, 张洪海1,2, 杨竣齐1, 杨桂朋1,2
1. 中国海洋大学化学化工学院, 青岛 266100;
2. 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室, 青岛 266237
收稿日期: 2018-08-31; 修回日期: 2018-11-09; 录用日期: 2018-11-09
基金项目: 国家重点研发计划项目（No.2016YFA0601301）；国家自然科学基金（No.41576073）
作者简介: 高旭旭(1993-), 男, E-mail:oucxxgao@163.com
通讯作者（责任作者）: 杨桂朋, E-mail:gpyang@ouc.edu.cn
摘要: 于2017年7—8月对中国长江口及其邻近海域表层及重要断面不同深度海水中二甲基硫（DMS）、二甲基巯基丙酸内盐（DMSP）和二甲亚砜（DMSO）的浓度进行了测定，探讨了长江冲淡水对其分布的影响，并估算了DMS的海-气通量.结果表明，表层海水中DMS、溶解态DMSP（DMSPd）、颗粒态DMSP（DMSPp）、溶解态DMSO（DMSOd）和颗粒态DMSO（DMSOp）的浓度平均值分别为（5.69±5.20）、（6.67±4.90）、（19.46±9.26）、（24.67±20.52）和（24.97±20.85）nmol·L-1.DMS和DMSP大体呈现出一致的分布规律，高值区出现在冲淡水与海水的混合区域，在长江口口门附近出现低值.相关性分析结果表明，DMSPp与DMSOp存在相关性，这可能与二者有相似的来源和细胞功能有关.DMSPd、DMSOd均与DMS存在相关性，这是因为DMSPd降解是表层海水中DMS的主要来源，而DMS的光氧化和微生物氧化可能是夏季表层海水中DMSOd的重要来源途径.沉积物间隙水中DMSPd浓度高于底层海水，表明沉积物释放也是底层DMSPd的一个来源.此外，夏季长江口及邻近海域DMS的海-气通量介于0.29~34.63 μmol·m-2·d-1之间，平均值为（8.37±11.79）μmol·m-2·d-1.
关键词:二甲基硫二甲基巯基丙酸内盐二甲亚砜分布海-气通量长江口
Distributions of biogenic organic sulfur compounds and their influencing factors in the Yangtze(Changjiang) River Estuary and its adjacent area in summer
GAO Xuxu1
, ZHANG Honghai1,2, YANG Junqi1, YANG Guipeng1,2 1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100;
2. Laboratory for Marine Ecology and Environmental Science, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266237
Received 31 August 2018; received in revised from 9 November 2018; accepted 9 November 2018
Abstract: The spatial distributions of dimethysulfide (DMS), dimethylsulfoniopropionate (DMSP) and dimethylsulfoxide (DMSO) as well as their influencing factors were investigated in the Yangtze River Estuary and its adjacent area during July-August 2017, to study the impact of Yangtze River diluting water and to estimate the sea-to-air flux of DMS. The mean concentrations of DMS, dissolved DMSP (DMSPd), particulate DMSP (DMSPp), dissolved DMSO (DMSOd) and particulate DMSO (DMSOp) in the surface seawater were (5.69±5.20), (6.67±4.90), (19.46±9.26), (24.67±20.52) and (24.97±20.85) nmol·L-1, respectively. Overall, DMS and DMSP exhibited the same distribution pattern, with the highest values occurring in the mixed areas of diluting water and seawater and the lowest values appearing at the mouth of the Yangtze River Estuary. A significant correlation was observed between DMSPp and DMSOp, due to their similar source and cellular function. In addition, the relationships between DMSPd, DMSOd and DMS were found, respectively, because of the degradation of DMSPd was the main source of DMS and the photooxidation and microbial oxidation of DMS might be an important source of DMSOd in the surface seawater. The concentration of DMSPd in the sediment porewaters was higher than that in the bottom seawater, indicating that the release of DMSPd in sediment might be a source of DMSPd in the underlying seawater. Furthermore, the sea-to-air flux of DMS ranged from 0.29 to 34.63 μmol·m-2·d-1 in the study area, with an average of (8.37±11.79) μmol·m-2·d-1.
