（环境科学专业论文）不同类型水体有色溶解有机物质（cdom）时间变化特征及其影响机制研究.pdf

摘要 吸收信号的出现，但0 6 年航次期间却没有观测到该现象，该海域c d o m 现场生 产机制仍需要进一步的研究。 关键词：有色溶解有机物质；光吸收；荧光：时间变化；控制因子；台湾海峡； 淡水湖 i i a b s t r a c t a b s t r a c t t h i ss t u d yf o c u s e do nt h et e m p o r a lp a t t e r no fc h r o m o p h o r i ed i s s o l v e do r g a n i c m a t t e r ( c d o m ) i nd i f f e r e n tw a t e r s ，w h i c hi sat o p i cr a r e l yr e p o r t e di nt h el i t e r a t u r e t h e c o n t e n ta n dt h ev a r i a t i o no fc d o mi nf u r o n gp o o l ，q i n g r e np o o la n dt h et a i w a ns t r a i t w e r ei n v e s t i g a t e d f r o mm a yt od e c e m b e r2 0 0 6 ，c d o ma b s o r p t i o nc o e f f i c i e n t sa t3 5 5n n l ( 口g ( 3 5 5 ) ) r a n g e df r o m1 9 1t o3 5 0l n 1i nf u r o n gp o o l ( 2 8 8m - 1o na v e r a g e ) ，a n d 舶m3 9 5t o 9 8 5m _ 1i nq i n g r e np o o l ( 5 3 5m o na v e r a g e ) ms p e c t r a ls l o p e ( s o ( 3 0 0 - 5 0 0n m ) i i lb o t hw a t e r sr a n g e df r o mo 016t o0 019n l n 一t h e s et w op o o l sh a dt o t a l l yd i f f e r e n t s u r r o u n d i n g ，l e a d i n g t od i f f e r e n tt e m p o r a l p a t t e r n so fc d o m q i n g r e np o o l i s s u r r o u n d e db yf o r e s t s p e a k so fc d o mo c c u r e df o l l o w i n gp r e c i p i t a t i o ni n d u c e db y t y p h o o n i tm e a n tt h a tt e r r e s t r i a li n p u tf r o ms u r r o u n d i n gf o r e s t sb ym a s s i v er a i n f a l lw a s t h ep r i m a r yf a c t o rc o n t r o l l i n gt h ev a r i a t i o no fc d o mi nq i n g r e np 0 0 1 b yc o n t r a s t , f u r o n gp o o li so nt h em a i nc a m p u so fx i a m e nu n i v e r s i t y ，s u r r o u n d e db ya r c h i t e c t u r e i tw a sf o u n dt h a t 魄( 3 5 5 ) w a ss i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e dw i t l la p h ( 6 7 5 ) d u r i n gm a yt 0j u l y i n2 0 0 6 ( r = o 6 6 ，n = 1 2 ；r = 0 8 7 ，n = 1 2 ) w h i l et h ec o n t r i b u t i o nf r o mp h y t o p l a n k t o n m i g h tb ed o m i n a n td u r i n gm o s to ft h eo b s e r v i n gp e r i o d ，i tw a sn o t i c e dt h a ts t o r me v e n t s ( e g p r e c i p i t a t i o n 15 0m m ) c o u l d r e s u l ti nh i g hv a l u e so f ( 3 5 5 ) a g ( 3 5 5 ) w a sl o wi