夏季中国东海生源有机硫化物的分布及其影响因素研究

二甲基硫(DMS)、二甲巯基丙酸内盐(DMSP)和二甲亚砜(DMSO)是海洋中最重要的3种生源有机硫化物.本文系统研究了2013年6月中国东海表层海水中3种硫化物的水平分布规律及其影响因素,并估算了DMS海-气通量.结果表明,表层海水DMS、溶解态DMSPd、颗粒态DMSPp、溶解态DMSOd和颗粒态DMSOp浓度平均值分别为4.70、7.00、27.83、13.66和10.78 nmol·L-1.DMS、DMSP和DMSO与叶绿素a(Chl-a)水平分布规律相似,均呈现近岸高、远海低的趋势.相关性分析结果表明,DMS、DMSPd和DMSOp浓度与Chl-a浓度均有显著的相关性,说明浮游植物生物量是影响东海有机硫化物生产分布的重要因素.此外,研究发现DMS与DMSPd、DMSOd与DMS间分别存在一定的相关性,表明表层海水中DMS主要来源于DMSPd的微生物降解,而DMSOd的主要来源是DMS的氧化过程.此外,夏季东海DMS海-气通量在0.62~33.98μmol·(m2·d)-1之间,平均值为9.71μmol·(m2·d)-1.     

夏季长江口及其邻近海域生源有机硫化物的分布与影响因素研究

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0.29～34.63μmol·m~(-2)·d~(-1)之间,平均值为(8.37±11.79)μmol·m~(-2)·d~(-1).     

枯水季和丰水季长江口海域生源硫的浓度变化特征及影响因素

为深入研究河口近岸海域DMS（二甲基硫）的生物地球化学过程,于2014年2月（枯水季）和7月（丰水季）对长江口及附近海域表层海水中DMS及其前体物质DMSP（二甲巯基丙酸内盐）的浓度分布及影响因素进行了研究,测定了DMSPd（溶解态DMSP）的降解速率和DMS的生物生产与微生物消费速率,并估算了DMS的海-气通量.结果表明:①枯水季和丰水季c（DMS）、c（DMSPd）、c（DMSPp）（DMSPp为颗粒态DMSP）的平均值±标准偏差分别为（0.54±0.28）（2.04±1.32）（6.65±5.07）和（3.99±3.70）（5.57±4.72）（14.26±9.17）nmol/L,长江口海域丰水季生源硫化物的浓度明显高于枯水季.②枯水季和丰水季c（DMSPd）与ρ（Chla）均呈弱相关,说明浮游植物在控制长江口海域DMSP的生产分布中发挥重要作用.③枯水季和丰水季c（DMS）/ρ（Chla）的平均值±标准偏差分别为（2.62±3.28）和（4.60±7.49）mmol/g,表明丰水季DMS的高产藻种（甲藻）在浮游植物生物量中所占比例高于枯水季.④枯水季表层海水中DMSPd的降解速率和DMS的生物生产速率分别介于（2.84~30.53）和（0.52~2.19）nmol/（L·d）之间,平均值分别为14.55和1.30 nmol/（L·d）,表明DMS并不是DMSPd的主要降解产物.⑤枯水季和丰水季DMS的海-气通量平均值±标准偏差分别为（0.36±0.32）和（2.17±2.98）μmol/（m2·d）,而且丰水季的硫排放量明显高于枯水季,这主要与夏季较高的c（DMS）有关.研究显示,长江口海域生源硫化物的浓度变化及分布特征呈明显的季节性差异,河口近岸海域是海洋有机硫排放的重要区域.      

冬季黄渤海DMS、DMSP和CH4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（CH₄）的含量，对DMS、DMSP及CH₄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CH₄生成的影响，并估算了DMS及CH₄的海-气通量.结果表明，表层海水中DMS、DMSPd、DMSPp及CH₄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CH₄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，CH₄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CH₄海-气通量的平均值分别为（2.73±3.18），（8.14±7.68）μmol/（m²·d），表明冬季黄、渤海是大气中DMS、CH₄重要的源.     

