西北太平洋低緯度區(qū)域海水中溶解氨基酸的分布及組成研究

張 寧, 陳 巖, 高先池, 楊桂朋,

(1. 中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院, 山東 青島 266100; 2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266237)

氨基酸(AAS)遍布海水、顆粒物和沉積物中, 是生物體有機(jī)氮(ON)和有機(jī)碳(OC)的主要存在形式之一[1], 其合成、降解過程與海洋生物緊密聯(lián)系, 是自養(yǎng)生物的重要氮源和異養(yǎng)生物的重要碳、氮源, 也是海水中OC和ON的重要儲庫。作為海洋中半不穩(wěn)定有機(jī)物(semi-labile dissolved organic matter, SLDOM)的代表之一[2-3], AAS是海水中最先被異養(yǎng)生物礦化為二氧化碳的物質(zhì)[4], AAS的降解會顯著降低溶解有機(jī)質(zhì)(DOM)對異養(yǎng)生物的營養(yǎng)價值[5]。溶解氨基酸(THAA)占溶解有機(jī)氮(DON)含量的10%左右[6-7], 它的濃度變化受水體中生物代謝、海水運(yùn)動、水團(tuán)混合等多種因素的影響。高循環(huán)速度、與生物活動高度關(guān)聯(lián)是 THAA的特點(diǎn), 也是前人將它作為溶解有機(jī)物(DOM)的生物可利用性指示劑的原因[8-9], 之前的研究表明, 異養(yǎng)細(xì)菌可選擇性降解不同種類的AAS, 故可利用 THAA組成變化指示海水中有機(jī)質(zhì)的生物可利用性和降解程度[8]。因此研究海水中THAA的分布、組成及其與環(huán)境因子的相關(guān)性, 可以反映有機(jī)質(zhì)的降解情況, 對于揭示相應(yīng)海區(qū)有機(jī)碳、氮的生物地球化學(xué)行為有著重要的意義。

THAA既易受生物活動影響, 又是溶解有機(jī)物的重要組成部分, 因此AAS的碳?xì)w一化產(chǎn)率(THAA-C%)被廣泛用于海洋有機(jī)質(zhì)早期成巖狀況的定量描述[10]。隨著有機(jī)物降解程度的增加, THAA-C%呈降低趨勢。THAA-C%此特點(diǎn)可以指示有機(jī)物初期的降解狀態(tài)[11],它可指示有機(jī)物在降解過程中的量變。Davis等通過培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)證明THAA-C%可在20 ～ 30 d內(nèi)降至初始值的50%, 并認(rèn)為此參數(shù)可以準(zhǔn)確表征DOM在降解初期的特征[11]。在THAA的降解過程中, 14種AAS并未表現(xiàn)出協(xié)同性, 而是會被選擇性的去除或富集, 并且 AAS的來源不同也會導(dǎo)致其組成差異,Dauwe 和 Middelburg發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象后運(yùn)用主成分分析法(PCA)總結(jié)出降解因子(degradation index: DI), 從組成變化角度入手描述這種差異[8]。DI值范圍通常為-1～1.5, 越接近范圍下限代表DOM被降解的程度越大, 樣品中AAS可能來源于陸源或深海DOM; 越接近1則代表樣品遭受降解的程度越輕, 組成越接近海源現(xiàn)場生產(chǎn)的 DOM[8,12]。相對于常用于在 DOM 降解初期使用的 THAA-C%,DOM 降解的中期更宜使用 DI值表征[13-14], 是指示THAA降解過程中組成變化的參數(shù)。

西北太平洋低緯度海域的物質(zhì)交換與能量交換強(qiáng)度非常高, 是研究熱帶海域中物質(zhì)與環(huán)境關(guān)系的典型區(qū)域[15-17], 此處水團(tuán)和環(huán)流是區(qū)域內(nèi)能量交換的重要載體, 也是水體分配的主要推動者[18-20]。國際上對溶解態(tài)氨基酸的研究開展較早[21-23], 而國內(nèi)對河流及近岸海域海水中 THAA的調(diào)查也在不斷增加[24-26], 但關(guān)于西北太平洋低緯度區(qū)域的 THAA的研究截至目前尚未被廣泛報道。本文選取西北太平洋低緯度海域?yàn)檠芯繉ο? 調(diào)查了該區(qū)域中 THAA的濃度分布及組成, 探討了 THAA與溶解有機(jī)碳(DOC)、葉綠素(Chl a)、海流等環(huán)境因子的關(guān)系, 并運(yùn)用基于氨基酸組成的降解因子DI和THAA-C%對該海域有機(jī)質(zhì)的降解情況進(jìn)行了分析。