nt h es o u t h e r nt a i w a ns t r a i ti ns u m m e r ，2 0 0 5a n d2 0 0 6 i tr a n g e d b e t w e e no 0 1t o0 3 6m ，s i m i l a rt ot h o s eo b s e r v e di nt h eo p e no c e a n i n2 0 0 5 ，a g ( 3 5 5 ) s h o w e dal i n e a r ，i n v e r s er e l a t i o n s h i pw i t l is a l i n i t yi nt h es u r f a c ew a t e rn e a rd o n g s h a n i s l a n d h o w e v e r , f o rm o s to ft h es a m p l e s 谢t l ls a l i n i t yh i g h e rt h a n3 2 ，a g ( 3 5 5 ) w a s h i g h l yc o r r e l a t e dw i t hc h l o r o p h y l la ( c h i a ) ( r 2 = 0 5 3 ，n = 5 3 ) ，i n d i c a t i n gc d o mw a s m a i n l yf r o ml o c a lp r o d u c t i o nr a t h e rt h a nt e r r e s t r i a li n p u ti n2 0 0 5 i n2 0 0 6 ，a g ( 3 5 5 ) s h o w e daw e a k l yi n v e r s er e l a t i o n s h i pw i t hs a l i n i t ya n daw e a k l yp o s i t i v er e l a t i o n s h i p 、析t hc h l a i tw a st h u ss u g g e s t e dt h a tc d o mw a si n f l u e n c e db yb o t ht e r r e s t r i a li n p u ta n d l o c a lp r o d u c t i o nd u r i n gt h es u r v e y ac o n t i n u o u sb l o o mw a so b s e r v e dt r i g g e r e db y c o a s t a lu p w e l l i n gd u r i n gb o t hc r u i s e s a g ( 3 5 5 ) r a n g e df r o mo 0 1t o0 3 6m - 1 ，w h i l e c h l ac h a n g e df r o mo 2 9t o15 38p g l h o w e v e r , n e i t h e rac o n s i s t e n td a y - t o - d a yc d o m v a r i a t i o nn o rc d o m - c h l a c o u p l i n g i na d d i t i o n ，al i n e a rr e l a t i o n s h i pb e t w e e na g ( 3 5 5 ) a n dt h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t yo f c d o mw a so n l yf o u n di nt h r e es h o r tp e r i o d si nt h et w op o o l s i a b s t r a c t a b s o r p t i o np e a k si nt h eu v - bb a n d s ( 3 0 0 - - - - 3 5 0n m ) w e r eo b s e r v e di nt h es o u t h e r n t a i w a ns t r a i ti n2 0 0 5 ，w h i c hw e r ep r o b a b l ya s s o c i a t e d 、i mm y c o s p o r i n e l i k ea m i n o a c i d s ( m a a s ) r e l e a s e db yp l a n k t o n s k e yw o r d s ：c d o m ；a b s o r p t i o n ；f l u o r e s c e n c e ；t e m p o r a lv a r i a t i o n ；c o n t r o l l i n gf a c t o r ； t a i w a ns t r a i t ；f r e s h w a t e r i i 厦门大学学位论文原创性声明 兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立完成的研究成 果。