中国东部陆架海区海水中碳水化合物的时空变化特征

摘要

碳水化合物是海洋中溶解有机碳的重要组成部分，在海洋生物地球化学循环中起着非常重要的作用。碳水化合物是浮游植物光合作用的直接产物，是重要的细胞组成成分、能量储存物质及结构功能物质，广泛存在于包括海洋生物、溶解有机物、胶体及悬浮颗粒物等海洋系统中。因此研究中国东部陆架海区海洋环境中碳水化合物的生物地球化学过程有助于了解海洋中有机物的来源、转化及循环，为海洋初级生产力的研究提供科学依据。
　　本文以中国东部陆架海区东海、南黄海及受人类活动影响较大的胶州湾为研究对象，对海水中溶解单糖(MCHO)和多糖(PCHO)的浓度分布、时空变化及其影响因素进行了探讨，同时对微表层中溶解碳水化合物的富集状况进行了研究。主要研究结果如下:
　　(1)于2011年3月至4月（春季）、7月（夏季）、10月至11月（秋季）、2011年12月至2012年1月（冬季）对东海、南黄海MCHO及PCHO的时空分布规律及其影响因素进行了调查研究。结果表明:东海、南黄海海域全年表层海水中MCHO与PCHO的平均浓度（范围）分别为5.0(0.1～18.3)与6.6(0.1～50.6)μmol C/L。表层海水中MCHO与PCHO呈现出明显的季节变化特征，春夏最高，秋季次之，冬季最低，原因主要是受不同季节东海、南黄海浮游植物生物量变化及不同水团随季节迁移变化的影响。总糖(TCHO)在溶解有机碳(DOC)中所占的年平均百分比为11.8％，说明TCHO是东海、南黄海表层海水中DOC的重要组成部分。MCHO与PCHO在不同季节呈现出相似的分布特征，均表现出近岸高、远海低的趋势，但不同季节其高值区各有不同。对各季节东海、南黄海碳水化合物的垂直断面分布研究表明，受浮游植物生物量变化、长江冲淡水和黑潮水输入的作用，不同季节MCHO与PCHO的垂直分布总体上大致呈现出近岸向远岸、表层向深层逐渐降低的趋势，而其高值区主要集中出现在断面混合层以上。东海、南黄海表层海水中MCHO与PCHO的周日变化研究表明，PCHO的日高峰值均出现在正午前后，与叶绿素a（Chl-a）高峰时段相吻合，主要来自于与浮游植物生产活动释放。MCHO浓度的高峰略滞后于PCHO，证实了MCHO来源于PCHO分解这一假设。夏秋季节航次中TCHO浓度与盐度呈现显著的负相关关系，而春冬季节TCHO浓度与盐度之间未呈现出相关关系，并不仅仅只受陆源输入的影响;各季节中碳水化合物浓度与浮游植物生物量的关系差别较大，其分布与转化仍受多种因素的影响控制;MCHO、PCHO及TCHO浓度与细菌含量均未存在显著的线性相关关系。
　　(2)于2011年3月至4月（春季）、7月（夏季）、10月至11月（秋季）、2011年12月至2012年1月（冬季）对于东海、南黄海微表层海水中MCHO及PCHO的富集情况进行了调查研究。研究结果如下:全年微表层海水中MCHO与PCHO平均浓度（范围）分别为7.8(0.8～29.0)与10.2(0.1～84.8)μmol C/L。东海、南黄海微表层海水中MCHO与PCHO呈现出微小的季节变化，秋冬季节略低于春夏季节。微表层海水中TCHO在DOC中全年平均比例为11.4％，说明微表层海水中TCHO是DOC的重要组成部分。微表层海水中MCHO与PCHO的水平分布特征与表层海水相似，均呈现出近岸高、远岸低的趋势;高值区多出现于济州岛西北部、山东半岛附近以及长江口冲淡水区域。春、夏、秋三个季节的微表层海水中MCHO、PCHO浓度与相应的表层海水浓度均存在显著的线性正相关关系，说明微表层与表层海水间存在强烈频繁的水体交换。东海、南黄海海域微表层海水中MCHO与PCHO的全年富集因子分别为春季1.9及2.5，均出现出一定的富集现象，且富集因子呈现出秋冬季较高，春夏季较低的季节特征，与海域水文及风速的季节变化有关。
　　(3)于2010年6月至2011年5月对胶州湾表层海水中MCHO和PCHO的时空分布及其影响因素进行了11个月的调查航次研究。结果表明:胶州湾表层海水中MCHO与PCHO全年的平均浓度（范围）分别为9.6(0.6～63.7)与13.8(0.7～72.6)μmol C/l。海水中TCHO年平均占DOC的13.4％，是胶州湾表层海水中DOC的重要组成部分。MCHO浓度夏季最高，秋冬次之，春季最低，PCHO浓度在春季最高，夏冬次之，秋季最低，溶解碳水化合物的季节变化主要受到浮游植物、细菌分解及陆源输入的影响。胶州湾各季节表层海水中MCHO及PCHO浓度大致呈现由湾内向湾口、近岸向远岸逐渐降低的趋势，其中东部沿岸浓度显著高于西部，出现该特征的原因主要是受近岸人类活动和陆源河流输入等的影响，湾内沿岸海域碳水化合物浓度普遍比湾心区域高;而湾口海域由于和外海相连，与碳水化合物含量低的黄海水体交换频繁，所以形成了湾口低值区。表层海水中PCHO、TCHO与Chl-a浓度存在一定的正相关关系，胶州湾表层海水中碳水化合物与浮游植物活动存在密切关系;而MCHO、PCHO、TCHO浓度与细菌总量(TBC)均未存在显著的线性相关关系。
　　(4)于2010年6月至2011年5月对胶州湾微表层海水中MCHO和PCHO的时空分布及富集情况进行了11个月的航次调查研究。结果表明:胶州湾微表层海水中MCHO与PCHO全年的平均浓度（范围）分别为12.5(3.2～27.0)及16.9(3.2～48.6)μmol C/l。 TCHO在DOC中所占比例在2.7％～24.0％之间，平均比例为12.3％，表明TCHO是微表层中DOC的重要组成部分。微表层海水中MCHO浓度秋季最高，春夏次之，冬季最低，与表层海水中MCHO的季节变化略有差别;PCHO浓度春夏最高，秋季次之，冬季最低，与表层海水的PCHO季节变化相似。微表层海水中MCHO与PCHO的水平分布特征与表层海水相一致，呈现出由近岸向远岸、湾心向湾口降低的趋势。胶州湾海水中MCHO的年平均富集概率为69.1％，平均富集因子为1.6，季节变化趋势为秋季最高，春季次之，夏冬最低;PCHO的年富集概率为56.1％，平均富集因子为1.8，季节变化趋势以秋季最高，春夏次之，冬季最低。各季节均呈现不同程度的富集，富集因子的变化除与浮游植物生产释放有关以外，与物质本身的性质、水体状况及风速也有着密切的关系。