1 材料和方法

1.1 采樣區(qū)域

于2018年10月5號至11月6號搭乘“科學(xué)號”對西北太平洋低緯度區(qū)域上層海洋(5～200 m)進(jìn)行取樣, 本文取樣層為5層, 分別為5 m、50 m、葉綠素最大層(Subsurface chlorophyll maximum, SCM, 深度約為100 m)、150 m、200 m。圖1(a)顯示出本次航次取樣的兩個斷面24個站位。圖1(b)展示出西北太平洋低緯度區(qū)域表層的基本環(huán)流結(jié)構(gòu)。根據(jù)前人文獻(xiàn)將 E系列站位中的 2°N—5°N劃為 HE區(qū), 5°N—7°N 為 NECC 區(qū), 7°N—9°N 為 ME 區(qū), 9°N—14°N 為MC區(qū), 14°N—21°N為NEC區(qū), 此外, 圖中未標(biāo)注的南赤道流在0°N—5°N處也有影響。

圖1 2018年秋季西北太平洋低緯度區(qū)域調(diào)查站位(a)、海流(b)示意圖Fig. 1 Schematic of survey stations (a) and currents (b) in the low-latitude area of the Northwest Pacific in the fall of 2018

1.2 樣品采集和保存

海水采集通過10 L Niskin Rosette 采水器進(jìn)行采集, 水樣采集后立刻使用Whatman GF/F濾膜進(jìn)行低壓過濾, 濾液轉(zhuǎn)移至硼硅玻璃瓶(450℃高溫灼燒4 h)中, 濾膜放于用鋁箔紙包裹的離心管中, 濾液、濾膜置于-20℃環(huán)境冷凍保存。溫度、鹽度數(shù)據(jù)由CTD現(xiàn)場測得。GF/F濾膜、樣品瓶、鋁箔等均在450℃條件下高溫灼燒5 h以除去有機(jī)碳。

1.3 樣品分析

1.3.1 THAA的測定

樣品采用實(shí)驗(yàn)室已建立的鄰苯二甲醛-巰基丙酸(OPA-MPA)柱前衍生高效液相色譜法測定[27]。流動相: A是0.05 mol/L的乙酸鈉緩沖溶液(pH = 7.2 ± 0.05),且乙酸鈉溶液∶四氫呋喃 = 99∶1; B為甲醇∶乙腈∶水(v/v/v)=1∶1∶1。流動相均需通過 0.2 μm (PALL Supor-450)聚醚砜濾膜除去顆粒物。色譜柱為Agilent ZORBAX Eclipse 氨基酸分析柱, 測樣時使用梯度分離。氨基酸標(biāo)準(zhǔn)圖如圖2。

取2 mL海水樣品與2 mL優(yōu)級純濃鹽酸(12 mol/L)混合于5 mL安瓿瓶, 加入40 μL 20% (w/v)抗壞血酸,通入高純氮?dú)? min除去空氣, 密封后, 在110 ℃環(huán)境下高溫水解 22 h。水解完畢后取 2 mL水解液在60℃下進(jìn)行真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)旋蒸, 向蒸干后的樣品中加入1 mL Milli-Q水, 超聲振蕩2 min使樣品再溶解。取再溶解的溶液760 μL和衍生化試劑(3-MPA溶液)240 μL混合后避光衍生化19 min后, 進(jìn)樣測定,測得濃度即為樣品中THAA濃度。

圖2 氨基酸標(biāo)準(zhǔn)的液相色譜圖 (0.5 μmol/L)Fig. 2 Chromatogram of the amino acid standards (0.5 μmol/L)