本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在 文中以明确方式标明。本人依法享有和承担由此论文而产生的权 利和责任。 声明人( 签名) ：硬 2 0 0 7 年客民和e t 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦门大 学有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的纸质版和电 子版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学 校图书馆被查阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索， 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适 用本规定。 本学位论文属于 1 、保密() ，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密( “ ( 请在以上相应括号内打“”) 作者签名：阀艮日期：2 0 0 7罗月扣e l 新躲囱破魄肿烨日 第一章绪论 第一章绪论 摘要本章重点介绍c d o m 的研究意义及国内外在c d o m 光学性质及时空变化上 的研究现状及存在问题，提出本论文的研究设想。 1 1 研究意义 1 9 3 8 年，k a l l e 第一次引入黄色物质这一概念( k a l l e ，1 9 3 8 ) ，经过几十年的认识 发展，人们现在又将该物质称为有色溶解有机物质( c d o m ，c h r o m o p h o r i cd i s s o l v e d o r g a n i cm a t e r ) 。c d o m 是水体中溶解态有机物质( d o m ) 中吸光的部分，它不 仅吸收紫外光，而且吸收可见光，因而成为控制自然水体水下光场的重要因子之 一，即使是在c d o m 含量很低的大洋水体中，c d o m 对水下光场的影响也是不容 忽视的( n e l s o n 等，2 0 0 2 ) 。 随着臭氧层破坏问题的加剧，尤其是在南极，臭氧层空洞面积2 0 0 6 年又创新高， 达到三倍美国大陆面积( 中国公众科技网) 。臭氧层的破坏，将导致地球表面接收 的紫外线强度加大，不可避免的会对水体的生态系统造成影响( b l o u g h 等，2 0 0 2 ) 。 c d o m 作为一种光吸收物质，尤其对紫外线有着强烈吸收，因而能阻止有害的紫 外线对水生生物的伤害，对水体生态系统起到一定的保护作用：然而另一方面， 如果c d o m 浓度较高，如河口及近岸区，c d o m 对光的吸收能延伸到可见光蓝光 波段，使得c d o m 吸收与浮游植物吸收重叠，一定程度上抑制了浮游植物的光合 作用，降低初级生产力，并影响到水体的生态系统结构( b l o u g h 等，2 0 0 2 ) 。可见， c d o m 的研究，对于认识生态系统对日益增强的紫外线的响应及整个生物地球化 学循环过程都有着非常重要的意义。 c d o m 经光化学反应，会产生一系列的中间产物，如c 0 2 ，c o ，d m s 等，从 而对c 及s 元素的全球循环产生重要影响，间接影响着全球气候；另一方面，c d o m 经光降解后，产生可以被微生物所利用的低分子量物质，如氮等，从而加速了微 生物的生长。目前研究认为，光化学作用及微生物作用对于上层海洋及淡水的碳 循环，均起着非常重要的作用( n e l s o n 等，2 0 0 2 ；b l o u g h 等，2 0 0 2 ) 。 卫星的广泛使用，使研究大尺度空间及时间范围的生物地球化学循环过程变为 可能，为了达到这一目的，就必须对影响水体光学性质的各种因素进行准确测定， 以建立成熟的算法。c d o m 作为影响水体光学性质的重要参数之一，它的准确测 第一章绪论 定对遥感叶绿素的估算及算法的建立有着非常重要的影响，因此，为达到对区域 及全球初级生产力的准确估算，并对c d o m 进行遥感追踪，c d o m 的光学性质的 研究也显得非常必要。 正因为以上论述的c d o m 在整个自然界中所起的重要作用及技术发展的要求， c d o m 的研究愈益得到重视，以下回顾c d o m 的国内外研究进展。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 国外c d o m 研究进展 1 2 1 1c d o m 定义及测量 c d o m 的定义完全是操作性的。有研究者用孔径为o 7 岬的g f f 玻璃纤维滤 膜分离颗粒态及溶解态物质，将得到的溶解态物质用于测量c d o m ( b r i c a u d 等， 1 9 8 1 ) ；但更常用的、并且已写入n a s a 发布的方法协议的做法是使用0 2 岬的 聚碳酸酯滤膜进行过滤，过滤得到的溶解态物质中的有色成分定义为c d o m ，用 来研究它的各种性质( n e l s o n 等，2 0 0 2 ；m i t c h e l l 等，2 0 0 0 ) 。 