Keywords: dimethysulfidedimethylsulfoniopropionatedimethylsulfoxidedistributionsea-to-air fluxYangtze River Estuary
1 引言(Introduction)海洋中的硫化物主要包括二甲基硫(DMS)、二甲巯基丙酸内盐(DMSP)、二甲基二硫(DMDS)、硫化氢(H2S)、甲硫醇(CH3SH)、羰基硫(COS)、二硫化碳(CS2)、二甲亚砜(DMSO)等(杨桂朋等, 1999).据估算, 海洋中硫的释放量占全球天然硫收支量的50%以上(M?ller et al., 1984), 而DMS被公认为是海水中最重要的、含量最丰富的挥发性生源有机硫化物, 其海-气通量为15~33 Tg · a-1, 占海洋硫通量的90%以上(Andreae et al., 1986; Kettle et al., 2000), 在全球硫循环中发挥着非常重要的作用.DMS由海洋进入大气后会迅速被· OH、· NO3、· IO等自由基氧化生成SO2和甲磺酸(MSA), 再通过同向或异向反应生成非海盐硫酸盐(nss-SO42-)(Charlson et al., 1987; Bates et al., 1995), 这些氧化产物大都具有很强的酸性, 是酸雨的重要贡献者.此外, nss-SO42-的形成会导致云凝结核(CCN)的增加, 对全球的温室效应产生负反馈, 进而影响全球的气候变化.
DMSP是DMS的主要前体物质, 为藻类的一种硫代谢产物.DMSP的来源主要是海洋环境中的微型、大型藻类和盐生植物, 不同的种群及藻类细胞释放DMSP的能力有显著的差异(李和阳等, 2001).DMSP可作为藻类细胞的一种渗透压调节剂, 当外界盐度升高时, 藻类细胞会合成较多的DMSP来维持细胞的渗透压平衡; 而当盐度下降时, 藻类细胞会将体内多余的DMSP释放到水体中(Stefels et al., 2010).释放到海水中的DMSP有一部分会在DMSP裂解酶的作用下裂解成DMS和丙烯酸, 但大部分会在酶的作用下通过去甲基化最终降解成甲硫醇和丙烯酸(Visscher et al., 1994; 宋以柱等, 2014).DMSP裂解酶也存在于细菌中, DMSP的微生物转化是海水中DMS产生的主要途径.因此, DMSP的含量及转化途径直接影响DMS的生产分布, 在DMS的生物地球化学过程中具有重要的作用(宋以柱等, 2014).
DMS一旦在海水中产生, 可通过海-气扩散、微生物消耗及光化学氧化3个途径去除.其中, 微生物消耗及光化学氧化是表层海水中DMS去除的主要途径(Kiene et al., 1990), DMSO是DMS发生光化学氧化及微生物消耗的主要产物(Valle et al., 2007).此外, DMSO也可以通过浮游植物自身合成, 又可以在某些厌氧细菌的作用下被还原成DMS(Hatton et al., 2004).虽然DMSO作为一种非挥发性的硫化物, 不能直接影响全球的气候(王鑫等, 2014), 但DMSO作为DMS潜在的源和汇, 通过它与DMS之间的相互转化, 在DMS的生物地球化学循环过程中起着重要的作用, 并对气候造成间接影响.
长江口及邻近海域位于我国黄海和东海交界处, 是典型的陆架河口, 此区域由于大量的陆源输入呈现出与周边海域不同的环境特征.除受长江冲淡水影响外, 长江口流域还受到苏中沿岸流、江浙沿岸流和台湾暖流的综合影响, 另外, 该调查海域的东北部及东南部还分别受到黄海冷水团和黑潮水的影响(Zhu et al., 2005).长江丰水季节, 台湾暖流会逐渐增强, 苏中沿岸流逐渐减弱, 长江冲淡水在口门附近顺方向流向东南, 在东经122°30′附近左转向东或向东北方向流去(朱建荣等, 2003).长江冲淡水每年会携带大量淡水、营养盐及悬浮泥沙流入黄东海, 其最远影响可以到达济州岛附近.21世纪以来, 随着沿海经济的迅速发展, 人为活动对长江口及邻近海域的影响日益加重, 长江口海区富营养化程度和范围逐年加重和扩大.目前, 许多****对东海的DMS和DMSP进行了研究, 例如, Uzuk等(1996)对长江口至冲绳海槽的PN断面的DMS分布进行了研究, Yang等(2011;2012;2014)对东海的DMS、DMSP和DMSO的海-气通量进行了研究报道.近几年, Gao等(2017)、Tan等(2017)对长江口海域的DMS、DMSP及DMSO进行了报道, 除此之外, 关于长江口及邻近海域DMS、DMSP和DMSO的研究报道并不多见.因此, 本文以长江口及其邻近海域为研究对象, 分析夏季(丰水季)该海域表层海水中DMS、DMSP和DMSO的浓度分布规律, 并重点研究径流-河口-外海断面的垂直分布情况, 探讨长江冲淡水对DMS、DMSP和DMSO分布的影响.此外, 本文通过测定沉积物表层间隙水与底层海水中溶解态DMSP(DMSPd)的浓度, 探讨3种生源硫化物与环境因子之间的相互关系, 并估算长江口及邻近海域DMS的海-气通量.此研究有助于更好地认识我国近海生源硫化物(DMS、DMSP和DMSO)的生物地球化学循环过程, 丰富我国在海洋生源硫循环研究方面的内容.
