養(yǎng)馬島附近海域藻華期間有色溶解有機質(zhì)的生物可利用性研究

呂孝清, 高學(xué)魯, 趙建民, 劉永亮, 王 斌, 楊 波, 謝 磊, 張乃星

養(yǎng)馬島附近海域藻華期間有色溶解有機質(zhì)的生物可利用性研究

呂孝清1, 2, 高學(xué)魯1, 2, 趙建民1, 劉永亮1, 2, 王 斌1, 2, 楊 波3, 謝 磊1, 2, 張乃星4

(1. 中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所, 山東 煙臺 264003; 2. 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3. 廣東海洋大學(xué)深圳研究院, 廣東 深圳 518114; 4. 國家海洋局北海預(yù)報中心, 山東 青島 266061)

本研究利用吸收光譜和熒光激發(fā)-發(fā)射矩陣光譜-平行因子分析(EEMs-PARAFAC), 研究了養(yǎng)馬島附近海域海水中有色溶解有機質(zhì)(CDOM)的濃度、組成、來源和生物可利用性, 并估算了浮游植物生長繁殖對CDOM及具有生物可利用性CDOM的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明, 表、底層海水中CDOM濃度(以吸收系數(shù)350計)平均值分別為1.62±0.42 m?1和1.30±0.47 m?1, 光譜斜率(275-295)平均值分別為0.022± 0.003 nm?1和0.023±0.003 nm?1。利用PARAFAC模型識別出4種熒光組分, 分別為陸源類腐殖酸C1、類色氨酸C2、類酪氨酸C3和微生物源類腐殖酸C4。熒光指數(shù)(FIX)、腐殖化指數(shù)(HIX)和生物指數(shù)(BIX)顯示, CDOM受陸源輸入和海洋自生源的綜合影響。降解實驗結(jié)果顯示, 表、底層海水中生物可利用性CDOM百分比(%?350)平均值分別為(23.36%±17.94%)和(8.93%±20.30%)。C1、C2和C4組分的熒光強度在培養(yǎng)之后降低, 而C3組分的熒光強度上升。各熒光組分生物可利用性依次遞減的順序為: %ΔC1 (23.75%±8.96%)＞%ΔC4 (20.83%±11.71%)＞%ΔC2 (11.67%±38.87%)＞%ΔC3(?29.61%±39.90%), 顯示培養(yǎng)之后CDOM的平均分子量和腐殖化程度降低。表層海水中350、%Δ350與Chl之間存在顯著線性相關(guān)關(guān)系, 據(jù)此可以估算出浮游植物生長繁殖對CDOM的貢獻(xiàn)為36.9%, 對具有生物可利用性CDOM的貢獻(xiàn)為85.0%。

吸收光譜; EEMs-PARAFAC; 有色溶解有機質(zhì)(CDOM); 生物可利用性; 浮游植物

有色溶解有機物(CDOM)是溶解有機物(DOM)的光活性部分, 能夠強烈吸收紫外及藍(lán)光波段輻射, 并參與多種元素的生物地球化學(xué)過程[1-2]。近岸海水中CDOM主要來源于陸源輸入以及與浮游動植物、細(xì)菌等各種生物相關(guān)的原位生物生產(chǎn)[3-4]。微生物降解作為CDOM遷移的重要途徑, 在水圈中無處不在, 可以實現(xiàn)溶解無機碳(DIC)、溶解有機碳(DOC)和微生物之間的碳循環(huán)[5-6]。

國內(nèi)外學(xué)者主要利用其光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究分析, 包括紫外-可見吸收光譜和熒光激發(fā)-發(fā)射矩陣光譜(EEMs)[5, 7-11]。吸收光譜的吸收系數(shù)(a)和光譜斜率(), 可以表征CDOM的濃度和分子量等信息。EEMs可以表征CDOM的組成[12], 能夠追蹤CDOM的來源和轉(zhuǎn)化。平行因子分析(PARAFAC)可用于描述CDOM復(fù)雜的特征, 能夠?qū)EMs譜圖分解為幾個獨立的熒光組分, 可以獲得更多關(guān)于CDOM濃度、組成和來源的信息[13-14]。