1.3.2 DOC的測定

海水樣品使用Whatman GF/F玻璃纖維濾膜(d =47 mm)進(jìn)行低壓過濾, 轉(zhuǎn)移至硼硅玻璃瓶中-20℃冷凍避光保存。帶回實(shí)驗(yàn)室后使用島津總有機(jī)碳分析儀 TOC-VCPH測定 DOC, 選用的催化劑和分析方法分別為 Pt催化劑、高溫催化氧化法。DOC樣品在680℃下平行進(jìn)樣3～5次后取其平均濃度, 該方法測定的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差 ＜ 2%。儀器空白經(jīng)邁阿密大學(xué)Hansell實(shí)驗(yàn)室低碳水校正。

1.3.3 Chla的測定

定量過濾300 mL海水樣品, 濾膜快速置入15 mL離心管內(nèi)-20℃冷凍保存。測定時在存放有膜樣的離心管中加入 90% (v/v)的丙酮水溶液, 避光冷藏萃取24 h, 使用SC-3610離心機(jī)進(jìn)行低速離心, 離心后取離心后的上清液使用日立F-4500熒光分光光度計(jì)測定, 測定前需使用Jeffrey-Humphrey方程式對二級母液進(jìn)行校正, 該方法的最低檢出限為0.01 μg/L。

1.3.4 DIN的測定

將海水樣品通過 Whatman GF/F玻璃纖維濾膜(d = 47 mm)進(jìn)行低壓過濾后轉(zhuǎn)移至聚乙烯瓶中, 在-20℃條件下冷凍保存。帶回實(shí)驗(yàn)室后, 立即使用Seal Analytical AA3營養(yǎng)鹽自動分析儀進(jìn)行分析, 測得-N、-N、-N, DIN為- N、N、N三種形態(tài)N的總和。檢出限0.04 μmol/L,檢出限 0.003 μmol/L,檢出限0.02 μmol/L; 測定精密度小于3%。

2 結(jié)果和討論

2.1 西北太平洋低緯度區(qū)域海水中THAA、Chl a、DOC的水平分布特征

各站位海水中THAA、Chla、DOC的濃度范圍列于表1。

表 1 西北太平洋低緯度區(qū)域表層海水中(5 m)THAA、Chl a、DOC的濃度范圍Tab. 1 Concentration range of THAA, Chl a, and DOC of surface seawater (5 m) in the low-latitude area of the Northwest Pacific

在該調(diào)查海域, 表層海水(5 m)中THAA、Chla、DOC的濃度范圍列于表1, 該海域THAA濃度結(jié)果明顯低于春季北黃海表層海水[25]、南海北部表層海水[28]、東海表層海水[29-30], 高于同處西北太平洋的日本伊勢灣海域的表層濃度[31]。表層THAA濃度從南至北呈現(xiàn)出低-高-低-高的趨勢, 整體濃度低于中國近海[19,28-30]。THAA高值區(qū)出現(xiàn)在NEC區(qū)和ME區(qū),NEC分叉點(diǎn)隨深度的降低向南偏移, 分叉點(diǎn)年平均位置在14°N且在10月份會北移[32-33], 此處高值區(qū)的出現(xiàn)原因可能是因?yàn)樽詵|向西的NEC攜帶有高濃度的THAA向上擴(kuò)散導(dǎo)致的; DI值和THAA-C%結(jié)果表明, ME高值區(qū)處降解程度較大, 且此處未存在Chla高值但存在DOC高值, 推測此處高值并非是浮游植物現(xiàn)場生產(chǎn), 而是由于陸源輸入所致; 2°N—6°N 是THAA低值區(qū), 而Chla在此處出現(xiàn)高值, 后文DI、THAA-C%表明該區(qū)域有機(jī)物的降解程度很高, 可能是由于此處溫度、光照條件促進(jìn)了THAA的細(xì)菌降解和光降解, 另一個原因可能與ME上升流有關(guān), 前人證明此處存在 Ekman抽吸引起的上升流[34], 上升流將下層低濃度、高降解程度的THAA帶到表層也是產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因之一。此次航次測定Chla的濃度低于中國近海[25,28-30,35]的Chla濃度, 與齊雨藻報道的西太平洋濃度近似[36]。Chla的濃度從南到北呈下降趨勢, 出現(xiàn)此現(xiàn)象可能是因?yàn)橹胁亢捅辈康墓褷I養(yǎng)鹽狀態(tài)是此處浮游植物生長的主要限制因素,而 NECC攜帶的大量營養(yǎng)鹽支持了南部浮游植物的生長; DOC的水平分布不均勻, 在9°N出現(xiàn)濃度最大值, 11°N 出現(xiàn)濃度最小值。在 1°N—9°N 和 11°N—21°N 均呈現(xiàn)為升高趨勢, 且 9°N 以南的平均濃度(1.24 ± 0.44 μmol/L)大于 11°N 以北的平均濃度(1.02± 0.18 μmol/L)。在 ME 高值區(qū)存在 THAA 高值, 而在此區(qū)域并未出現(xiàn)Chl a、DIN、T、S等參數(shù)的高值, 猜測此處DOC、THAA的高值可能是亞洲風(fēng)塵帶入所致[37-38]。