秋季东海二甲基有机硫化物的浓度分布与影响因素

于2012年10月对中国东海表层海水中二甲基硫（DMS）及其前体物质二甲巯基丙酸内盐（DMSP）、溶解自由态蛋氨酸（DF Met）的浓度分布及影响因素进行了研究。分析结果表明,秋季东海表层海水中硅酸盐（SiO₃-Si）、溶解无机氮（DIN）、磷酸盐（PO₄-P）浓度变化范围分别为0.11~1.76、0.08~0.56和0.013~0.054 mg/L,平均值为0.50±0.36、0.19±0.11和0.024±0.0098 mg/L,且东海西南部上升流区出现营养盐浓度的高值区。表层海水中DMS、DMSP和DF Met的浓度分别在0.47~6.46、9.44~55.57和3.48~14.42 nmol/L之间,平均值分别为3.10±1.93、28.05±14.17和6.19±2.30 nmol/L。DMS、DMSP的水平分布与叶绿素a（Chl a）分布基本一致,呈现出近岸向远海降低的趋势。所调查海域的DMS/Chl a和DMSP/Chl a比值变化范围分别为2.59~27.66和27.37~103.34 mmol/g,平均值分别为11.46±5.02和65.08±23.41 mmol/g,与该海域硅藻为浮游植物优势种的调查结果相一致。此外,秋季东海表层海水DMS的海-气通量介于0.89~105.50 μmol/（m2·d）之间,平均值为35.65 ±31.53 μmol/（m2·d）。     

夏季东海生源硫的分布、通量及其对非海盐硫酸盐的贡献

对2012年6月东海表层海水中二甲基硫（DMS）、二甲巯基丙酸内盐（DMSP）和二甲亚砜（DMSO）的浓度分布特征及其影响因素进行了研究,并估算了DMS的海-气通量及其对大气气溶胶中非海盐硫酸盐（nss-SO₄^2-）的贡献率.结果表明,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±标准偏差为（5.71±5.23）,（5.94±3.68）,（23.84±14.15）,（9.14±10.52）和（11.01±5.81）nmol/L.DMS、DMSP和DMSOp浓度均在28oN~29oN,122°E~123.5°E海域呈现高值中心,沿中心向外扩散降低,并且与叶绿素a（Chl-a）的分布趋势基本一致.除DMSOd外,3种二甲基硫化物与Chl-a表现出显著的相关性,表明浮游植物生物量是影响东海生源有机硫化物生产分布的关键因素.此外,夏季东海DMS海-气通量介于（0.93~101.02）μmol/（m²·d）,平均值±标准偏差为（18.13±21.42）μmol/（m²·d）.夏季东海生源硫释放对nss-SO₄^2-的贡献率仅为2.2%,表明人为排放是东海大气气溶胶中nss-SO₄^2-的主要来源.     

东海二甲基硫时空变化特征及影响因素分析

基于已建立的DMS广义可加混合模型(GAMM),采用东海现场实测数据和卫星遥感海表温度(SST)和局地校正叶绿素a(Chl-a)v5.0(LMCv5.0)数据,获得1998-2020年共23年的东海表层DMS数据集,分析了东海表层海水DMS浓度时空特征和影响因素.结果表明:东海表层海水DMS年平均浓度为2.67nmol/L,呈现外海低、近岸高的空间分布特征,并具有显著的季节变化:春夏季浓度较高,秋冬季浓度偏低.根据所获得的23年的数据,东海表层海水DMS浓度年际变化具有明显空间差异性,近岸呈现明显先上升后降低的年际变化特征,而外海的年际变化不明显.春、夏两季东海表层海水DMS浓度空间分布差异主要受Chl-a影响,秋、冬两季其差异主要受Chl-a和SST协同作用的影响.Chl-a是影响长江口及邻近海域DMS年际变化的主要因素,SST是影响苏北沿岸DMS年际变化的主要因素.河流输入的营养盐可能是长江口DMS的影响因素.春季(冬季)海表风速和长江口DMS存在相似(相反)年际变化特征.     