通常采用紫外可见分光光度计测得c d o m 通过光程，( m ) 的光学密度a ( 九) ， 而后利用式【l 】计算得到吸收系数魄( 柚： 口g ( 名) = 2 3 0 3 宰a ( 2 ) r 【l 】 但为了去除仪器噪音、散射或样品与空白折射率差别所造成的影响，通常进行7 0 0 n i n 零点校正： 口g ( 允) = 2 3 0 3 木( 彳( 兄) 一a ( 7 0 0 ) ) r【2 】 除了7 0 0n i n ，也有研究者选用7 5 0n i i l 或7 0 0 - - 8 0 0n l n 吸收的均值进行校正 ( b r i c a u d 等，1 9 8 1 ；g r e e n 等，1 9 9 4 ；k e i t h 等，2 0 0 2 ) 。 由于c d o m 在紫外及可见光波段的吸收光谱类似于递减指数函数，可用以下函数 拟合( b r i c a u d 等，1 9 8 1 ) ： 砸( 五) = a g ( a z ) e x p ( - s g ( 允一名o ) ) 3 】 其中k 是参比波长，通常设在3 5 51 1 1 1 1 ，s g 为吸收光谱斜率( r i m 1 ) ；但现今有不少 研究者认为用非线性拟合更为合理( m a r k a g e r v i n c e n t ，2 0 0 0 ) ， 口g ( 元) = a g ( g o ) e x p ( - s g ( a 一允o ) ) + k 【4 】 s 叠值通常用来描述c d o m 吸收的光谱依赖性，并且随c d o m 来源不同而不同。 一般来说，s g 有以下规律：( 1 ) 富里酸m s g 值比腐殖酸的大；( 2 ) s g 随分子量的增 第一章绪论 大而变小；( 3 ) s g 随芳香性的减小而变大( b l o u g h 等，1 9 9 5 ) 。研究发现，远离岸 的区域s 。值通常较大( o 0 2a m 1 ) ，甚至可高达o 0 3n m 。1 ，而河流，或受河流影响 较大的河e l 及沿岸区，其s g 值通常在0 0 1 1 一0 0 1 8a m 1 ( b l o u g h 等，2 0 0 2 ) ，变化 不大。然而需要注意的是，由于s 。的拟合方法不统一，使得结果的比较存在困难。 c d o m 除了具有吸光的性质，同时还具有发射荧光的性质。由于荧光测量比吸 收测量更灵敏，方便，使得这种方法成为研究c d o m 的又一有效的方法。人们通 常使用3 5 5n i l l 作为激发波长，4 5 0n m 作为发射波长，测得c d o m 的荧光强度。为 了方便对各个不同区域的c d o m 荧光强度进行比较，研究者们通常将c d o m 荧光 强度进行标准化，得到统一的荧光单位( h o g e 等，1 9 9 3 ；c o b l e 等，1 9 9 3 ，1 9 9 5 ) 。 这样能消除仪器之间的差别，方便对不同区域的c d o m 荧光值的比较。 1 212c d o m 的丰度 大量的物理，化学及生物过程都会影响到c d o m 的丰度。总的来说，河流、湖 泊的c d o m 丰度较高，如s a t i l l a 河的a g ( 3 5 5 ) 口- 高达7 2 6m 1 ；河口、近岸，受河 流影响较大的水体的c d o m 丰度次之，多在5 1 5m d ( b l o u g h 等，2 0 0 2 ) ；离岸 水体最低，如马尾藻海可低至0 0 4 7m d ( n e l s o n 等，2 0 0 2 ) 。 1 2 1 3c d o m 的时空变化 在河口及沿岸水体中，c d o m 吸收与盐度通常有反相关关系，呈保守行为 ( b l o u g h 等，2 0 0 2 ) ，如d e lv e c c h i o & b l o u g h 利用1 9 9 7 - - - 2 0 0 3 年6 个航次的数据 研究发现，d e l a w a r eb a y 不论在哪个季节，c d o m 吸收与盐度均呈反相关关系， 呈保守行为，证明陆源为该区域c d o m 的主要来源( d e lv e c c h i o 等，2 0 0 4 ) 。但 也有观测到c d o m 吸收与盐度不呈线性相关的情况，一方面可能存在多于两种的 不同性质的水团，如h o j e r s l e v 在北波罗的海过渡带观测到的三种不同性质水团混 合的现象( h o j e r s l e y 等，1 9 9 6 ) ，从而使c d o m 吸收和盐度不呈线性相关；另 一方面，与c d o m 的现场生产和消耗有关( d e lv e c c h i o 等，2 0 0 4 ) 。 对于c d o m 的现场生产，目前仍然存在很多争论。d a v i e s c o l l e y 观测到湖泊 o k a r d 的c d o m 吸收a g ( 4 4 0 ) 与c h l a 呈很好的线性关系( r = 0 7 5 ，p 0 0 0 1 ) ( d a v i e s c o l l e y 等，1 9 8 7 ) ；t w a r d o w s k i & d o n a g h a y 也在近岸水体的近表层，观测 到浮游植物生长对c d o m 的贡献( t w a r d o w s k y 等，2 0 0 1 ) ；k a h r u & m i t c h e l l ( 2 0 0 1 ) 从遥感观测到，在加利福尼亚流系的离岸区域，c h l a 与c d o m 有很好的相关性， 近岸则不相关；k o w a l c z u l k ( k o w a l c z u k ，1 9 9 9 ) 在波罗的海也观测到相似的结果。 