將THAA、DIN、Chl a、DOC等參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析, 結(jié)果顯示均不存在顯著相關(guān)性。這可能是因?yàn)?THAA作為 SLDOM的重要組分, 其產(chǎn)生、循環(huán)與降解會受到浮游生物、光照、溫度、DO、水團(tuán)運(yùn)動等諸多因素的影響。此海域氨基酸碳/溶解有機(jī)碳(即 THAA-C%)較低, THAA的濃度降低并不能引起DOC濃度的顯著變化, 這可能是 THAA與 DOC未呈現(xiàn)顯著相關(guān)性的原因之一。結(jié)合該海區(qū)內(nèi)海流復(fù)雜、初級生產(chǎn)力低、光照強(qiáng)烈的具體情形, 各環(huán)境因子對 THAA施加的影響可能是多因素協(xié)同作用, 因而THAA的濃度與單一參數(shù)不呈顯著相關(guān)。

圖3 西北太平洋低緯度區(qū)域表層海水中THAA(a)、chl a(b)、DOC(c)的水平分布Fig. 3 Horizontal distributions of THAA (a), Chl a (b), and DOC (c) in surface seawater of the low-latitude Northwest Pacific

2.2 西北太平洋低緯度區(qū)域 130°E斷面上層海洋中THAA、Chl a、DOC的垂直分布特征

為了探究各個環(huán)流對西北太平洋低緯度區(qū)域上層海水中 THAA 分布的影響, 我們設(shè)置了在 130°E上2°—21°N區(qū)域內(nèi)的10個站位進(jìn)行垂直(5 ～ 200 m)方向的采樣調(diào)查。此處區(qū)域是海流密集區(qū), THAA、DOC、Chl a的分布受到了海流的強(qiáng)烈影響。E斷面THAA、Chl a、DOC的垂直濃度分布列于表2。

表 2 西北太平洋低緯度區(qū)域垂直斷面(E)中 THAA、Chl a、DOC的濃度范圍Tab. 2 THAA, Chl a, and DOC concentration ranges at vertical section (E) of the low-latitude Northwest Pacific

