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文档简介

摘要 荧光组分对暴雨的响应存在一定差异,c d o m 和荧光组分被暴雨冲刷到河道中的 速度比d o c 慢,但可以持续更久。此外,暴雨事件中风值降低,指示d o m 的平 均分子量升高;长波激发的类腐殖质荧光组分( 2 6 0 ,3 9 5 4 5 8r i m ) 所占的比例 升高。最后,d o m 化学组成的变化滞后于其通量的变化,并且比径流量变化持 续更久。 ( 2 ) 土地利用类型变化对九龙江支流d o m 的影响 2 0 0 9 年8 月对九龙江1 5 个支流的调查结果表明,d o m 含量与化学组成受到 土地利用类型变化的显著影响。d o c 浓度与子流域的建设用地面积、水体面积 显著正相关,而与林地所占的比例显著负相关,可能与人为污染和水体白生生产 均能使水体d o c 浓度升高有关;g 2 8 0 及3 个荧光组分强度的变化趋势与d o c 浓度 类似。九龙江支流的风值较低,指示陆源大分子腐殖质对d o m 具有重要贡献; 品值与a 2 8 0 显著正相关,表明随着a 2 的升高,d o m 的平均分子量降低。总体上, 九龙江支流中的荧光组分以类腐殖质为主,可能与流域的土地利用类型以林地为 主( 6 9 4 ) 有关;短波激发类腐殖质组分c 1 与水体比例、未利用土地的面积 及比例正相关,说明c l 组分可能部分来源于河流自生源;长波激发类腐殖质组 分c 2 与林地比例显著正相关,而与建设用地面积和比例均呈负相关,与林地土 壤和河流的d o m 以类腐殖质为主一致;类蛋白质组分c 3 的情况则和c 2 相反, 可能是因为人为污染带来大量的类蛋白质d o m ,且人类来源的营养盐也能促进 富含类蛋白质的自生源d o m 的生产。 ( 3 ) 九龙江 d o m 的时空变化及其与河流的耦合关系 2 0 0 8 年8 月2 0 1 1 年1 1 月期间开展的8 次现场调查结果表明,九龙江口的d o c 浓度、a 2 和3 个荧光组分( 类腐殖质组分c 1 和c 2 及未知或蛋白质组分c 4 ) 的荧 光强度均大致随着盐度的升高而降低,表明该区域d o m 的河口行为以表观保守 行为为主。但是,在3 个枯季航次中,类色氨酸组分c 3 的荧光强度在中低盐度区 并不随着盐度的升高而降低,可能受到河口自生源的添加;在洪季航次中,c 3 的添加现象减弱,可能是因为洪季的河流径流量变大、河口水体停留时间变短、 浊度也变大,不利于河口区的自生生产。河流河口界面是九龙江 i d o m 表观非 保守行为最显著的区域,d o m 常可表现出显著的先清除后添加现象,可能与该 区域的动态环境有关;但在2 0 11 年4 月,该界面的盐度梯度增大,d o c 浓度、a 2 8 0 摘要 和各个荧光组分的荧光强度的变化主要受控于咸淡水混合。在河口近海界面, 荧光组分c 3 和c 4 的荧光强度存在快速变化,可能是因为在这个界面上有闽浙沿 岸水等其它d o m 来源,使这些组分在近海的混合特征与河口存在差异。总体上, 和类蛋白质组分所占百分比都随着盐度的升高而升高。由于河流输入是河口区 d o m 的一个主要来源,河口区的d o m 与河流之间存在密切关系,表现在:河口 的荧光组分与河流的荧光组分存在很好的对应关系;河口区淡水端的d o c 浓度 表现为洪季高于枯季,与河流d o c 浓度的时间变化密切相关;河口区类蛋白质 组分所占百分比通常表现为枯季较高,与河流的结果对应。 ( 4 ) 台湾西部河1 2 1 d o m 的动态变化及其与流域背景的耦合关系 2 0 1 0 年7 月和1 1 月对台湾西部河口的调查结果表明,不同河口之间的d o m 含量差异很大。河口低盐度区的a 2 8 0 与流域的人口密度正相关,而与源头海拔、 降水量和l n ( 年平均径流量) 负相关,并且在人口密度低的高山河流最低,可 能是因为这类河流的污染较低且冲刷和稀释作用较强。各荧光组分的荧光强度也 与流域背景存在类似的相关关系。d o m 在台湾西部河口和近海大多呈现表观保 守行为,可能与其长度短、水流急、水体停留时间短等有关。但在个别河口, d o m 呈现表观非保守行为:7 b 份四重溪的低盐度区存在自生源的添加,1 1 月份 高屏溪近海存在多种水体的混合。& 和类蛋白质组分所占百分比随着盐度的升高 而升高,但后者在二仁溪、盐水溪、曾文溪、乌溪和北港溪等河口区的值高于其 它河口,可能受到现场生产和污水等的添加。 ( 5 ) 河口区d o m 的微生物降解过程 2 0 1 1 年4 月对九龙江1 2 1 d o m 进行的微生物降解实验表明,微生物降解不仅 是d o m 的一个去除途径,也通过选择性利用d o m 中的活泼组分而改变d o m 的化 学组成。多数实验组的d o c 浓度和口2 在2 8 天后分别下降了6 8 一2 5 3 和 2 2 8 3 8 4 ,并且以淡水端细菌对淡水d o m 的降解比例最高。微生物降解使 多数样品的品值下降,表明细菌可能优先降解了低分子量的组分或者生产了较大 分子量的组分。在4 个荧光组分中,类色氨酸组分c 3 的降解最显著,而两个类腐 殖质组分在部分实验组都呈现净生产,微生物的选择性利用使多数实验组中类蛋 白质组分所占百分比显著下降。 ( 6 ) 河口区有机物在颗粒态与溶解态之间的解吸吸附过程 摘要 2 0 1 1 年8 月和1 1 月九龙江口解吸吸附实验结果表明,悬浮颗粒物上含有可 以解吸到水体中的水溶性有机物( w s o m ) ,相当于水体d o c 浓度的1 4 1 9 7 , 也相当于水体c d o m 的4 6 - - 4 5 9 ( 除8 月最大浑浊带底层高达1 0 1 4 外) ;颗 粒物的解吸量可能受到颗粒物浓度的影响,呈现洪季高于枯季,从河端向海端降 低的趋势,其中最大浑浊带的颗粒物解吸作用最显著;1 1 月w s o m 的& 值和类 蛋白质荧光组分所占比例均与盐度正相关,指示平均分子量的下降和自生源有机 质的增加。河口沉积物也含有w s o m ,并且以泥质沉积物解吸量最多、粗砂最 少。颗粒物和沉积物w s o m 的& 值相近,且高于水体c d o m 的值,意味着w s o m 的平均分子量较低。沉积物对d o m 的吸附作用是一个较快的过程,经过2 d 时的 吸附解吸过程,河流河口界面的水样中,1 0 5 3 1 9 的d o c 、4 1 2 6 1 的 c d o m 和0 7 1 5 2 的荧光组分被净吸附。