夏季东海和南黄海一氧化碳的浓度分布、海-气通量和微生物消耗研究

于2013年7月对东海和南黄海海水中CO的浓度分布、时空变化、海-气通量和表层海水中CO微生物消耗进行了研究.夏季东海和南黄海大气中CO的体积分数范围为68×10-9~448×10-9,平均值为117×10-9(SD=68×10-9,n=36),呈现出近岸高、远海低的特点.夏季东海和南黄海表层海水中CO的浓度范围为0.23~7.10 nmol·L-1,平均值为2.49 nmol·L-1(SD=2.11,n=36),CO的浓度受太阳辐射影响明显;不同站位CO浓度的垂直分布特征基本相同,CO浓度最大值一般出现在表层,随深度增加CO浓度迅速减小.夏季东海和南黄海海水中CO浓度具有明显的周日变化,最大值是最小值的6~40倍.各层最大值基本出现在中午,最小值基本上出现在凌晨前后.CO明显的周日变化特征进一步证明海水中CO主要由光化学产生.调查期间东海和南黄海表层海水中CO相比大气处于过饱和状态,过饱和系数变化范围为1.99~99.18,平均值为29.36(SD=24.42,n=29),表明调查海域是大气中CO的源.调查期间CO的海-气通量变化范围为0.37~44.84μmol·(m2·d)-1,平均值为12.73μmol·(m2·d)-1(SD=11.40,n=29).调查海域CO的微生物消耗培养实验中,CO的浓度随时间增长呈指数降低,消耗过程符合一级反应的特点,微生物消耗速率常数KCO范围为0.12~1.45 h-1,平均值为0.47 h-1(SD=0.55,n=5),微生物消耗速率与盐度之间有一定的相关性.     

春季东、黄海溶解甲烷的分布和海气交换通量

于2011年3月17日～4月6日对东、黄海海域进行了大面调查,采集了45个站位不同深度的海水样品,对溶解甲烷(CH4)浓度进行了测定,并估算了其海-气交换通量.结果表明,东、黄海表层海水中溶解甲烷的浓度变化范围是2.39～29.67nmol.L-1,底层海水中甲烷浓度范围是2.63～30.63 nmol.L-1,底层浓度略高于表层,表明底层水体或沉积物中存在甲烷的源.春季东、黄海海域表、底层溶解甲烷的分布特征基本一致,即从近岸向远海逐渐降低,主要受长江冲淡水输入和黑潮水入侵的影响.春季东、黄海海域表层海水中CH4饱和度为93%～1 038%.利用Liss and Merlivat公式(LM86)、Wanninkhof公式(W92)和现场测定的风速估算出春季东、黄海海域CH4的海-气交换通量分别为(2.85±5.11)μmol.(m2.d)-1和(5.18±9.99)μmol.(m2.d)-1,根据本研究结果和文献数据初步估算出东海和黄海年释放甲烷量分别为7.05×10-2～12.0×10-2Tg.a-1和1.17×10-2～2.20×10-2Tg.a-1.春季东、黄海海域表层海水中CH4均呈过饱和状态,是大气中CH4的净源.     

黄、东海二甲基硫海气交换通量时空分布及影响因子

二甲基硫（dimethyl sulfide,DMS）海气交换对全球气候和环境变化有重要贡献。本文利用已发表的2005－2017年文献数据,结合ERA-interim（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Interim Re-Analysis）风速数据,估算了黄、东海DMS海气通量,并分析了其季节变化和空间差异。结果表明:南黄海和东海DMS年平均海气通量分别为（8.63±4.90）μmol/(m2·d)和（12.77±8.42）μmol/(m2·d),除秋季外,东海海气通量高于南黄海;DMS海气通量季节变化显著,夏季最大,冬季最小,南黄海秋季高于春季,东海春季高于秋季。基于方差分解,本文讨论了各因子方差对DMS海气通量方差的贡献,在南黄海,春季表层DMS浓度和交换速率均对海气通量有主要影响,夏季和冬季交换速率对海气通量影响较大;在东海,春季海气通量受到交换速率和DMS浓度交互作用的影响较大,夏季海气通量主要由DMS浓度控制,秋季和冬季交换速率对海气通量的影响较大。南黄海和东海占全球海洋面积的0.30%,其DMS排放量为0.1461 TgS/a,占全球海洋DMS排放量的0.52%。     