圖4(a)為該斷面溫度的垂直分布圖, 由圖可知在ME區(qū)存在上升流, 且該水域的水體溫度分層明顯,圖 4(b)中可看出該海域?yàn)楦啕}度海域, 鹽度分布平均,表層的鹽度略低于下方水體。由表 2和圖 4(c)可知,該海域 THAA濃度較低, 但高于同為低生產(chǎn)力的楚科奇海[39], 介于西北太平洋與伊勢灣濃度之間[31], 此處低 Chla濃度反映出低初級生產(chǎn)力, 這與 THAA、DOC整體濃度較低相吻合。在圖4(a, c)中可以看到THAA 的低值區(qū)和 ME 上升流區(qū)重合(0°N—9°N,50 ～ 200 m深處), 該處THAA-C%低于臨近區(qū)域, 表明此處有機(jī)質(zhì)已遭受了較長時間的初期降解, 由于較低的水溫更適宜異養(yǎng)生物生長[40-42], 強(qiáng)烈的細(xì)菌降解作用可能是此處THAA主要的去除途徑。THAA的濃度在 9°N—21°N真光層內(nèi)隨深度增加而逐漸增加, 表層的高溫和寡營養(yǎng)鹽狀態(tài)共同限制了浮游植物的生長[36-37], 浮游植物生長受限、光降解[43-44]與細(xì)菌降解三者共同作用使表層THAA呈現(xiàn)低濃度。而在表層水以下, THAA濃度轉(zhuǎn)高, 這可能是由于上層浮游植物死亡后的沉降過程會發(fā)生自溶和異養(yǎng)細(xì)菌分解作用轉(zhuǎn)化為 THAA[29], 且溶解氧濃度隨深度增加而降低, 這也會限制THAA的細(xì)菌降解[45]。Chla濃度在5 ～ 200 m變化很小, 只在100 m深度附近出現(xiàn)SCM, 該現(xiàn)象出現(xiàn)原因是因?yàn)樵诖松疃菵IN高于表層, 且大洋區(qū)水體透光度高, 能支持熱帶西太平洋海區(qū)適應(yīng)高鹽環(huán)境的浮游植物生長[36]。表層濃度低主要是因?yàn)殚_闊大樣區(qū)域表層寡營養(yǎng)鹽且水溫高,浮游植物生長受限[37], 而下層 DIN濃度雖較高但缺乏光照, 光限制了浮游植物的生長, 導(dǎo)致Chla濃度較低; Chla的高值區(qū)出現(xiàn)在5°N的50 m深, 可能是由于此處的ME伴隨的上升流將底部DIN帶到該深度, 強(qiáng)烈的光照使得浮游植物旺盛生長所致。DOC濃度整體呈現(xiàn)出隨深度增加而降低的趨勢, 其高值區(qū)出現(xiàn)在10°N附近的0 ～ 50 m, 可能是受到陸風(fēng)輸送的影響[37-38]。

將上層海洋中的THAA、DOC、Chla濃度進(jìn)行相關(guān)性分析, 發(fā)現(xiàn)三個參數(shù)間并未表現(xiàn)出顯著相關(guān)性, 這可能是因?yàn)槿N參數(shù)既與生物活動息息相關(guān),又易受到水團(tuán)輸送、光照和陸源輸送的影響, 加之此海域海流、水團(tuán)紛繁復(fù)雜互相影響, 導(dǎo)致參數(shù)之間互不表現(xiàn)出相關(guān)性。

圖4 西北太平洋低緯度區(qū)域130°E斷面上層海洋中水溫(a)、鹽度 (b)、THAA (c)、Chl a (d)、DOC (e)的垂直分布Fig. 4 Vertical distribution of temperature (a), salinity (b),THAA (c), Chl a (d), and DOC (e) concentrations in the upper ocean on the 130°E Section of the lowlatitude Northwest Pacific

2.3 西北太平洋低緯度區(qū)域海水中 THAA的組成

THAA根據(jù)側(cè)鏈基團(tuán)的不同可分為酸性、堿性、中性、芳香類、含羥基類、含硫氨基酸六類。西北太平洋低緯度區(qū)域海水中溶解氨基酸中各單體 AAS的相對組成如圖5所示。

圖5 單體氨基酸占THAA的摩爾百分比Fig. 5 Monomeric amino acids as a percentage of THAA

測定的14種AAS占比差異較大, 6種優(yōu)勢AAS(Asp、Glu、Ser、Gly、Thr、Ala)的總和可占到 THAA的87.74%, 其中Asp相對占比最高, 可達(dá)THAA的22.95%, 這與之前所報道的亞得里亞海[46]的結(jié)果相似, 說明在海水體系中 THAA的組成近似。根據(jù)董良[47]對西太平洋的研究, 西太平洋海域優(yōu)勢藻類是硅藻, 硅藻細(xì)胞的主要構(gòu)成成分是 Asp、Ser和 Glu等[48], 浮游藻類死亡后的細(xì)胞破裂和被浮游動物攝食會將體內(nèi)的溶解氨基酸釋放到周圍海水中, 成為THAA的重要來源之一。