3 第一章绪论 但更多研究者在河口和近岸水体的观测没有发现c d o m 与叶绿素a ( c h l a ) 之间的 相关性( v o d a c e k 等，1 9 9 7 ：b l o u g h 等，1 9 9 3 ；n e l s o n 等，1 9 9 5 ) ，部分研究者 认为浮游植物不是c d o m 的直接来源，而只是提供给细菌转化成c d o m 的原材 料，如n e l s o n & s i e g e l ( 1 9 9 8 ) 在马尾藻海看到c d o m 吸收与细菌的剖面分布类似， c d o m 吸收随细菌浓度的增加而增加，随细菌生长速度的下降而下降； r o e h e l l e - n e w a l l & f i s h e r ( 2 0 0 2 ) 对c d o m 荧光的培养实验似乎也证实了细菌而非 浮游植物在c d o m 生成中的作用。总之，c d o m 现场生产的原理目前仍有很大争 议，现比较合理的一种解释即是，陆源c d o m 含量相对低时，若浮游植物生物量 高且水动力较弱，现场浮游植物的生产才可能较为明显( b l o u g h & d e lv e c c h i c o ， 2 0 0 2 ) 。 大量研究发现，水体中c d o m 的消耗主要是光化学作用引起的，以前研究认为 有近5 0 的c d o m 经光化学作用降解( v o d a c e k 等，1 9 9 7 ；n e l s o n 等；1 9 9 8 ) ；而 v i i l l 萏t a l o & w e t z e l 的研究发现，在7 0 天的太阳光照射下，有达到9 6 的c d o m 降解 ( v a h i i t a l o 等，2 0 0 4 ) 。在夏季，因为水体分层现象显著，表层水体中的c d o m 经 光化学作用降解，因此较底层水体中的c d o m 含量低，而在冬季，水体分层现象 不明显，因而c d o m 也没有明显的分层现象出现，! t f l n e l s o n & s i e g e l ( 1 9 9 8 ) 在马尾藻 海研究发现，0 - - 1 4 0m 的垂直水柱内，c d o m 吸收从春季开始时增加，到夏季末 时结束；c d o m 表层吸收也是早春时高，可达0 3 2m 1 ，到夏季开始下降，尤其是 六月到八月的夏季，c d o m 吸收明显呈表层低，次表层高，吸收最大值出现在5 0 - 1 0 0m 的次表层；冬季，c d o m 吸收没有明显的分层现象，表层及底层c d o m 几乎 一样，但较夏季，表层c d o m 有明显增加；也有研究发现在陆架区域内，表层c d o m 吸收a g ( 3 5 5 ) 在夏末的时候比较低，而春秋季比较高( d e lv e c c h i o 等，2 0 0 4 ) 。 很多研究也发现，c d o m 吸收及荧光通常呈线性相关( h o g e 等，1 9 9 3 ；s e r i t t i 等，1 9 9 8 ；f e r r a r i 等，1 9 9 8 ) ，而且c d o m 荧光现在已经用来描述c d o m 吸收的 分布情况，如n a s a 的航空海洋雷达已经在使用这种方法，但对于c d o m 吸收与 荧光关系随时间的变动上，还需要更多的调查( d e lv e c c h i o 等，2 0 0 4 ) 。 我们可以看到，在过去几十年中，c d o m 的空间分布特征已趋明朗，但其时间 变化特征多停留于年际或季节间的研究，长期的高时间分辨的调查却极少见，这 很大妨碍了人们对c d o m 时空变动机制的深入了解。 4 第一章绪论 1 2 2 国内c d o m 研究进展 相较于国外的研究，国内对c d o m 的研究目前尚处于起步阶段，1 9 9 7 年前，尚 无人真正从事对c d o m 的研究工作。目前的研究，可大体区分为湖泊和近海c d o m 分布两类。 对太湖典型草藻型湖区的研究发现，草型湖区的东太湖c d o m 浓度明显低于藻 型湖区的梅梁湾的c d o m 浓度，梅梁湾c d o m 吸收a g ( 3 5 5 ) ：t 聂高可达8 3m 1 ，而东太 湖最高仅为4 5m ，但两个湖区c d o m 来源均为陆源( 张运林等，2 0 0 5 ) ；2 0 0 4 年 l o 月对杭州西湖的6 个不同湖区的研究发现，c d o m i 吸收a g ( 4 0 0 ) ；为0 3 0 - - 1 4 6m - 1 ( 张运林等，2 0 0 5 ) ；2 0 0 1 年7 月至2 0 0 2 年1 2 月对长江下游的太湖、巢湖、龙感湖 水体中有色可溶性物质的光吸收及荧光特性进行研究发现，s g 值为0 0 0 4 6a m 1 ( s d = 0 0 0 1 5 ) ，与文献上的值0 0 1 4a m 1 相差很大，怀疑是高浓度的d o c 释放强荧光 的缘故，同时发现，d o c 与c d o m 吸收a g ( 3 5 0 ) - 旱较强的线性关系，而荧光强度与 c d o m 吸收的线性关系则较弱( 杨顶田等，2 0 0 5 ) 。 