2 材料与方法(Materials and methods)2.1 样品采集和保存于2017年7月20日—8月3日(丰水季)期间, 搭乘“润江1号”调查船对长江口及邻近海域进行了调查取样(图 1), 共包括12个断面、63个大面站.在所有站位采集表层海水, 研究DMS、DMSP和DMSO的水平分布; 选取了C和A6两个代表性的断面采集不同深度的海水, 研究DMS、DMSP和DMSO的垂直分布特征, 重点研究长江冲淡水对DMS、DMSP和DMSO的影响.断面C从长江口最远的下游, 沿狭长的地区延伸到崇明岛西南的长兴岛和横沙岛; 断面A6沿着断面C的最外面站向东南方向延伸到外海.海水样品由12 L Niskin采水器采集, 海水的温度、盐度和水深由CTD获得.由于DMS易挥发且容易受生物活动影响, 为减少实验误差, 现场对DMS进行测定.对于DMSP和DMSO样品, 取两份4 mL海水样品用内置WhatmanGF/F滤膜(直径47 mm)的Nalgene过滤器进行重力过滤, 滤液分别装入5 mL聚丙烯离心管中, 一份加入40 μL 50%的H2SO4固定(用于除去海水样品中的存在的DMS(Bates et al., 1987)), 即为溶解态的DMSP(DMSPd)样品; 另一份加入20 μL 25%的HCl, 即为溶解态的DMSO(DMSOd)样品.另取两份4 mL海水样品直接装入5 mL离心管中, 一份加入40 μL 50%的H2SO4固定, 用于测定总DMSP(DMSPt)含量; 另一份加入20 μL 25%的HCl, 用于测定总DMSO(DMSOt)含量.所有的DMSP和DMSO样品均在4 ℃下避光保存, 运回实验室后尽快测定.此外, 在27个站位测定了表层沉积物间隙水和底层水体中DMSPd的浓度.首先利用箱式采泥器采集后, 除去沉积物上覆水, 取表层沉积物样品(0~3 cm)并将间隙水采样管缓慢插入沉积物中, 用一次性无菌针头连接间隙水采样管, 然后将无菌针头缓慢插入一次性真空采血管中收集水样.
图 1(Fig. 1)
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| 图 1 2017年7—8月长江口调查站位示意图 Fig. 1Location of sampling stations in the Yangtze River Estuary during July—August 2017 |
2.2 分析方法DMS样品分析：采用冷阱吹扫-捕集气相色谱法进行现场测定(Kiene et al., 1993; 杨桂朋等, 2007), 即用移液枪移取2 mL水样注入到西林瓶中, 用内衬聚四氟乙烯的铝盖密封, 通入60 mL · min-1的高纯氮气进行吹扫, 吹扫出来的气体通过Nafion干燥器除去水分后, 通过六通阀富集于浸在液氮中的1/16 Teflon捕集管中; 吹扫3 min后将捕集管放入热水(温度不低于90 ℃)中加热解析, 解析出来的气体被载气携带进入GC-2014气相色谱仪(日本岛津公司), 用火焰光度检测器(FPD)进行检测.该方法的检出限为0.15 ng, 相对标准偏差＜5%(Yang et al., 2000).