各類AAS的平均摩爾百分比如圖6所示。它們所占比例大小依次為中性氨基酸 ＞ 酸性氨基酸 ＞含羥基類氨基酸 ＞ 堿性氨基酸 ＞ 芳香類氨基酸 ＞含硫氨基酸, 在此處海域中, 中性氨基酸的平均摩爾百分比略高于酸性氨基酸, 這兩種氨基酸共占所測14種溶解氨基酸的75.34%, 在此海域中是優(yōu)勢氨基酸。

基于THAA的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)(各單體AAS占THAA的摩爾百分比)做相關(guān)性矩陣, 如表 3所示。源自此次的數(shù)據(jù)顯示THAA中有12對氨基酸呈顯著負(fù)相關(guān)(Asp-Ser, Asp-His, Asp-Gly, Asp-Thr, Asp-Tyr, Asp-Ile,Asp-Leu, Glu-Ala, Glu-Leu, His-Gly, His-Ala, Gly-Tyr), 說明這12對個體AAS在海水中的動態(tài)行為有所差異; 同時有 15對 AAS呈顯著正相關(guān)(Ser-Gly,Ser-Thr, Ser-Leu, His-Tyr, His-Thr, Gly-Thr, Gly-Leu,Thr-Tyr, Tyr-Met, Val-Met, Phe-Ile, Phe-Leu, Met-Ile,Met-Leu, Ile-Leu), 這說明15對單體AAS在海水中具有相似的生物地球化學(xué)行為。

圖6 THAA中酸性、堿性、中性、芳香和含硫氨基酸的平均摩爾百分比Fig. 6 Average mole percent of acidic, basic, neutral, aromatic,and sulfur-containing amino acids in THAA

2.4 利用THAA-C%和DI值指示該海域有機(jī)物降解狀態(tài)

圖7 顯示了DI值和THAA-C%在西北太平洋低緯度區(qū)域表層海水的水平分布, 計(jì)算得出 THAAC%值的范圍是 0.89% ～ 3.75%, 平均值為 2.25% ±0.61%。相對于浮游植物體中24% ～ 49%的THAA-C%范圍[49], 該海域的2.25% ± 0.61%的均值證明此處了初級生產(chǎn)力極低。浮游植物釋放出的THAA進(jìn)入表層海水后, 經(jīng)歷高強(qiáng)度、長時間的光降解與細(xì)菌降解[11,49],而低生產(chǎn)力制約了新鮮 THAA的補(bǔ)充, 使表層海水中產(chǎn)生了DOM高降解程度的現(xiàn)象。在此區(qū)域內(nèi)DI值的范圍為-2.27 ～ -1.15, 均值為-1.83 ± 0.29, 顯著低于中國近海和日本伊勢灣, DI與THAA-C%共同證明此區(qū)域內(nèi)的氨基酸已經(jīng)歷了較長時間的降解, 年齡較老。

DI、THAA-C%在該海域的垂直分布如圖8所示,其中THAA-C%的范圍是0.89% ～ 7.04%, 平均值為2.80% ± 1.05%, 該范圍高于楚科奇海[39]、西北太平洋和日本伊勢灣[31], 和表層 THAA-C%進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn),50 ～ 200 m深度的THAA相對更“新鮮”, 降解程度低于表層THAA, 由于Chla出現(xiàn)了典型熱帶性次表層葉綠素最大值, 猜測是次表層生產(chǎn)力更高和光降解程度低于表層所致。在此研究中, THAA-C%的高值區(qū)出現(xiàn)在 10°N—21°N(3.32% ± 1.32%, n=15), 低值區(qū)出現(xiàn)在 2°N—9°N(2.56% ± 0.78%, n=33), 這個值與日本伊勢灣[31]、其他海洋環(huán)境[50]中報道的值十分相似。圖8(a)顯示了該區(qū)域內(nèi)DI值的垂直分布, DI值范圍為-2.27 ～ 2.82, 平均值為-1.56 ± 0.74, 低于DI值-1 ～ 1.5的常見范圍, 推測該區(qū)域的THAA主要來自降解程度較高的物質(zhì)。DI在5 ～ 200 m深度內(nèi)隨深度增加呈上升趨勢, 與 THAA-C%體現(xiàn)出的趨勢相同, 這個趨勢與以往研究相反, 這可能是由于200 m對大洋而言僅為真光層, 在透光度高的赤道太平洋中, 上層數(shù)十米由于光照強(qiáng)烈加速了 THAA的光降解[43-44]、細(xì)菌降解[37], 隨著深度增加光照強(qiáng)度隨之減弱, THAA的光降解受到限制, 導(dǎo)致基于THAA的降解因子反映出上層降解程度高于下層的趨勢。據(jù)前人的研究, 海洋浮游植物的直接釋放并非THAA來源的主要因素[51], 上層浮游植物死亡后的