目录

声明

摘要

0 前言

1 文献综述

1．1 碳水化合物的生物地球化学意义

1．2 碳水化合物的分类和存在状态

1．3 海水中碳水化合物的分析方法

1．4 海水中碳水化合物的时空分布

1．4．1 水平分布

1．4．2 垂直分布

1．4．3 季节变化

1．4．4 周日变化

1．5 海水中碳水化合物的来源与去除

1．5．1 碳水化合物的来源

1．5．2 碳水化合物的去除

1．6 碳水化合物在海水微表层中的富集

1．7 影响海水中碳水化合物的环境因素

1．8 海水中碳水化合物研究的发展趋势及研究目的

2 研究方法

2．1 样品的采集

2．2 仪器与试剂

2．2．1 仪器与设备

2．2．2 试剂

2．3 碳水化合物的分析方法

2．3．1 方法原理

2．3．2 溶液配制

2．3．3 样品测定

2．4 环境因子的分析方法

2．4．1 溶解有机碳的测定方法

2．4．2 叶绿素α的测定方法

2．4．3 营养盐的测定方法

2．4．4 细菌总量的测定方法

3 东海和南黄海海水中溶解碳水化合物的空间分布与季节变化

3．1 航次介绍

3．2 样品采集和测定

3．3 结果与讨论

3．3．1 春季海水中溶解碳水化合物的浓度与分布

3．3．2 夏季海水中溶解碳水化合物的浓度与分布

3．3．3 秋季海水中溶解碳水化合物的浓度与分布

3．3．4 冬季海水中溶解碳水化合物的浓度与分布

3．3．5 溶解碳水化合物的季节变化特征

3．3．6 溶解碳水化合物在微表层中的富集

3．4 本章小结

4 胶州湾海水中溶解碳水化合物的空间分布与季节变化

4．1 航次介绍

4．2 样品采集和测定

4．3 结果与讨论

4．3．1 夏季表层与微表层海水中碳水化合物的浓度与分布

4．3．2 秋季表层与微表层海水中碳水化合物的浓度与分布

4．3．3 冬季表层与微表层海水中碳水化合物的浓度与分布

4．3．4 春季表层与微表层海水中碳水化合物的浓度与分布

4．3．5 溶解碳水化合物的季节变化特征

4．3．6 溶解碳水化合物与环境影响因素的关系

4．3．7 溶解碳水化合物在微表层中富集

4．4 本章小结

5 结论

6 创新与展望

参考文献

致谢

个人简历

在学期间主要研究成果