在停留时间短、浊度高的九龙江河 流河口界面,相对于较为缓慢的微生物降解过程和受到光限制的光降解过程, 吸附解吸过程可能是造成d o m 快速变化的一个重要因素。 关键词:溶解有机碳:有色溶解有机物;荧光光谱;平行因子分析;河流河口 系统 a b s t r a c t a b s t r a c t d i s s o l v e do r g a n i cm a t t e r ( d o m ) p l a y si m p o r t a n tr o l e si nb i o g e o c h e m i c a lc y c l e s a n de c o s y s t e md y n a m i c si na q u a t i ce n v i r o n m e n t s f l u v i a ld i s c h a r g eo fd o mi s8 1 1 i m p o r t a n tl i n k a g eb e t w e e nt e r r e s t r i a la n dm a r i n ee c o s y s t e m s u n d e rt h eb a c k g r o u n d o fg l o b a lc h a n g e s ,t h es t r e n g t ha n df r e q u e n c yo fs t o r ma n dd r o u g h te v e n t sm a y i n c r e a s ea n dt h ea n t h r o p o g e n i cd i s t u r b a n c e sa r ei n c r e a s i n g t h u s ,i ti si m p o r t a n tt o s t u d yd y n a m i c so fd o m i nr i v e r - e s t u a r ys y s t e m sa n dt h eu n d e r l y i n gb i o g e o c h e m i c a l f a c t o r s h o w e v e r , d y n a m i c so fd o mi nt h ec o u p l e dr i v e r - e s t u a r ys y s t e m sa n dt h e i n f l u e n c i n gf a c t o r sa r er a r e l ys t u d i e di nt h em o n s o o n a f f e c t e de a s t e r nc h i n aw h e r e a n t h r o p o g e n i cd i s t u r b a n c e sa r ei n c r e a s i n gg r e a t l yi nr e c e n td e c a d e s t h i sw a ss t u d i e d i nt h et y p i c a ls u b t r o p i c a lf i v e r - e s t u a r ys y s t e m sa c r o s st h et a i w a ns t r a i t ( t h ej i u l o n g r i v e r - e s t u a r ys y s t e ma n df i v e r - e s t u a r ys y s t e m si n t h ew e s t e r nt a i w a n ) ,u s i n g d i s s o l v e d o r g a n i cc a r b o n ( d o c ) , u v - v i s a b s o r p t i o ns p e c t r o s c o p y a n d e x c i t a t i o n - e m i s s i o nm a t r i xf l u o r e s c e n c e s p e c t r o s c o p y - p a r a l l e l f a c t o ra n a l y s i s w e e x a m i n e d :( 1 ) d y n a m i c so fd o mu n d e rt h ei n f l u e n c e so fc l i m a t ee v e n t sa n d a n t h r o p o g e n i cd i s t u r b a n c e s ,( 2 ) d y n a m i c so fd o m i ne s t u a r i e sa n dt h e i rc o r r e l a t i o n s w i t hr i v e r p r o c e s s e s ,a n d ( 3 ) b i o l o g i c a l a n dc h e m i c a l p r o c e s s e sa f f e c t i n g n o n - c o n s e r v a t i v eb e h a v i o r so fd o mi ne s t u a r i e s m a i nf i n d i n g sw e r e : ( 1 ) i n f l u e n c e so fc l i m a t ee v e n t so nd y n a m i c so f d o m i nt h ej i u l o n gr i v e r b yc o m p a r i n gr e s u l t so f5b a s i n s c a l ei n v e s t i g a t i o n si nt h ej i u l o n gr i v e ra f t e r s t o r m sa n di nd r o u g h td u r i n ga u g u s t2 0 0 8 j u n e2 0 0 9 ,b o t hs t o r me v e n t sa n d a n t h r o p o g e n i ca c t i v i t i e sa f f e c t e dt h er i v e rd o mn o t a b l y a