c h e n 等在夏季观测珠江口c d o m 吸收发现，a g ( 4 4 0 ) 为0 5 1 - - 1 4 2m _ 1 ，s g 为 0 0 1 3 - - - 0 0 1 8n n l ，呈非保守行为( c h e n 等，2 0 0 3 ) ；这可能与多口门输入有关( c h e n 等，2 0 0 4 ) 。与c h e n 等( 2 0 0 3 ，2 0 0 4 ) 研究结果不同的是，洪华生等在2 0 0 2 年1 1 月 对该区域的研究显示，c d o m 吸收a g ( 3 5 5 ) 与盐度呈反相关，证明c d o m 在该区域 呈保守行为，淡水是主要来源( h o n g 等，2 0 0 5 ) 。研究的不同结果，可能是因为夏 季正逢珠江口的丰水期，而冬季则是珠江口的枯水期引起的。关于九龙江的c d o m 荧光特性研究表明，九龙江口的c d o m 荧光强度季节变化显著，夏高( 1 7 1 6 q s u ) 冬低( 5 7 3 q s u ) ，2 0 0 1 - 2 0 0 3 年期间的四个航次均显示，c d o m 荧光强度都呈保 守混合趋势( 郭卫东等，2 0 0 5 ) 。 对于胶州湾而言，典型站位s g 范围为o 0 1 3 1 - , 0 0 1 8 0n l l ，c d o m n 吸收a g ( 4 0 0 ) 为 0 4 8 4 - - - 1 9 6 0m 。1 ( 吴永森等，2 0 0 2 ) ，且该区域的黄色物质主要来自陆源，由沿 岸流携带入湾( 张绪琴等，2 0 0 2 ) 。黄东海2 0 0 3 年冬季航次的研究结果表明，该 海区黄色物质吸收系数斜率( 3 8 0 - - 5 0 0n m ) 为0 0 1 7 5n l n 4 ( 朱建华等，2 0 0 4 ) 。 可见，对中国海的研究仅集中在c d o m 浓度较高的河口及近岸区域，如珠江口、 九龙江口、胶州湾等，且无论是湖泊还是海洋，国内对c d o m 的研究均未涉及 c d o m 小尺度时间变化的特征，多集中在对c d o m 浓度范围、空间分布的描述上， 对c d o m 的变化及其控制机理仍然缺乏认识。 5 第一章绪论 1 3 存在问题及研究设想 综上所述，c d o m 已成为目前热点的研究领域之一，引起了人们极大的关注， 尽管如此，人们仍然对c d o m 缺乏认识，尤其对c d o m 在小尺度上随时间变化的 特征及影响机制更是缺乏认识，国内外对这方面的报道都很少，国外的大多数研 究也只是集中在对海洋单一区域或单一季节的报道上，国内目前为止，还没有这 方面的研究出现。针对该问题，本论文选取两种类型水体：芙蓉湖、情人湖及台 湾海峡，分别代表淡水及海洋两种水体，观察c d o m 随时间的变化特征及其差异， 并分析其控制因素。通过这一研究，对于提高对c d o m 生物地球化学行为的认识， 将是一份积极的补充。 6 第二章技术路线及方法 第二章技术路线及方法 摘要本章主要介绍论文的技术路线及c d o m 吸收系数荧光及其它相关参数，如 颗粒吸收、c h l a 、温度、盐度、降雨量的测定方法。 2 1 研究技术路线 图1 论文技术研究路线 f i g 1e x e c u t i v ep l a no ft h i sr e s e a r c h 7 第二章技术路线及方法 本论文的研究技术路线如图1 所示，论文的研究包括： ( 1 ) 选取两种类型水体，即淡水水体及海洋水体作为研究对象。 ( 2 ) 通过实地现场调查和资料收集，建立湖泊和海洋的基础信息。 ( 3 ) 对两个湖泊进行为期约为半年的实验，测定c d o m 吸收荧光，c h l a ，降 雨量，分析不同湖泊c d o m 变化特征及控制因素。 ( 4 ) 于2 0 0 5 、2 0 0 6 年夏季对台湾海峡南部进行采样调查，并对其中两个站位 进行连续采样，分析这段期间c d o m 变化特征及控制因素。 ( 5 ) 通过对不同类型水体( 淡水水体，海洋水体) 的c d o m 时间变化特征的 研究，分析差异，探讨不同类型水体c d o m 变化的控制机制。 2 2c d o m 吸收系数及荧光强度测定 c d o m 的过滤测定均参考n a s a 标准规范( m i t c h e l l 等，2 0 0 0 ) 。 水样采用0 2 岬的聚碳酸酯滤膜进行过滤。过滤前滤膜在1 0 ( v v ) 的盐酸溶 液中浸泡1 5m i n 以上。先过滤约1 0 0m lm i l l q 水，滤液舍去，再过滤约6 0m l 水 样，滤液舍去，后用经1 5 m i r c o 、2nh c l 浸泡、m i l l i q 洗净，4 5 0o c 灼烧处理 的棕色瓶接取滤液约4 0m l ，作为测定c d o m 的样品。样品保存在- - 2 0o c 冰箱中。 测定前，c d o m 样品在水浴中解冻，用c a r y1 0 0 紫外可见分光光度计测定。