沉降過程會發(fā)生自溶和異養(yǎng)細(xì)菌對浮游植物殘骸的分解[29], 這兩種作用會將顆粒態(tài)AAS轉(zhuǎn)化為THAA而增加下方水體中 THAA的濃度, 而下方水體中光降解與細(xì)菌降解強(qiáng)度由于光照和 DO等條件的限制要低于上方水體[37,43-44], 導(dǎo)致SCM未與THAA-C%、DI的高值區(qū)共同出現(xiàn)。

表3 西北太平洋低緯度區(qū)域海水中THAA單體氨基酸相對含量的相關(guān)性矩陣Tab. 3 Correlation matrix of monomer amino acid relative abundance in THAA (mol%) in seawater of the low-latitude Northwest Pacific

圖7 西北太平洋低緯度海域中DI值 (a)和THAA-C% (b)的水平分布Fig. 7 Horizontal distributions of DI (a) and THAA-C% (b) of the low-latitude Northwest Pacific

圖8 西北太平洋低緯度海域130°E斷面上層海洋中THAAC%(a)、DI(b)值的垂直分布Fig. 8 Vertical distribution of THAA-C% (a) and DI (b) in the upper ocean (5～200 m) on the 130°E Section of the low-latitude Northwest Pacific

3 結(jié)論

西北太平洋低緯度區(qū)域表層海水中THAA的濃度范圍為 0.40～0.97 μmol/L, 平均值為 0.58 ± 0.14 μmol/L。THAA整體分布較均勻, 濃度顯著低于中國近海。在近陸NEC區(qū)存在高值區(qū), 陸源輸入、以海流為代表的水團(tuán)運(yùn)動、浮游植物現(xiàn)場生產(chǎn)等是此海域 THAA的來源, 光降解、細(xì)菌降解是此海域 THAA的去除途徑。西北太平洋低緯度區(qū)域 5 ～ 200 m 海水中THAA的濃度范圍是0.30 ～ 1.05 μmol/L, 平均值是0.59 ± 0.16 μmol/L。細(xì)菌降解作用隨深度增加而減弱和顆粒物沉降過程中的再溶解是使得該海域上層海洋(5 ～ 200 m)中THAA濃度隨深度增加而增加的原因, 而降解因子DI值的變化規(guī)律也證明了這一點(diǎn)。對該海域的 THAA組成進(jìn)行分析后得出, 優(yōu)勢氨基酸為 Asp、Glu、Ser、Gly、Thr和 Ala, 共占 THAA的 87.74%, 優(yōu)勢氨基酸種類與該海域的優(yōu)勢藻類—硅藻有關(guān)。THAA與DOC、Chl a等環(huán)境參數(shù)之間均不存在顯著相關(guān)性, 這可能是因?yàn)?THAA受到了生物和環(huán)流的多重影響, 各環(huán)境因子對 THAA施加的影響可能是多因素協(xié)同作用, 而具體的影響機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。計(jì)算得出的兩種降解因子THAA-C%和DI表明, 該海域的DOM生物可利用性遠(yuǎn)低于近岸海域, 略高于伊勢灣外的西北太平洋、楚科奇海等海域, 證明 DOM 已遭受較大強(qiáng)度的降解, 且在 5 ～200 m 的深度范圍內(nèi), 隨深度的增加, 有機(jī)質(zhì)相對更“新鮮”。