f t e rs t o r m s ,b o t ht h ed o c c o n c e n t r a t i o na n da b s o r p t i o nc o e f f i c i e n t ( a 2 s 0 ) o fc h r o m o p h o r i cd o m ( c d o m ) m i g h t i n c r e a s e d o ma f t e rs t o r m ss h o w e dl o w e rv a l u e so fa b s o r p t i o ns p e c t r a ls l o p er a t i o ( & ) a n dp r o t e i n l i k ef r a c t i o ni nt o t a lf l u o r e s c e n c e ,i n d i c a t i n gh i g l l c rm o l e c u l a rw e i g h t a n dl o w e rb i o a v a i l a b i l i t yr e s p e c t i v e l y i nt h en o r t hj i u l o n gr i v e r , p o l l u t e ds t a t i o n s s h o w e dm u c hh i g h e rd o ml e v e lt h a nt h ea d j a c e n ts t a t i o n ;i nt h ew e s tj i u l o n gr i v e r , f l u o r e s c e n c ei n t e n s i t i e sb u tn e i t h e rd o cn o ra 2 8 0i n c r e a s e dd o w n s t r e a m ,s u g g e s t i n g a i li n c r e a s ei nt h ea p p a r e n ty i e l do ff l u o r e s c e n c ew h i c hw a sl i k e l yd u et oi n c r e a s e d v a b s t r a c t i n p u t so fd o m f r o mr e s i d e n t i a la n di n d u s t r i a ls o u r c e s i nt h ed r o u g h t , a c c u m u l a t i o n o fp o l l u t a n t sl e dt od e g r a d a t i o no fw a t e rq u a l i t ya n dt h es e v e r ea l g a lb l o o mi n f e b r u a r y2 0 0 9r e s u l t e di ne l e v a t e dd o c ,a 2 8 0 ,s ra n dp r o t e i n - l i k ef r a c t i o n ,i n d i c a t i n g i n c r e a s e dp r o d u c t i o no fa u t o c h t h o n o u sd o mw i t hl o w e rm o l e c u l a rw e i g h t c o n t i n u o u sm o n i t o r i n gi nad o w n s t r e a ms i t eo ft h en o r t hj i u l o n gr i v e ra f t e ra s t o r me v e n ti nj u n e2 01ls h o w e dt h a t ,t h ec o n c e n t r a t i o na n df l u xo fd o ci n c r e a s e d b y 2 2 a n df i v e f o l d si nt h es t o r mf l o w t h el e v e la n df l u xo fc d o ma n df l u o r e s c e n t c o m p o n e n t sa l s o i n c r e a s e dn o t a b l y h o w e v e r , d o c ,c d o ma n df l u o r e s c e n t c o m p o n e n t ss h o w e dd i f f e r e n c e si nt h e i rr e s p o n s e st ot h ee v e n t ,w i t ht h el a t t e rt w o b e i n gf l u s h e di n t ot h er i v e rc h a n n e lm o r es l o w l yb u tf o rl o n g e r ad e c r e a s ei ns ra n d a l li n c r e a s ei n p r o t e i n - l i k ef r a c t i o ni n d i c a t e di n c r e a s i n gm o l e c u l a rw e i g h ta n d d e c r e a s i n gb i o a v a i l a b i l i t yi nt h ee v e n t c h a n g e si nt h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o nl a g g e d b e h i n dt h o s ei nt h ef l u xo fd o ma n dl a s t e df o rl o n g e rt h a nw a t e rd i s c h a r g e ( 2 ) e f f e c t so fc h a n g i n gl a n du s eo nd o m i nt h et r i b u t a r i e so fj i u l o n gr i v e r i na l li n v e s t i g a t i o nt o15t r