c d o m 吸收系数利用公式【1 】计算得到，在本论文中，为0 1m ，并利用公式【2 】校正吸收 系数。 本论文利用公式【4 】对c d o m 吸收光谱进行非线性拟合： 口g ( 五) = a g ( 2 0 ) e x p ( - s g ( 2 一允o ) ) + k 4 】 其中口g ( 九) 是c d o m 在波长九处经校正后的吸收系数( m 。) ，h 是参比波长，s g 为吸收 光谱斜率( r i m 。1 ) ，础残差；拟合光谱范围3 0 0 - - - - 5 0 0n n l ，获得s g ，并取3 5 5n l n 的吸 收系数a g ( 3 5 5 ) 作为c d o m 丰度的指标( h o n g 等，2 0 0 5 ) 。 除了测定c d o m 的吸收，还测定了荧光激发一发射矩阵，主要参考c o b l e ( 1 9 9 6 ) 的方法，使用c a r ye c l i p s e 荧光光度计进行测量。在3 d 模式下，扫描样品从2 7 0 - - 7 1 0 n m 的荧光发射光谱，波长间隔为2n m ；激发波长则从2 1 0n m 至4 5 0n l n ，波长间隔 为5n i l 。荧光激发一发射矩阵由4 9 条具有不同的激发波长的发射光谱组成。每次 扫描样品前，先测定m i l l i q 水的e e m s ，以扣除水的拉曼散射对样品的影响；测完 当天样品后，测定一系列用o 1nh 2 s 0 4 配置的硫酸奎宁标准溶液( 至少4 个不同浓 8 第二章技术路线及方法 度) 在e x e m = 3 5 5 4 5 0a m 处的荧光值，得到工作曲线。将扣除空白信号的荧光强 度通过工作曲线转化为相应的硫酸奎宁强度，取样品e x e m = 3 5 5 4 5 0a m 处的硫酸 奎宁强度。由于条件限制，仪器老化所造成的信号漂移则没有做校正。 2 3 其它参数的测定 颗粒吸收系数的测定程序参考1 瓠s a l l ( 2 0 0 2 ) 。采用直径2 5a l i a 、孔径0 7p a n 的g f f ( w h a t m a n ) 滤膜过滤适量水样作为样品滤膜，同样的滤膜浸泡在0 2 岬的滤膜过滤 得到的滤液中l d , 时以上后作为参比滤膜，然后用分光光度计在透过率模式与反射率 模式下分别进行测定，得到样品滤膜相对于参比滤膜的透过率岛、样品滤膜相对于 参比滤膜的反射率风、参比滤膜的反射率r ，。滤膜上颗粒样品的光学密度o d 按 5 】 式求得： d d ，= 1 币万万1 + r 面f p r r g 再砺 5 】 d d ，2 1 币万万面再砺 5 】 f 为滤膜上颗粒在漫散射光条件下的后向散射到平行光条件下后向散射的校正系 数，可参考t a s s a n ( 2 0 0 2 ) 的经验公式求得。 考虑到颗粒在7 5 0 8 5 0n n l 处的吸收可以忽略( b a b i n 等，2 0 0 2 ) ，本研究对t - r 方 法得到o d ，于近红外波长处( 7 5 0n m ) 进行了零点校正。 将得到的d d ，值利用公式【6 】计算得到a 值， p = o d f | o d 吣溉 d | 瓯为颗粒在悬浮状态下的光学密度，本实验中，p 使用如下值： 一= o 5 0 7 + 0 6 3 6 x o d f 然后将得到的咀。值带入公式 7 】即可计算得到颗粒体积吸收系数： 口= 2 3 0 3 x 啦础a v 7 】 a 为颗粒在滤膜上所占的实际面积；v 指过滤的水样体积。 c h l a 的测定采用荧光光度法( g b 1 2 7 6 3 ) 。用0 7l a i n 的g f f 滤膜过滤一定体积 的水样，滤膜封入铝箔袋，存入7 8o c 的超低温冰箱中。测定时，将滤膜取出，取 用一定体积的9 0 丙酮溶液萃取滤膜2 4 d 时，后取上层清液测定e x e m = 4 3 0 6 6 5 a m ( 激发发射波长) 的荧光强度( f b ) ，再加1 滴1 0 ( v v ) 的盐酸，一分钟后 再测其荧光强度( f 口) ，通过酸化前后的荧光差值和标准叶绿素酸化因子计算叶 9 第二章技术路线及方法 绿素浓度。叶绿素标准从s i g m a 公司购入。 温度盐度数据由c t d ( s b e1 9 ) 获取，降雨量数据由厦门市气象局提供。 1 0 第三章芙蓉湖与情人湖c d o m 的时间变化特征 第三章芙蓉湖与情人湖c d o m 的时间变化特征 摘要本章阐述了厦门大学校内芙蓉湖、情人湖c d o m 时间变化的特征及控制因 素。2 0 0 6 年5 月至1 2 月实验期间，芙蓉湖c d o m 吸收a g ( 3 5 5 ) 变化范围在1 9 1 3 5 0 m - 1 之间，平均2 8 8m - 1 ；情人湖c d o m 吸收a g ( 3 5 5 ) 变化范围为3 9 5 - - - 9 8 5m 1 之间， 平均5 3 5m - 1 ，芙蓉湖光谱斜率s g 的变化范围为0 0 1 6 - - 0 0 1 9 衄- 1 ，平均0 0 1 7a m 1 ； 情人湖s z 为0 0 1 6 - - 0 0 1 8n m - 1 ，平均也为0 0 1 7 a m 1 。