DMSP的测定：利用DMSP在强碱环境(pH≥13)下完全裂解为DMS的原理进行间接分析.取2 mL保存的DMSP样品加入200 μL 10 mol · L-1 KOH溶液, 然后在4 ℃下避光冷藏保存.24 h碱解完全后, 对样品中的DMS浓度进行测定, 按1 : 1比例计算出DMSP的浓度, 分别获得DMSPt和DMSPd浓度后, 两者相减即得到DMSPp浓度.
DMSO的测定：首先取2 mL DMSO样品注入避光的样品瓶中, 用附有聚四氟乙烯内衬的铝盖密封, 用高纯氮气吹扫10 min除去样品中原有的DMS；随后加入400 μL 20%的TiCl3溶液, 密封后将其置于55 ℃恒温水浴中反应1 h.反应结束后冷却至室温后测定样品中新产生的DMS含量.此外, 将一段装有K2CO3粉末的聚四氟乙烯管放置在Nafion干燥器和Teflon捕集管(1/16)之间, 防止TiCl3溶液中含有的HCl在吹扫捕集过程中进入六通阀并进一步干扰最终的色谱峰(Deschaseaux et al., 2014).
Chl-a的测定：取300 mL水样用0.7 μm的WhatmanGF/F滤膜(P≤15 kPa)过滤, 将滤膜对折并用锡纸包裹后冷冻保存.分析时将滤膜以90%(体积分数)丙酮水溶液在暗处萃取24 h, 离心后取上清液以F-4500荧光仪(日本日立)采用荧光分光光度法进行测定(张洪海等, 2010).
营养盐的测定及保存：取100 mL水样用0.45 μm的醋酸纤维滤膜过滤, 滤液在-20 ℃下冷冻保存, 运回实验室后用营养盐自动分析仪测定5项营养盐.
DMS海-气通量的计算：本文采用Liss和Slater提出的滞膜模型(Liss et al., 1974)估算DMS的海-气通量, 其公式为：
 | (1) |
 | (2) |
 | (3) |
 | (4) |
3 结果与讨论(Results and discussion)3.1 夏季长江口海域Chl-a、温度、盐度和pH的水平分布特征夏季长江口及其邻近海域内海水温度、盐度、pH及Chl-a浓度的水平分布如图 2所示.表层海水温度变化范围为24.0~31.16 ℃, 平均值为27.89 ℃; pH变化范围为7.68~8.6, 平均值为8.16.该海域盐度变化明显, 长江入海口B、C两断面盐度接近0, 其他断面表层海水盐度平均值为24.41‰.由盐度分布图可明显看出, 夏季长江冲淡水在口门附近顺方向流向东南, 在东经122°30′附近向东或向东北方向流去.
图 2(Fig. 2)
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| 图 2 夏季长江口表层海水中温度、盐度、pH和Chl-a的水平分布 Fig. 2Horizontal distributions of temperature, salinity, pH and Chl-a in the surface water of the Yangtze River Estuary in summer |
丰水季长江口表层海水中SiO32--Si、NO3--N、NO2--N、NH4+-N和PO43--P浓度变化范围分别为0.64~113.94、0.21~147.34、0.19~2.59、0.13~18.18和0.05~1.58 μmol · L-1, 平均值分别为(40.89±42.01)、(43.98±45.13)、(0.76±0.53)、(4.47±2.98)和(0.60±0.57) μmol · L-1.Chl-a的浓度范围为0.66~16.99 μg · L-1, 平均值为(2.83±3.31) μg · L-1.总体上来看, 营养盐和Chl-a分布趋势呈现近岸高、远海低的特点, 最高值出现在长江入海口口门及杭州湾附近, 一方面是因为长江冲淡水携带大量的营养盐, 导致口门附近富营养化程度高, 且口门附近较长江口内浊度减小, 光照充足, 浮游植物大量繁殖, 生产力水平很高; 另一方面, 钱塘江、曹娥江、甬江等入海河流携带大量流域生产和生活污染物进入杭州湾(贾海波等, 2014), 也使得杭州湾附近富营养化严重, 这也表明陆源输入及人为活动对长江口附近Chl-a浓度和初级生产力有重要的贡献.
