮预报进行了可行性探讨 ,分析了部分化学参量作为赤潮预报依据的机理 ,综述了赤潮化学预报的研究现状 ,并对今后的赤潮预报研究进行了探讨.

一氧化氮和铁对海洋微藻生长的交互影响

在实验室进行了一氧化氮(NO)和铁对海洋微藻中肋骨条藻(Skeletonema costatum)生长影响实验.实验结果如下:在铁限制情况下,外源NO能明显提高微藻的生长速率,增加生物量,但NO和铁对浮游植物生长影响是一个复杂的过程,它受到NO的浓度、培养液的营养水平、铁的浓度等因素的影响,同时培养液中铁的浓度也直接影响到微藻的生长和NO的释放量.因此,一氧化氮与铁在浮游植物生长过程中是交互影响的.

一氧化氮对海洋浮游植物生长影响的规律及其化学特征研究

选用了青岛大扁藻、亚心型扁藻、中肋骨条藻和小新月菱形藻四种海藻, 进行一氧化氮(NO)对其生长影响的实验, 初步从化学角度研究了一氧化氮对海洋浮游植物生长的具体影响规律. 结果发现: (1) 一次性加入不同浓度NO或每天两次加入不同浓度NO, 这四种藻的生长在f/2或f/50培养液中均显示出明显的促进或抑制作用; (2) NO对海洋浮游植物生长的影响均呈峰形, 不同浮游植物有不同的最佳NO峰值, 这与NO对高等植物生长的作用效果是基本一致的; (3) 一氧化氮对实验中所用的青岛大扁藻(非赤潮藻)与中肋骨条藻和小新月菱形藻(赤潮藻)的影响情况是不同的; (4) 提出NO阈的观点. 这些都可能为赤潮发生机理的研究提供新的思路.

海洋生态系中NO的发现和化学特征研究

在实验室小型和大亚湾1-300 m3的大型海水池的海藻养殖生态系中,随着浮游植物生长,在达到最大值之前发现了一氧化氮(NO),并测定了海洋生态系中NO的浓度值．主要化学特征和规律是:(1)对赤潮藻和非赤潮藻,在生长曲线达最大值之前都可测出NO浓度;在达到最大值之后,NO浓度迅速衰减;(2)NO浓度的时间变化曲线:白天测得NO浓度大于黑夜(甚至可降低到测不出),中午13-15时可测得NO(日)最大值;(3)大亚湾天然海水藻池大约8-10d(随天气条件而变)达藻类生长最大值,之后逐渐衰减．在藻生长5-7 d即可测得NO值;(4)对实验室的赤潮异弯藻,测得NO浓度10-9 mol/L量级;对大亚湾的混合藻(非赤潮藻)测得NO浓度约10-9-10-8 mol／L量级;对旋链角毛藻NO浓度约为10-8 mol／L量级．与我们已报道的NO对非赤潮藻和赤潮藻的影响规律一致;(5)讨论了光照条件对NO产生的影响．

冬、夏季长江口海域二甲基硫化物的时空分布及对海水酸化和铁添加的响应

本文于2022年2和7月测定了长江口及其邻近海域表层海水及重要断面海水中的二甲基硫(Dimethylsulfide, DMS)、二甲基巯基丙酸内盐(Dimethylsulfoniopropionate, DMSP)浓度;基于DMS生产速率、消耗速率和溶解态DMSP(DMSPd)降解速率,综合评价了DMS的迁移转化速率,并通过船基培养实验探究了二甲基硫化物对海水酸化和Fe添加的响应。结果表明:冬季长江口海域DMS、DMSPd、颗粒态DMSP(DMSPp)平均浓度分别为(1.55±0.96)、(3.55±2.38)和(4.42±3.11) nmol·L^(-1);夏季分别为(8.45±5.76)、(18.90±6.86)和(22.41±15.99) nmol·L^(-1)。冬、夏两季长江口二甲基硫化物高浓度主要出现在远岸,垂直方向上呈现出表层到底层逐渐降低的变化特征。冬季和夏季的DMS海气通量分别为2.23和22.96μmol·m^(-2)·d^(-1)。夏季DMSPd的转化率和DMS生物产率高于冬季,使得夏季DMS浓度较高。微生物消耗是长江口海域DMS的主要去除途径。船基培养实验表明,在pH=7.7、7.9条件下,海水酸化抑制了DMS和DMSP的产生,而Fe的添加促进了它们的释放。因此,未来海水酸化和Fe的输入会对长江口DMS的生物地球化学循环产生重要影响。

黄海春季表面海水溶解无机碳的分层研究

根据中国SOLAS计划2006年4月航次出海调查所得数据，系统地研究了春季黄海表面海水溶解无机碳（DIC）的分布规律，同时，与2005年3月、5月两个航次的DIC调查结果进行了对比。结果表明：（1）DIC浓度由近岸向外海逐渐降低；（2）DIC浓度在海水微表层中明显大于次表层和表层，呈现富集现象；（3）由于海水微表层的多层模型特征和海水微表层中Gibbs吸附异常的共同作用，使DIC含量在海水微表层、次表层和表层中变化趋势呈现非线性；（4）在连续站的周日变化研究中发现，DIC浓度在02：00～03：00时间范围内出现最大值，在13：00～15：00时间范围内出现最小值，呈“单峰”分布规律；（5）对比2005年研究结果，发现黄海春季表面海水中的DIC浓度在3，4，5月份依次降低；（6）DIC与温度和盐度均呈较明显的负相关性。