北黄海与渤海沉积物中磷形态的分布特征

对1998年9月和1999年5月渤海航次和1999年8月北黄海航次所采集的柱状沉积物和表层沉积物样品进行了P形态的六步连续提取分析，分析了各种形态P在表层及垂直方向上的分布特征。并通过对沉积物充空气和N2条件下培养前后各步形态P的测定，认识各步形态P培养前后的变化以及不同的氧化还原环境对各步形态P的影响。结果表明：从渤海到并黄海总P的含量逐步降低。碎屑磷灰石的含量在六步中含量最高，约占50%左右，其次是非活性有机磷，约占20%，其他几步含量较小；充N2培养沉积物样品中碎屑磷灰石的含量要比充空气的低，其他形态的P较充空气培养的略高或相关不大。     

秋季黄海与渤海异戊二烯含量的分布及海-气通量

为深入研究我国近海异戊二烯的生物地球化学过程及气候效应,于2013年11月6—23日(秋季)在黄海、渤海海域设25个采样点采集海水样品,其中在A断面4个采样点采集不同深度海水样品,运用吹扫捕集-气质联用法对海水中c(异戊二烯)进行分析,研究其分布规律及影响因素,并对异戊二烯的海-气通量进行了探讨. 结果表明:①表层海水中c(异戊二烯)的范围为10.76~48.67 pmol/L,平均值为(22.85±10.52)pmol/L,其水平分布呈北高南低的特征;②c(异戊二烯)与ρ(Chla)(Chla为叶绿素a)呈正相关(R=0.643 4,n=25,P<0.000 4),说明浮游植物生物量是影响研究海域内c(异戊二烯)水平分布与变化规律的重要因素;③调查期间c(异戊二烯)在A断面上的垂直分布较为均匀且没有出现明显分层现象;④表层海水中异戊二烯处于过饱和状态,其海-气释放通量范围为6.26~449.81 nmol/(m2·d),平均值为(91.62±109.75)nmol/(m2·d). 研究显示,我国陆架海区可能是全球海洋、大气异戊二烯重要的源,相关的调查研究工作亟需展开.      

黄海和东海生源要素的化学海洋学

根据东、黄海地区化学海洋学方面的调查结果，概述了东、黄海海区生源要素的时空分布和迁移转化特征，河流输入和大气沉降对东，黄海生源要素的贡献，以及沉积物与上覆海水的营养盐交换。     

东海和黄海冬季海水中二甲亚砜的分布及影响因素

于2011年12月—2012年1月对我国东海、黄海表层及不同深度海水中c(DMSOd)(DMSOd为溶解态二甲亚砜)和c(DMSOp)(DMSOp为颗粒态二甲亚砜)的分布进行了研究,并探讨了其来源及影响因素. 结果表明:表层海水中c(DMSOd)和c(DMSOp)分别为(10.10±7.54)和(8.72±7.80) nmol/L,其水平分布明显受调查海域中浮游植物组成和丰度的影响;垂直分布上,c(DMSOd)和c(DMSOp)的最大值均出现在浅水层(3~20 m). 相关分析表明,c(DMSOd)与c(DMS)(DMS为二甲基硫)之间没有相关性,但与c(DMSOp)显著相关(R=0.442, n=41, P<0.006),说明冬季表层海水中DMSOd主要来源于浮游植物细胞内DMSO的释放,而不是DMS的氧化(光化学氧化和微生物氧化). 另外,c(DMSOp)/ρ(Chla)与盐度呈正相关(R=0.532, n=46, P<0.004),说明盐度的改变会影响浮游植物组成的变化,进而影响c(DMSOp).      

春季黄渤海海水中尿素分布特征及溶解态氮的组成

2014年4~5月对黄渤海海域进行了一次大面现场调查,分别采用二乙酰一肟-盐酸氨基脲法和分光光度法测定了调查水样中尿素及各形态氮的浓度,分析了该海域尿素的浓度状况、分布特征以及溶解态氮的基本组成,并分析了该海域尿素的主要影响因素.结果表明,春季黄海渤海海域尿素的浓度范围是0.21~2.17μmol·L-1,平均浓度为(0.84±0.20)μmol·L-1.各调查海区中,北黄海海域尿素平均浓度最高,南黄海浓度最低.同时结果表明尿素是调查海域中溶解有机氮(DON)的重要组成部分,占DON的7.90%.在黄海海域尿素浓度由近岸到远海逐渐降低,高值区主要位于大连、青岛等人口密度较高且离岸较近城市的外海海域.渤海海域尿素浓度呈现由近岸到远海依次增加的趋势,说明河流输入不是渤海尿素的主要来源,同时也可能存在着河口附近泥沙对有机氮的吸附作用.     