3.2 表层海水中生源硫化物DMS、DMSP和DMSO的水平分布夏季长江口表层海水中DMS、DMSPd、DMSPp、DMSOd和DMSOp的浓度变化范围分别为1.47~22.89、1.23~32.87、1.09~347.77、4.51~87.4和1.95~131.78 nmol · L-1, 平均值分别为(5.69±5.20)、(6.67±4.90)、(19.46±9.26)、(24.67±20.52)和(24.97±20.85) nmol · L-1.本航次所得到的硫化物的结果明显高于Gao等(2017)夏季(2014年7月)的调查结果, 却低于Tan等(2017)夏季(2014年6月)对该海域的调查结果.原因可能是本航次的温度更高, 浮游植物大量繁殖, Chl-a平均浓度高于Gao等(2017)航次的Chl-a浓度(1.84 μg · L-1), 导致各种生源硫化物的浓度较高; 虽然Tan等(2017)的Chl-a浓度(0.79 μg · L-1)明显低于本航次, 但其调查站位并未包括长江口口门的B、C断面, 并且增加了舟山群岛以南的部分站位, 舟山群岛以南的高盐海域更适合DMSP的高产物种甲藻的生长繁殖.有研究表明, 此区域的优势藻种为东海原甲藻(李照等, 2017), 这导致其调查海域内生源硫化物的浓度高于本航次的调查.
如图 3所示, 生源硫化物DMS和DMSP整体上呈现出一致的分布规律, 高值区大都出现在长江冲淡水与海水的混合区域, 最低值出现在口门附近, DMSO的分布规律较为复杂.DMS的浓度在舟山群岛东南侧A8-5站位及东海北部的A2-5站位附近有高值, 此两处高值区均处于长江冲淡水的羽状锋区域(顾新根等, 1995; 胡方西等, 1995).长江径流携带的丰富营养盐在羽状锋区聚集, 由于水域含沙量低、透明度大, 光合作用进行充分, 有利于海洋生物繁殖生长, 同时盐度适中, 既可满足外海高盐水种, 又适应沿岸低盐藻类的生长, Chl-a浓度较高, 使羽状锋区成为一个海洋高生产力带(胡方西等, 1995).而且锋面附近优势种尖刺尾菱形藻、蛇目圆筛藻和骨条藻大量繁殖(江志兵等, 2014), 使Chl-a、pH及溶解氧浓度较高.DMSPd与DMSPp的高值均出现在嵊泗列岛花鸟岛东北部A4-3站位附近, 此处也是Chl-a浓度高值区, 浮游植物大量繁殖导致此处DMSP浓度较高.DMSOd在DMS的高值区及A1断面均有较高的浓度, DMSOp的高值区出现在长江入海口东南部外海A4-9站位附近, DMSOd与DMS的高值区基本对应, 表明夏季DMS的光氧化是产生DMSOd的重要途径.长江冲淡水将大量的营养盐带入南黄海南部和东海北部, 对海区内浮游植物生长有显著促进作用, 从而出现了生源硫化物浓度高值.除了长江冲淡水的影响外, 高温、高盐、富营养盐的苏北沿岸水的输入也导致南黄海南部的(A2-1、A1-1站位)附近Chl-a、DMS、DMSP和DMSO浓度较高, 表明陆源输入对生源硫化物有显著影响.
图 3(Fig. 3)
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| 图 3 夏季长江口表层海水中DMS、DMSPd、DMSPp、DMSOd和DMSOp的水平分布 Fig. 3Horizontal distributions of DMS, DMSPd, DMSPp, DMSOd and DMSOp in the surface water of the Yangtze River Estuary in summer |
3.3 径流-河口-外海断面DMS、DMSP、DMSO浓度的垂直分布夏季长江口径流-河口-外海断面(C-A6断面)DMS、DMSP、DMSO和Chl-a的垂直分布如图 4所示.夏季长江口C-A6断面具有明显的盐度梯度, 从西往东盐度逐渐增加, 在长江口内及长江口附近的站位, 水深较浅, 不同深度的水体交换充分, Chl-a和3种生源硫化物的垂直分布都较为均匀.在远离长江口且水深较深的站位, 明显受到了长江冲淡水和外海海水混合的影响, 由于盐度适中, 营养盐丰富, 浮游植物生长旺盛, DMS、DMSP和DMSO浓度在表层水体和中层水体中出现明显的高值.DMS在底层水体特别低, 但DMSP和DMSO在底层水体部分站位表现出高值.这可能是由于底层缺乏光照, 浮游植物的光合作用受限, 从而导致DMS的合成与释放的量较少, 而DMSP和DMSO来源可能与沉积物(碎屑、粪粒等)有一定的关系, 间隙水中释放的DMSPd是底层水体DMSPd的来源之一, 底层沉积物的再悬浮作用可能会导致底层水体DMSOp浓度升高.