我国沙尘暴与赤潮的相关性研究

总结了近十几年来我国北方沙尘暴和近海赤潮的危害和发生趋势 ,并对两者间的相关性做了初步分析。结果显示 :我国东海和南海赤潮的发生受沙尘暴的影响很小 ,而黄海和渤海赤潮的发生与北方的沙尘暴有一定的相关性。要正确估价沙尘暴对海洋生态系 (包括赤潮 )的影响 ,必须对沙尘暴的迁移规律、入海通量以及沙尘暴粒子在海洋中的物化反应做详细的调查和研究。

一氧化氮在浮游植物中的研究进展

对一氧化氮在浮游植物中的研究进展进行了归纳,总结了一氧化氮对浮游植物生长的影响,探讨了浮游植物中一氧化氮的产生机制,并对今后的研究重点提出展望。

高浓度NO对小新月菱形藻生长影响的初步研究

以小新月菱形藻为实验对象，从化学角度研究了加入高浓度一氧化氮（nitric oxide，NO）对其生长的影响。结果表明：（1）一次性加入不同浓度NO时，1．4μmol／LNO对微藻生长有促进作用；7，14，28和42μmol／L的NO对微藻生长起抑制作用，并且NO浓度越大，抑制作用越明显。（2）每天一次加入不同浓度NO时，1．4～42μmol／L的NO对微藻生长起不同程度的抑制作用，且微藻生长周期缩短。藻的生长曲线由S型变成峰型；加入42μmol／LNO，在100h内完全抑制了微藻的生长。（3）通过进一步检测外加NO在藻液中的浓度变化，结果表明采用2种不同加入方式时，1．4μmol／L NO对藻生长分别起促进和抑制作用，这是由于NO的不断衰变造成的。

春季东海挥发性有机硫化物(VSCs)分布的研究

于2017年3~4月首次对东海表层海水及大气中3种主要挥发性有机硫化物(VSCs)即羰基硫(COS)、二甲基硫(DMS)、二硫化碳(CS2)的浓度分布进行观测,研究了海水中3种主要VSCs的相关性,并估算了3种VSCs的海-气通量.结果表明,东海表层海水COS、DMS和CS2的浓度平均值分别为(1.0±0.4)、(6.8±6.8)和(0.6±0.4)nmol/L,总体来看东海表层水中3种VSCs呈现出近岸高、远海低的分布趋势.相关性分析表明DMS与Chl-a存在显著相关性,表明浮游植物生物量是影响东海海水中DMS分布的主要因素;同时DMS与CS2存在着显著的相关性,表明这2种物质的来源有着一定的共性.大气中COS、DMS和CS2的浓度平均值分别为:(294.7±158.8)、(22.7±18.0)和(108.8±88.1)×10^(-12),分布呈现出近岸高,远海低的趋势,主要受到人为活动等陆源输入的影响.此外春季东海COS、DMS和CS2的海-气通量平均值分别为(4.0±3.4)、(25.8±33.8)和(2.6±2.9)μmol/(m2?d),表明春季东海是大气中3种VSCs重要的源.

氨基酸指示海洋中有机物降解行为的研究进展

氨基酸是海洋中重要的生源有机质,它在有机碳和有机氮的生物地球化学循环中起着非常重要的作用。氨基酸作为海洋有机物中的活性组分,在有机物降解过程中会被异养细菌选择性的去除,是指示海洋中有机物降解程度的灵敏指示因子。本论文首先介绍了海水中氨基酸的分类,总结了溶解游离氨基酸(DFAA)、溶解结合氨基酸(DCAA)、颗粒氨基酸(PAA)和细菌标志物D-型氨基酸的来源及生物学活性。同时归纳了有机物降解过程中氨基酸变化可归结为选择性保存、产生或者富集细菌源的物质和细菌的转化三种机理。最后本文综述了基于氨基酸的6种降解因子:溶解态氨基酸(THAA)对有机碳或有机氮贡献率(THAA-C%或THAA-N%)、降解因子(degradation index)、活性因子(reactivity index)、个体氨基酸的D/L比值、天门冬氨酸/β-丙氨酸或谷氨酸/γ-氨基丁酸比值(Asp/β-Ala或Glu/γ-Aba)以及细菌源有机物的贡献率,它们各自的特点、适用的降解阶段以及具体的应用。

对一氧化氮作用的新认识及其检测方法

本文综述了 NO在生物体和大气中的作用 ,重点阐述了 NO的各种测定方法 ,尤其是电化学法 。

海洋碳循环过程中的海水微表层泵

在海洋现场调查和实验室研究取得大量数据的基础上,对海洋碳循环过程中诸如溶解泵/物理泵、生物泵、陆架泵等理论观点之外,提出一种新“泵”即海水微表层(SML)泵.由此引出三个推论:(ⅰ)“pH-深度”曲线的左-右扭转的非对称性;(ⅱ)“浓度-深度”曲线的非线性;(ⅲ)SML泵作用的影响范围的差异性.最后讨论了中国黄海和南海是大气CO2的“源”或“汇”的问题.