黄、东海溶解态无机砷的形态及其分布

利用氢化物发生原子荧光光谱法对2000年10月和2001年5月航次黄、东海的无机砷进行了测定.两个航次中黄、东海总溶解态无机砷(TDIA8)含量的变化范围分别为9.-21.和12.～23.nmoL,L,亚砷酸盐(As3 )含量的变化范围分别为0.2-2.4和0.1-9.2 nmoL/L,2000年秋季TDIAs和As3 的含量明显低于2001年春季.长江对黄、东海的影响非常显著,是主要的物质来源之一.黄海溶解态无机砷的平面分布表现为沿岸和东黄海交界处高,黄海中部冷水团区含量较低.东海自长江口向西南琉球群岛沿伸的PN断面中,TDIAs和As3 的分布存在明显的梯度,自长江口向中央海区递减,然后由于受到黑潮水入侵含量又开始升高.东海陆架区As3 的含量、分布受到浮游植物活动的影响,表现出与叶绿素含量存在相关关系.     

春季黄、渤海中异戊二烯的浓度空间分布与海-气通量

利用吹扫捕集-气质联用方法测定了2014年5月黄海、渤海所取海水样品中异戊二烯的含量,探讨了其分布特征、海-气通量及影响因素.研究结果表明：春季黄海、渤海海域表层海水中异戊二烯的浓度范围为6.02~32.91pmol/L,（平均值±标准偏差）为（15.39±4.98）pmol/L,在黄海中部海域出现浓度高值;表层海水中异戊二烯与叶绿素a（Chl-a）浓度有一定的正相关性（R²=0.2529,n=49,P < 0.001）,说明浮游植物生物量在异戊二烯生产和分布中发挥重要作用;春季黄海、渤海异戊二烯海-气通量的变化范围为0.78~192.43nmol/（m²·d）,（平均值±标准偏差）为（24.08±30.11）nmol/（m²·d）,表明我国陆架海区是大气异戊二烯重要的源.     

南黄海和东海海域营养盐等物质大气入海通量的再分析

根据国内外学者近年来在黄、东海海域大气营养盐和硫酸盐气溶胶干、湿沉降方面的工作 ,估算出南黄海及东海海域各个季节营养盐和硫酸盐的大气入海通量。分析结果表明 :南黄海及东海海域营养盐和硫酸盐气溶胶浓度和降水中的离子浓度都有较明显的季节变化 ,基本上冬季最大 ,而夏季最小 ;氮盐和硫酸盐的沉降以湿沉降为主 ,而磷酸盐以干沉降为主 ;大气沉降与河流输送相比 ,NH4 和PO43 -以大气沉降为主 ,而SiO3 2 -和NO3 -以河流输送为主     

夏季黄渤海表层海水中二甲亚砜(DMSO)的浓度分布

根据2011年6月对黄渤海进行的大面调查,分析研究了夏季表层海水中颗粒态和溶解态二甲亚砜(DMSOp、DMSOd)的水平分布及其周日变化特征.海水中DMSO首先采用NaBH4将其还原为二甲基硫(DMS),再利用冷阱吹扫-捕集气相色谱法进行间接测定.结果表明,表层海水中DMSOp浓度的变化范围是5.43～18.35 nmol·L-1,平均值为(11.47±0.25)nmol·L-1;DMSOd浓度的变化范围是4.75～43.80 nmol·L-1,平均值为(13.42±0.58)nmol·L-1.相关性分析显示:DMSOp与叶绿素a(Chl-a)、温度、盐度等不存在相关性,而DMSOp/Chl-a比值与盐度存在一定的正相关,表明DMSO在藻细胞内具有渗透压调节功能;DMSOd与细菌、DMSOp浓度不存在相关性,而与DMS浓度存在一定的正相关,表明表层海水中DMSOd的主要来源是DMS的光化学氧化.另外,DMSOp与DMSOd均呈现出明显的周日变化规律,白天时段浓度明显高于夜间时段.