i b u t a r i e so fj i u l o n gr i v e ri na u g u s t2 0 0 9 ,t h el e v e la n d c o m p o s i t i o no fd o mw e r ea f f e c t e ds i g n i f i c a n t l yb yc h a n g i n gl a n du s e d o c c o r r e l a t e dp o s i t i v e l yt or e s i d e n t i a la n dw a t e r - b o d ya r e a s ,b u tn e g a t i v e l yt ot h ef r a c t i o n o ff o r e s t l a n d ,l i k e l yd u et ot h ei n p u to fd o mf r o mp o l l u t i o na n da q u a t i cp r o d u c t i o n s ow e r ea 2 s oa n df l u o r e s c e n c ei n t e n s i t i e s s rw a sl o wi nt h e s et r i b u t a r i e s ,s u g g e s t i n g c o n t r i b u t i o n sf r o mt e r r e s t r i a lh u m i cs u b s t a n c e sw i t hh i g hm o l e c u l a rw e i g h t a p o s i t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e ns ra n da 2 s 0i n d i c a t e dt h a tt h ea v e r a g em o l e c u l a rw e i g h t o fd o md e c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n ga 2 8 0 d o mi nt h e s et r i b u t a r i e sw a sd o m i n a t e db y h u m i c l i k ef l u o r e s c e n c e , l i k e l yd u et ot h ed o m i n a n c eo ff o r e s t l a n d ( 6 9 4 ) i nt h e w a t e r s h e d t h ef r a c t i o no fh u m i c - l i k ec 1c o r r e l a t e dp o s i t i v e l yt ot h a to fw a t e r - b o d y a n dt h e a r e aa n df r a c t i o no fb a r el a n d ,s u g g e s t i n gt h a tc 1 p a r t l yo r i g i n a t e df r o m a q u a t i cp r o d u c t i o n t h ef r a c t i o no fc 2 ,w h i c hc o r r e l a t e dn e g a t i v e l yw i t ht h a to f p r o t e i n - l i k ec 3 ,c o r r e l a t e dp o s i t i v e l yt ot h a to ff o r e s t l a n db u tn e g a t i v e l yt ot h ea r e a a n df r a c t i o no fr e s i d e n t i a la r e a ,s i n c ed o mi nf o r e s t e ds o i l sa n ds t r e a m sw e r e d o m i n a t e db yh u m i c l i k ec o m p o n e n t sw h i l es e w a g ea n da u t o c h t h o n o u sd o m c o n t a i n e da b u n d a n tp r o t e i n - l i k ec o m p o n e n t s v i a b s t r a c t ( 3 ) s p a t i a la n dt e m p o r a lv a r i a t i o n so fd o mi nt h ej i u l o n ge s t u a r ya n dt h e i n f l u e n c e so fr i v e r i n ep r o c e s s e s i ne i g h tf i e l dc r u i s e sf r o ma u g u s t2 0 0 8t on o v e m b e r2 011 ,d o e ,a 2 s oa n d f l u o r e s c e n c ei n t e n s i t i e so ft h r e ec o m p o n e n t s ( h u m i c l i k ec1a n dc 2a n du n k n o w no r p r o t e i n - l i k ec 4 ) g e n e r a l l yd e c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gs a l i n i t y , s u g g e s t i n gad o m i n a n c e o fa p p a r e n tc o n s e r v a t i v eb e h a v i o ro fd o m h o w e v e r , t h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t yo f t r y p t o p h a n - 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