无机胶体和铁、铜离子对中肋骨条藻生长的影响

选择无机胶体粒子Fe(OH) 3 胶体、伊利石胶体及其与金属铁和铜 ,对中肋骨条藻进行了培养实验。结果表明 :在培养介质中加入Fe(OH) 3 胶体后 ,在低添加量时可通过Fe(OH) 3 胶体提供满足微藻的生长所需的铁 ,从而提高其生长速度。但在较高添加量时 (>0 .5mg/L) ,由于胶体物质的吸附特性 ,微藻的生长受到抑制。Fe(OH) 3 对中肋骨条藻的最佳的添加量在 0 .2 5～ 0 .5 0mg/L之间。中肋骨条藻在加入伊利石胶体液时 ,微藻的生长均产生明显的抑制作用。通过伊利石胶体对培养介质中铁离子和铜离子浓度的调节控制作用 ,可直接影响到中肋骨条藻的生长。

微塑料对微藻生长及其释放三卤代甲烷的影响

研究了聚苯乙烯微塑料(PS, 0.5μm, 10~100mg/L)在120h内对三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)的生长及其释放三卤代甲烷的影响.结果表明,PS显著抑制三角褐指藻的生长.高浓度的PS(100mg/L)条件下,三角褐指藻的细胞生长,叶绿素a含量及光合效率的最大抑制率分别达31.75%,10.38%和8.82%.PS诱导微藻细胞内产生氧化应激,增加细胞内活性氧的含量.培养前期(0~48h),PS引起微藻细胞发生氧化应激,促进三角褐指藻释放3种三卤代甲烷;培养后期(72~120h),PS抑制细胞的生理状态及3种三卤代甲烷的释放.这些结果表明微塑料在一定浓度下会影响藻类细胞生长代谢,三卤甲烷的生产释放是一种通过细胞代谢来抵抗氧化应激的保护机制.

秋季黄渤海C_2～C_5非甲烷烃海-气通量与大气反应活性

分别运用吹扫捕集和三级低温预浓缩系统与气-质联用的方法,测定了2014年11月黄渤海表层海水和大气中主要的C_2～C_5非甲烷烃(NMHCs)的浓度,研究其分布特征及海-气通量,并评价了它们的大气化学反应活性.海水中乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、乙烯、丙烯、1-丁烯、异丁烯和异戊二烯的浓度平均值分别为53.0, 49.4, 26.4, 29.2, 186, 62.7, 35.6, 89.9, 42.4pmol/L.大气中乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、乙烯、丙烯、1-丁烯、异丁烯和异戊二烯的体积分数平均值分别为0.043, 21, 0.36, 6.7, 7.5, 0.71, 0.12, 0.16, 0.085×10^(-9).大气中乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、乙烯、丙烯、1-丁烯和异丁烯具有较好的相关性,均与异戊二烯没有相关性.海-气通量的计算结果表明,近岸陆架海域可能是大气中C_2～C_5NMHCs重要的源.通过计算C_2～C_5NMHCs的臭氧生成潜势和OH?消耗速率,表明乙烯、丙烯、丙烷和正丁烷是黄渤海大气C_2～C_5NMHCs的关键活性组分.

冬季黄渤海DMS、DMSP和CH_4的分布及影响因素

于2017年12月～2018年1月现场测定了黄、渤海表层海水中二甲基硫(DMS)、二甲巯基丙酸内盐(DMSP)以及溶解甲烷(CH_4)的含量,对DMS、DMSP及CH_4的浓度分布和相互关系进行了研究.通过培养实验探究了DMSP降解对DMS和CH_4生成的影响,并估算了DMS及CH_4的海-气通量.结果表明,表层海水中DMS、DMSPd、DMSPp及CH_4的平均浓度分别为(1.39±1.21),(2.87±1.54),(5.59±4.64),(6.91±2.77)nmol/L.DMS、DMSP与Chl-a水平分布基本一致,均呈现近岸高、远海低的趋势.垂直分布上,DMS、DMSP浓度最大值均出现在浅水层,而CH_4浓度则随深度的增加而增大,至底层达到最大值.相关性分析表明,DMS、DMSPp与Chl-a存在显著的正相关关系,CH_4与DMSPd、DMSPp浓度均存在一定的正相关性(P<0.05).培养实验结果表明,海水中本底DMSPd的浓度越高,DMS的生产速率越大.冬季黄、渤海DMS和CH_4海-气通量的平均值分别为(2.73±3.18),(8.14±7.68)μmol/(m^2·d),表明冬季黄、渤海是大气中DMS、CH_4重要的源.