两个湖泊虽同在一个校园内， 但周围环境的显著差异导致两个湖泊c d o m 的变化规律完全不同。情人湖c d o m 吸收a g ( 3 5 5 ) 的变化在很大程度上受大规模降雨的影响，周边林地c d o m 是其主要 来源；浮游植物生产对芙蓉湖c d o m 的贡献显著，然而在一定规模的降雨条件下， 可以看到周边土地冲刷带来的c d o m 输入的影响。 两个湖泊，c d o m 吸收a g ( 3 5 5 ) 与荧光强度仅在三个时间段观测到线性相关，别 的时间均没有显著的相关关系，说明荧光仅是间接反映吸收的一个指标，且容易 受别的因素的影响，如果完全依赖相对简便易行的荧光手段来检测c d o m ，可能 是危险的。 3 1 研究区概况 图2 美蓉湖、情人湖地理位置示意图 f i g 2l o c a t i o no ff u r o n ga n dq i n g r e np o o l 第三章芙蓉湖与情人湖c d o m 的时间变化特征 芙蓉湖与情人湖是厦门大学校内淡水湖，两个湖泊均为封闭性湖泊，除降雨带 来的输入外，几乎没有外来输入，但两个湖泊周围环境却完全不同，如图2 所示， 芙蓉湖周围为大片水泥建筑，而情人湖周围则几乎为林地，调查显示，林地土壤 属南亚热带丘陵台地典型的赤红壤性砂土，林内树木主要为台湾相思树。( 厦门大 学环境科学中心胡宏友博士提供意见，仅属个人交换意见。) 3 2 芙蓉湖、情人湖c d o m 变化特征分析 2 0 0 6 年5 月1 2 月，除9 、1 0 月之外，对芙蓉湖、情人湖进行了连续观测， 时间间隔l 1 5 天不等，多数时候为2 3 天，视天气及湖泊状况决定。共采集 c d o m 样品9 9 个，颗粒样品9 9 个。 3 2 1 芙蓉湖、情人湖c d o m 变化总体特征及与各因素关系分析 3 211c d o m 吸收性质 d a t e d a y 图3 芙蓉湖、情人湖a g ( 3 5 5 ) 随时间变化 f i g 3t e m p o r a lv a r i a t i o no fa 9 0 5 5 ) i nf u r o n ga n dq i n g r e np o o l 2 0 0 6 年整个调查期间，芙蓉湖c d o m 吸收口g ( 3 5 5 ) 变化范围在1 9 1 - 3 5 0m - 1 之 间，平均2 8 8m 1 ；情人湖c d o m 吸收口g ( 3 5 5 ) 变化范围在3 9 5 - - - 9 8 5m d 之间，平 均5 3 5r n 1 ；与1 9 8 3 年7 月至1 9 8 4 年1 0 月间，d a v i e s c o l l e y & v a n t 对南半球1 2 1 2 第三章芙蓉湖与情人湖c d o m 的时间变化特征 个湖泊的调查结果相比( 口g ( 3 5 5 ) 在0 4 2 - 2 3 9 7m 1 之间) ( d a v i e s c o l l e y 等，1 9 8 7 ) ， 两个湖泊c d o m 吸收a g ( 3 5 5 ) 值落在其变化范围内。 两个湖泊a g ( 3 5 5 ) 相比较，平均量值上情人湖约为芙蓉湖的2 倍；就最大变化幅 度而言，情人湖可达1 0 0 ，而芙蓉湖仅为3 0 。两个湖泊在相同的实验条件下， 呈现出完全不同的变化特征。整个调查期间，芙蓉湖最低值出现在6 月2 1 日，最 高值出现在7 月1 3 日，而情人湖最低值出现在1 2 月2 6 日，最高值出现在5 月2 6 日。 芙蓉湖光谱斜率s g 的变化范围为0 0 1 6 - - 0 0 1 9a m 1 ，平均0 0 1 7a m - 1 ；情人湖 s g 值为0 0 1 6 - 0 0 1 8a m 1 ，平均也为0 0 1 7n n l ，与文献研究报道的淡水湖泊s g 值通常为0 0 1 0 - - 0 0 2 5a m 1 的结果相一致( m a r k a g e r 等，2 0 0 0 ) 。国际上同类研究 显示，s g 值的变化一般出于c d o m 组成的差异( c a r d e r 等，1 9 8 9 ) ，其值可用于区 分c d o m 组成。两湖泊尽管c d o m 吸收值及变化范围均不同，但s g 值却几乎完 全相同，说明二者c d o m 的组成很可能差别不大。 3 212c d o m 吸收的时间变化与降雨量的关系 很显然，c d o m 吸收a g ( 3 5 5 ) 变化显著的月份集中在5 、6 、7 三月，而在8 、l l 、 1 2 月的变化相对较小( 图3 ) 。 图4 为厦门市气象台提供的5 、6 、7 三月每日的降雨量数据。在这段时间，厦门 经历了三次台风过程，一次为5 月1 8 日台风“珍珠，第二次为7 月1 3 日台风“碧 利斯 ，第三次为7 月2 4 日台风“格美。这三次台风过程，均给厦门带来了大规模 的降雨，台风“珍珠5 月1 7 日夜里至5 月1 8 日早晨给厦门带来了2 1 8 4 毫米的 降雨量，是1 9 4 9 年以来对厦门影响最严重的早台风；台风“碧利斯也对厦门造 成严重影响，受“碧利斯”影响，厦门市1 4 日至1 7 日连续出现暴雨到大暴雨，局 部特大暴雨，其中1 5 日及1 7 日降雨量最大，分别为1 6 4 4 及1 1 9 o 毫米；台风“格