图 4(Fig. 4)
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| 图 4 夏季长江口C-A6断面Chl-a、DMS、DMSPd、DMSPp、DMSOd和DMSOp的垂直分布 Fig. 4Vertical distributions of Chl-a, DMS, DMSPd, DMSPp, DMSOd and DMSOp in the section of C-A6 of Yangtze River Estuary in summer |
3.4 3种生源硫化物之间的相互关系从调查结果可以看出, 3种溶解态有机硫化物中DMSOd浓度最高, DMS浓度最低, 这可能与其复杂快速的去除途径有关(李江萍等, 2015).DMSPp与DMSOp显著正相关(p＜0.05, r=0.291), 这与Riseman等(2014)在秘鲁上升流的研究结果一致, Hatton等(2007)发现浮游植物生产DMSOp的能力与DMSPp类似, 相似的来源和细胞功能可能是两者具有相关性的原因.相较而言, DMSOp浓度高于DMSPp浓度, DMSPp/DMSOp比值的平均值为0.78, 说明长江口及邻近海域浮游植物合成DMSO的能力比合成DMSPp的能力强, 这与Yang等(2001)在冬季东海海域得到的研究结果类似。
DMSP在细菌或某些藻类释放的DMSP裂解酶的作用下分解为DMS, 该海域内DMS和DMSPd在表层海水中有相似的分布规律.相关性分析显示两者显著正相关(p＜0.05, r=0.376), 表明该海域内DMSPd的降解是DMS的主要来源之一.
另外, 海水中DMSOd的主要来源有：DMS的光氧化、微生物氧化及浮游植物的生产(Valle et al., 2007).因此, 将本航次的DMSOd浓度与DMS、DMSOp的浓度进行线性相关分析, 发现DMSOd与DMS相关性显著(p＜0.01, r=0.498), 而DMSOd与DMSOp之间并不存在相关性.此结果表明, 夏季长江口表层海水中DMSOd主要来源于DMS的光化学氧化和微生物氧化, 而不是藻类细胞的生产释放(李江萍等, 2015).
3.5 生源硫化物与Chl-a和pH的相关性分析DMS、DMSP、DMSO都可来源于浮游植物的直接生产, Chl-a可以在一定程度上反映浮游植物的生物量, pH可能会影响浮游植物的生长及DMSP裂解酶的活性, 进而影响有机硫化物的浓度.因此, 本文对调查海域DMS、DMSP、DMSO浓度与Chl-a、pH进行相关性分析, 结果列于表 1中.夏季长江口表层海水中DMSPd、DMSPp与Chl-a显著正相关, 尽管DMS和DMSOd的高值区与Chl-a浓度基本一致, 但DMS、DMSOd、DMSOp与Chl-a浓度之间并没有表现出相关性.这与刘龙(2015)的研究结果相似, 相关性程度却低于Uzuka等(1996)、Yang等(2000; 2006)在东海、黄海的调查结果.造成相关性分析结果不同的原因可能是该海域长江冲淡水带来的营养盐和盐度梯度使得研究海域内浮游植物群落结构与黄海、东海等海域有较大差异, 而且不同浮游植物生产DMS、DMSO的能力和贡献Chl-a的能力也不同.
表 1(Table 1)
| 表 1 夏季长江口表层海水中DMS、DMSPd、DMSPp、DMSOd、DMSOp、pH、Chl-a间的相关关系 Table 1 Relationships among DMS, DMSPd, DMSPp, DMSOd, DMSOp, pH and Chl-a in the surface water of Yangtze River Estuary in summer | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 1 夏季长江口表层海水中DMS、DMSPd、DMSPp、DMSOd、DMSOp、pH、Chl-a间的相关关系 Table 1 Relationships among DMS, DMSPd, DMSPp, DMSOd, DMSOp, pH and Chl-a in the surface water of Yangtze River Estuary in summer
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此外, 夏季长江口表层海水中DMS、DMSPd、DMSOd与pH之间具有显著的相关性, 而DMSPp、DMSOp与pH之间没有表现出相关性, 表明pH在一定程度上会影响DMS、DMSPd及DMSOd的释放.Hopkins等(2010)研究发现pH降低会抑制DMS和DMSP的释放, Vogt等(2007)通过围隔实验也发现pH的改变会对藻细胞释放DMS产生影响.
