中国东海、黄海碘甲烷的浓度分布与海-气通量及藻类释放研究
挥发性卤代烃（VHOC，volatile halogenated organic compounds）是大气中重要的痕量温室气体和环境污染物，其中的碘甲烷是大气中最重要的含碘有机物，对全球碘循环有重要意义，同时碘甲烷光解产生碘原子，对大气平流层臭氧造成破坏，受到越来越多的关注。海洋是碘甲烷的重要储库，研究海洋中碘甲烷浓度的时空变化、海-气通量及影响因素具有重要意义。海洋浮游植物是海洋中碘甲烷的重要来源，研究海洋浮游植物生产碘甲烷及影响因素，对研究碘甲烷的生物地球化学循环具有重要意义。 本文以中国东海、黄海为研究海域，对海水中碘甲烷的浓度分布特征、时空变化、影响因素、海-气交换通量进行了较为系统的研究;通过实验室培养实验，研究了不同温度、盐度、光照条件、营养盐条件对海洋微藻生产碘甲烷等VHOC的影响。此外，通过现场与实验室培养，初步探讨了海洋酸化对海洋微藻生产碘甲烷的影响。主要研究结果如下: 1、参考国内外文献，改进了实验室吹扫-捕集-气相色谱法测定海水中碘甲烷的方法。方法检出限为0.01-0.05 pmol L-1，精密度为3-11％，准确度为2％-9％，为中国近海海洋中碘甲烷的的分析测定工作奠定了基础。 2、于2012年5月对中国黄海碘甲烷的浓度和海-气通量进行了研究。结果表明:黄海表层海水中碘甲烷浓度范围介于0.65-13.56 pmol L-1，平均为4.84 pmolL-1，总体上呈现近岸浓度高、外海浓度低的趋势;长江口区域和鸭绿江区域出现浓度高值，海洋浮游植物是碘甲烷的水平分布的重要影响因素，在长江口和鸭绿江口等叶绿素高值区表现得尤为明显。碘甲烷浓度的垂直分布较为复杂，高值点出现在叶绿素高值区，碘甲烷的浓度与叶绿素呈现显著的正相关，与氯甲烷、DMS之间也具有显著的相关性，推测碘甲烷、氯甲烷和DMS可能拥有共同的来源或去除途径，结合浮游植物数据，推测海洋浮游植物的生产是碘甲烷的重要来源。黄海是碘甲烷的源，碘甲烷的海-气通量介于0.03-174.46nmol m-2 d-1，平均值27.82 nmol m-2 d-1，高值区主要在长江口和鸭绿江口海域，外海海区碘甲烷的海-气通量较低。风速、碘甲烷的浓度和表层海水温度是影响碘甲烷的海-气通量的因素。 3、于2011年12月、2012年6月、2012年10月、2013年8月对中国东海碘甲烷的浓度进行了系统研究。东海2011年12月至2012年1月航次碘甲烷浓度介于0.14-8.63 pmol L-1，平均浓度为1.74 pmol L-1;2013年7月-8月航次碘甲烷浓度介于0.48-11.35 pmol L-1，平均浓度为4.06 pmol L-1;2012年6月-7月航次碘甲烷浓度介于1.03-10.15 pmol L-1，平均浓度为3.31 pmol L-1;2012年10月航次碘甲烷浓度介于1.66-10.55 pmol L-1;平均浓度为3.88 pmol L-1。7-8月份平均浓度最高，10月份次之，6月份再次之，12月份最低，碘甲烷的季节变化呈现夏季＞秋季＞冬季。2011年12月至2012年1月航次碘甲烷的海-气通量介于0.62-260.24 nmol m-2 d-1，平均值为32.84 nmol m-2 d-1;2013年7月-8月航次碘甲烷的海-气通量介于3.25-388.25 nmol m-2 d-1，平均值为124.58 nmol m-2 d-1;2012年6月-7月航次碘甲烷的海-气通量介于3.46-286 nmol m-2 d-1，平均值为80.43nmol m-2 d-1;2012年10月航次碘甲烷的海-气通量介于0.21-152.91 nmol m-2 d-1;平均值为35.29 nmol m-2 d-1。