基于三维荧光光谱-平行因子分析技术的黄东海有色溶解有机物(CDOM)的分布特征研究

摘要

本文对黄东海春秋季采集的水样进行了表、中、底层有色溶解有机物(CDOM)的现场调查及室内分析，利用CDOM的吸收和荧光特性对黄东海CDOM的来源、水平和垂直分布、季节性变化、迁移转化、保守行为与非保守行为、稳定性和相对分子量大小等进行了分析，从定性与定量2个角度研究该海域CDOM的光学特性，主要对该海域水体中CDOM的EEMs性质进行研究，并采用平行因子分析(PARAFAC)方法对数据进行处理，探讨控制CDOM的分布与变化的主要因素和时空变化趋势，主要结果如下：
　　 1、本节通过EEMs-PARAFAC方法鉴别出黄东海水体CDOM中有10种荧光组分。其中C1、C2、C3、C4、C6、C8和C9为类腐殖质荧光团；C5和C10为类蛋白质荧光团；C7为生物产物。并对黄东海的样品进行聚类分析，发现春季的样品主要分为5类，秋季分为4类。然后从10种组分、叶绿素a浓度和盐度的水平分布特征来看，黄东海春秋季航次中类腐殖质组分C1、C2、C3、C4、C6、C8与盐度的分布模式相反，表现出近岸海域高，远岸海域低的趋势；类蛋白质C5和C10与类腐殖质C9除了近岸出现高值，远岸也出现高值；生物产物C7的变化情况比较复杂，表明其有独特的来源或形成过程。此外还研究了长江口和杭州湾附近3个典型断面10种组分、叶绿素a浓度和盐度的垂直分布。
　　 按照不同海域和不同季节，分别研究了10种组分与盐度的相关性分析，结果发现除了黄海秋季，其他航次中类腐殖质C1、C2、C3、C4和C6等5个组分基本上与盐度呈线性负相关；类色氨酸C5和类腐殖质C8与盐度也呈负一定的相关；而生物产物C7、类腐殖质C9与类酪氨酸C10组分与盐度没有相关关系，表明陆源输入是黄东海海水中CDOM的主要来源。10种组分与叶绿素a浓度的相关性都较差，表明该海域受生物活动的影响相对较小，微生物降解、浮游植物并不是该海域CDOM的主要来源。
　　 通过结合10种组分与盐度的相关性分析和10种组分占总组分的比例与盐度的相关性分析，研究了黄东海春秋季10种组分的保守行为与非保守性为，发现各组分在不同海域、不同季节呈现的保守行为均不相同。
　　 此外，通过在不同海域、不同季节对各种组分做相关性分析，研究了CDOM。各组分的共变化情况，结果发现，黄东海春秋季类腐殖质C1、C2、C3、C4和C6的来源和去除过程相似，类色氨酸C5和类腐殖质C8的来源和去除过程与其它组分既有相似性，又有非相似性，其它组分有自己独特的来源和去除过程。
　　 2、通过分析腐殖化因子HIX的平面分布图，来研究黄东海CDOM组分的稳定性；通过分析荧光因子FI的平面分布图，来判断黄东海春秋季CDOM各组分的陆源特性或者海源特性。结果显示，春季的HIX值要高于秋季的HIX值，春季底层的HIX值最高，秋季表层的HIX值最高，而且春秋季的HIX高值区都出现在离岸较远的海域，表明春季的CDOM组分的稳定性高于秋季CDOM的稳定性，海源性的CDOM的稳定性高于陆源性的CDOM的稳定性。并且发现春秋季类腐殖质C9和类酪氨酸C10的分布模式与HIX值得分布模式相似，进一步证明C9和C10荧光组分的稳定性较高。春季的FI值要高于秋季的FI值，春秋季表层的FI值最高，而且春秋季的FI高值区都出现在长江口附近以及离岸较远的海域，表明远岸区域海源性的CDOM成分含量高于陆源性成分含量。
　　 3、在研究黄东海CDOM吸收特性时，吸收系数a280与吸收斜率比值S值的季节性变化呈一种对应关系，春季高于秋季。S值的季节性变化表明春季CDOM的相对分子量高于秋季CDOM的相对分子量，这可能反映了夏末秋初CDOM的光化学反应影响，大分子量有机质被分解成小分量有机质。春季表层的吸收系数a280浓度要高于中底层，且高值区出现在长江口近岸和离岸较远的区域；而秋季中层吸收系数a280浓度要高于表底层，且高值区出现在近岸海域。说明春季主要受海洋浮游生物的影响，而秋季主要受陆源输入的影响。春秋季表层的S值均高于中底层，且高值均出现在长江口附近以及离岸较远区域，说明海源性有机质的相对分子量高于陆源性有机质。
　　 通过研究吸收系数a280与盐度和叶绿素a浓度的相关性分析，发现吸收系数a280与盐度和叶绿素a浓度的相关性都不是很好，说明黄东海春秋季CDOM的来源比较复杂，除了陆源输入、海洋生物活动以外，还受黄海水团、苏北沿岸流、江浙沿岸流、台湾暖流等影响。
　　 此外，进一步分析了黄东海春秋季CDOM各组分与吸收系数a280之间的关系，结果显示，类腐殖质与吸收系数a280相关性较好，表明CDOM发色团与类腐殖质组分有相似性质，特别是陆源类腐殖质荧光团。此外类腐殖质荧光团和类色氨酸荧光团都与吸收系数a280有一定的线性相关，说明它们的来源和形成过程相似，而类酪氨酸组分和生物产物组分与它们的变化趋势却不同，说明这两种组分具有独特的来源和形成过程。