3.6 底层海水与间隙水中溶解态DMSP浓度的关系沉积物间隙水(或称自由水)是海底、湖底或河底沉积物空隙中不受土粒吸着能移动的水分, 高浓度的DMSP通常在沉积物间隙水中检测到(Visscher et al., 1991).夏季长江口海域间隙水与底层海水中DMSPd的浓度分别为7.49~21.55和1.05~3.06 nmol · L-1, 平均值分别为(12.06±3.67)和(2.40±0.51) nmol · L-1, 间隙水中DMSPd的浓度明显高于底层海水, 平均高6倍左右.Andrew和Broadbent等(2004)研究发现, 沉积物间隙水中的DMSPd浓度比海水中高60倍左右；刘龙(2015)研究也发现, 东海沉积物间隙水中DMSPd的浓度比底层海水高20倍左右.沉积物间隙水中DMSPd浓度高的原因可能是一些死亡的浮游植物沉降到沉积物表面, 细菌或微生物分解浮游植物促进DMSPd的释放, 从而导致沉积物间隙水中DMSPd的浓度较高.由于沉积物间隙水中DMSPd浓度明显高于海水DMSPd浓度, 因此, 会有一部分DMSPd由沉积物间隙水中释放到海水中, 从而影响到海水中DMSP的浓度.这也说明沉积物间隙水中DMSPd的释放是海水中DMSPd的一个来源, 特别是底层海水DMSPd的重要来源(Gambaro et al., 2002).
图 5(Fig. 5)
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| 图 5 沉积物间隙水与底层海水DMSPd浓度 Fig. 5Concentrations of DMSPd in sediment porewater and bottom seawater |
3.7 DMS的海-气通量DMS的海-气通量对评价DMS在全球生源硫循环中的贡献有重要作用, 夏季长江口及邻近海域DMS的海-气通量变化范围为0.29~34.63 μmol · m-2 · d-1, 平均值为(8.37±11.79) μmol · m-2 · d-1.DMS海-气通量的最大值出现在A8-5站位, 此处的DMS浓度(25.90 nmol · L-1)最高, 风速(6.06 m · s-1)也相对较高; 最小值出现在B3站位, 此处的DMS浓度(1.74 nmol · L-1)和风速(1.16 m · s-1)都相对较低.
本研究夏季长江口及邻近海域DMS的海-气通量的调查结果明显高于Gao等(2017)在2014年对夏季长江口区域的调查结果(2.18 μmol · m-2 · d-1), 两次调查虽都处于同一季节, 但本次调查中DMS的平均浓度(5.69 nmol · L-1)及平均风速(4.06 m · s-1)均高于Gao等(2017)所测的DMS平均浓度(3.99 nmol · L-1)及平均风速(2.5 m · s-1), 因此, 导致了相同海域相同季节DMS海-气通量存在较大差异.DMS浓度的变化直接影响DMS的海-气通量, 从而对全球的硫循环及气候变化产生影响.
4 结论(Conclusions)1) 夏季长江口及邻近海域生源硫化物(DMS和DMSP)大体呈现出一致的分布规律, 高值区出现在冲淡水与海水的混合区域, 在长江口口门附近出现低值.
2) 夏季长江口及邻近海域DMSPd、DMSOd均与DMS存在相关性, 这是由于DMSPd可能是夏季海水中DMS的主要来源, 而DMSOd可能主要来源于DMS的光氧化和微生物氧化.
3) 间隙水中DMSPd的浓度明显高于底层海水中DMSPd的浓度, 说明沉积物间隙水中DMSPd的释放是底层海水中DMSPd的一个重要来源.
4) 夏季长江口较大的DMS海-气通量主要是由于高的DMS浓度及较大风速综合影响的结果.
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