受到温度、风速、碘甲烷浓度共同影响，碘甲烷的海-气通量表现为夏季＞秋季＞冬季，调查海区均为碘甲烷的源。碘甲烷的周日变化范围介于0.69-2.44 pmol L-1，平均浓度为1.42 pmol L-1，最大值出现在上午9点-11点;最低值出现在夜晚22点。早上8点开始升高，至中午11点达到最高，后开始下降，至下午两点后开始变化平缓，夜晚22点达到最低值。碘甲烷等VHOC白天浓度变化较大，夜晚变化比较平缓，同时碘甲烷变化趋势与CFCs变化相似，推测碘甲烷的浓度变化受到光照、生物作用和物理混合共同作用的影响。 4、五种海洋微藻不同程度地释放碘甲烷等VHOC。球形棕囊藻产生的碘甲烷最多，其次是三角褐指藻、中肋骨条藻，而盐生舟形藻、东海原甲藻基本上不产生;三角褐指藻产生的氯甲烷、溴甲烷最高，球形棕囊藻次之，其他藻基本上不产生。对数生长期VHOC产量开始增加，稳定期和衰亡期产量最大。球形棕囊藻在温度15℃、20℃、25℃条件下释放碘甲烷的速率（平均速率）分别为0.89～2.73×10-8 pmol cell-1 d-1(1.75×10-8 pmol cell-1 d-1)、0.79～3.98×10-8 pmol cell-1d-1(2.46×10-8 pmol cell-1 d-1)、1.19～4.69×10-8 pmol cell-1 d-1(3.07×10-8 pmol cell-1d-1)。高温不利于球形棕囊藻细胞数量的积累，却有利于碘甲烷的产生，温度越高，碘甲烷产量越高，生产速率越快。盐度和光照对球形棕囊藻的生长周期影响不大，在一定范围内，盐度越高、光照越强，碘甲烷的产量越高，生产速率越快。球形棕囊藻在氮磷比为6、24、96条件下释放碘甲烷的速率（平均速率）分别为0.63～2.27×10-8 pmol cell-1 d-1(1.39×10-8 pmol cell-1 d-1)、0.38～3.42×10-8 pmol cell-1d-1(1.72×10-8 pmol cell-1 d-1)、0.74～1.79×10-8 pmol cell-1 d-1(1.14×10-8 pmol cell-1d-1)。球形棕囊藻在铁浓度为0μmol L-1、10μmol L-1（f/2配方）、40μmol L-1条件下释放碘甲烷的速率（平均速率）分别为0.82～4.13×10-8 pmol cell-1 d-1(2.63×10-8pmol cell-1 d-1)、0.38～3.42×10-8 pmol cell-1 d-1(1.72×10-8 pmol cell-1 d-1)、0.56～3.58×10-8 pmol cell-1 d-1(1.58×10-8 pmol cell-1 d-1)。营养盐是影响球形棕囊藻生产碘甲烷的重要因素，提高或者降低氮磷比，生物量达到最高的时间都会推迟，对于球形棕囊藻的总细胞密度影响不大。氮磷比为24（f/2配方）条件时，藻类生长最好，碘甲烷生产速率和总量都最高。不同铁浓度对球形棕囊藻生长周期影响较大，铁浓度过低，球形棕囊藻几乎不生长，但单细胞生产碘甲烷的速率却高于铁浓度高时，过高的铁浓度也会限制碘甲烷的生产和释放。 5、海洋酸化影响球形棕囊藻的生长，正常pH条件下，球形棕囊藻生长更好;酸化海水影响球形棕囊藻生产碘甲烷，正常pH条件下的海水生产碘甲烷的量较高，但酸化海水中碘甲烷的生产速率较高。现场围隔实验结果与实验室培养结果一致，酸化不利于藻类生长，酸化程度越高，碘甲烷的浓度越低。
海洋化学;碘甲烷;浓度分布;海气通量;藻类释放量
中国海洋大学
博士
海洋化学
杨桂朋
2015
中文
P734.5
132
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）