台湾绿岛热泉和钱塘江水体溶解有机物的三维荧光特性与时空变化研究

摘要

有色溶解有机物(Chromophoric or Colored dissolved organic matter, CDOM)在海洋生态环境和全球碳循环中发挥着不可或缺的作用，CDOM的组成、来源和动力学特征对于研究不同生态系统的生物地球化学循环过程具有重要的意义。本文应用三维荧光光谱-平行因子法(Excitation-emission matrix fluorescencespectroscopy parallel factor analysis, EEMs-PARAFAC)研究了台湾绿岛热泉系统CDOM的来源和动力学特征，同时研究了钱塘江区域CDOM的光谱特性和空间分布。
　　本文研究了台湾绿岛上的陆上热泉系统朝日温泉的温度、盐度、pH和溶解有机碳(Dissolved organic carbon，DOC)的日变化特征以及它们的相互关系，应用吸收光谱法和EEMs-PARAFAC研究了热泉系统中的CDOM的组分、来源和动力学特征。研究结果表明热泉系统中的中温区是由热泉系统高温区、海水和地下水三个来源混合形成，混合比例约为2∶3∶1;高温区可能是由于绿岛周边区域的深海水通过地下的岩层渗透进入岩浆区域，经高温高压后输送到地表而形成。中温区的DOC浓度在一天内变化较大，最低时为84μM，最高时为130μM，而且与温度呈显著的负相关，与磷酸盐呈正相关，但与潮汐无明显相关性;高温区的DOC浓度基本不变，不受温度、磷酸盐浓度变化和潮汐规律的影响。CDOM的荧光特征分析表明热泉系统和周边海水中存在四种荧光组分:类色氨酸组分C1，类腐殖质组分C2和C3，以及可能是类色氨酸组分或与海洋浮游生物相关的组分C4。高温区是荧光组分C1和C4的荧光强度明显高于中温区和周边海水，说明高温区是中温区和周边海水的部分CDOM的来源。中温区和高温区的CDOM主要来源于本地生物和微生物的内源性生产，具有较高的荧光指数和生源指数以及相对较低的腐殖化指数。
　　本文同时研究了钱塘江区域CDOM的来源和空间分布特征。钱塘江DOC浓度在空间分布上呈浦阳江支流最高，钱塘江段次之，富春江段最低的趋势，这与富春江段汇入浦阳江支流后流入钱塘江段的实际情况相符合。CDOM的吸收系数a355与DOC浓度呈显著的正相关，说明钱塘江水体中CDOM与DOC的空间分布类似，且DOC中可能具有较大比例的CDOM。EEMs-PARAFAC分析表明钱塘江水体中存在三种荧光组分:类腐殖质组分C1，类色氨酸组分C2和C3。荧光指数、生源指数和腐殖化指数的研究也证明钱塘江水体本地生物和微生物活动占主导地位，CDOM主要是内源产生，具有非常低的腐殖化程度。本研究同时发现相对于富春江段，浦阳江支流和钱塘江段中类腐殖质组分的含量较低，类蛋白质含量较高，说明浦阳江支流和钱塘江段内源性生产的CDOM的比例较高，由此推测这两个区域受人类活动影响较多，水体中的营养成分相对较多，进而促进生物和微生物活动，导致了内源性生产升高。相对于绿岛热泉系统，钱塘江水体中具有更高的DOC的浓度，更高的CDOM含量，相对较高的CDOM分子量和更低的腐殖化程度。

目录

声明

致谢

摘要

缩写

1 绪论

1．1 海洋溶解有机物概况

1．1．1 定义、来源和分布

1．1．2 溶解有机物的分析方法

1．2 有色溶解有机物的光谱研究

1．2．1 有色溶解有机物的吸收光谱概述

1．2．2 有色溶解有机物的吸收光谱研究进展

1．2．3 有色溶解有机物的荧光光谱

1．2．4 三维荧光光谱-平行因子法在DOM研究中的进展

1．3 海洋溶解有机物动力学特征

1．4 热液中溶解有机物的研究现状

1．4．1 热液中的营养盐分析研究

1．4．2 热液中溶解有机物的来源追踪

1．5 课题的提出、研究内容及课题的意义

2 材料与方法

2．1 绿岛和钱塘江生态环境概况

2．2 仪器与材料

2．3 采样区域

2．4 样品的采集、处理与保存

2．5 样品的测定和数据处理

2．5．1 DOC的测定

2．5．2 吸收光谱的测定和数据处理

2．5．3 荧光光谱的测定和数据处理

2．6 热液中磷酸盐与硅酸盐的分析方法

2．6．1 方法原理

2．6．2 实验与结果

2．6．3 小结

3 绿岛热泉系统CDOM的组成、来源和变化特征

3．1 绿岛热泉系统的来源与日变化特征

3．1．1 中温区和高温区的来源分析

3．1．2 中温区和高温区的日变化

3．2 绿岛热泉系统CDOM吸收光谱特征与日变化分析

3．3 绿岛热泉系统CDOM荧光光谱特征与日变化分析

3．4 本章小结

4 钱塘江水体CDOM的组成、来源和空间分布

4．1 钱塘江水体的温度、盐度、pH和DOC

4．2 钱塘江水体CDOM吸收特征和来源浅析

4．2．1 钱塘江水体CDOM的浓度以及与DOC相关性分析

4．2．2 钱塘江水体CDOM分子量与来源浅析

4．3 钱塘江水体CDOM荧光特征分析

4．3．1 钱塘江水体CDOM的荧光组分分析

4．3．2 钱塘江水体CDOM荧光组分的空间分布特征

4．3．3 钱塘江水体CDOM荧光组分的相关性分析

4．3．4 钱塘见水体荧光指数、生源指数和腐殖化指数的空间分布

4．4 绿岛热泉与钱塘江水体CDOM特征对比

4．5 本章小结

5 主要结论和展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

作者简历