營養(yǎng)鹽通過河流、大氣沉降和沿海水產(chǎn)養(yǎng)殖等方式輸入黃海, 導(dǎo)致該海域富營養(yǎng)化嚴(yán)重, 為浮游植物暴發(fā)式生長提供了生源要素, 導(dǎo)致沿岸藻華頻發(fā)[15-17]。浮游植物生長繁殖能夠?qū)OM釋放到水生生態(tài)系統(tǒng)中, 是河口及近岸海域DOM的主要來源[18-19]。同時其生長代謝過程產(chǎn)生的有機質(zhì)及死亡后的殘骸最終被異養(yǎng)原核生物消耗。因此, 浮游植物和微生物降解對于全球碳循環(huán)動態(tài)非常重要[20]。在2021年10月下旬, 山東半島煙威近岸大規(guī)模暴發(fā)了以多紋膝溝藻為優(yōu)勢藻種的藻華[21], 持續(xù)時間長達(dá)50 d。在此期間我們采集海水樣品, 通過室內(nèi)微生物降解實驗, 并利用吸收光譜和熒光激發(fā)-發(fā)射矩陣光譜-平行因子分析(EEMs-PARAFAC)研究了養(yǎng)馬島附近海域藻華發(fā)生期CDOM的光譜特征和微生物可利用性, 并估算了浮游植物生長繁殖對CDOM的貢獻(xiàn)。這項研究為理解藻華發(fā)生期CDOM的特征及環(huán)境歸趨提供了新的視角, 對于探究近岸海域的碳循環(huán)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

研究海區(qū)(養(yǎng)馬島附近海域, 37°44′～37°63′N, 121°39′～122°87′E)位于北黃海, 緊鄰煙臺東部海岸線[7](圖1), 屬于典型的半封閉海域, 受陸源輸入影響強烈, 有重要的研究意義。另外, 該海域是我國北方重要的海灣扇貝()養(yǎng)殖基地之一, 養(yǎng)殖周期為每年的5—11月[7]。氣候變化主要以東亞季風(fēng)為主[22], 具明顯的季節(jié)周期性, 降水主要集中在每年的6—9月。

圖1 養(yǎng)馬島附近海域采樣站位圖(審圖號: GS(2020)4618號)

1.2 樣品采集

于2021年11月15至17日, 對養(yǎng)馬島附近海域開展常規(guī)調(diào)查, 站位分布如圖1所示。使用Niskin采水器采集15個站位的表層(水深1～2 m處)、底層(距海床1 m深度左右)海水樣品, 體積約500 mL, 并于當(dāng)天運回實驗室。使用0.7 μm Whatman GF/F(灼燒550 ℃, 5 h)濾膜過濾水樣, 并將濾膜用鋁箔包裹于?20 ℃冷凍保存, 用于Chl的分析測定[23-24]。一部分濾液(100或300 mL)用于微生物降解實驗, 剩余于4 ℃冰箱內(nèi)保存以便后續(xù)實驗操作。

1.3 培養(yǎng)實驗

取100 mL濾液轉(zhuǎn)移至HDPE塑料瓶(HCl浸泡并用超純水多次沖洗)中, 瓶蓋未旋緊, 以便瓶內(nèi)系統(tǒng)與空氣相通。將其置于培養(yǎng)箱中于25 ℃、黑暗條件下避光培養(yǎng)28 d[13], 分別于培養(yǎng)前(第0 d)和培養(yǎng)后(第28 d)取樣50 mL, 用0.22 μm聚醚砜濾膜(PALL)過濾, 濾液轉(zhuǎn)移至經(jīng)酸洗并高溫灼燒(550 ℃, 5 h)的棕色硼硅酸鹽玻璃瓶中, 用于CDOM光學(xué)特性的分析[9]。濾液于4 ℃避光保存直至測定前恢復(fù)至室溫。其中, 在S3、S5、S7、S10、S13和S15站位的表、底層降解實驗中, 每組設(shè)置3個平行實驗, 測定結(jié)果取其平均值。

1.4 樣品測定

1.4.1 Chl測定

將濾膜浸于10 mL 90%的丙酮溶液中低溫(4 ℃)、避光萃取12 h, 在臺式離心機上以4 000 rpm的轉(zhuǎn)速離心10 min, 取其上清液用特納Trilogy 7200型熒光儀進(jìn)行測定[24-26], 其精度為0.01 μg?L?1。

1.4.2 吸收光譜測定

使用配有10 cm石英比色皿的普析TU-1810型紫外-可見分光光度計, 在200～800 nm波長范圍內(nèi)以1 nm的間隔掃描CDOM吸收光譜[9, 27]。并對通過0.22 μm聚醚砜濾膜過濾的超純水進(jìn)行掃描, 將其作為空白值。吸收系數(shù)(ɑ)及光譜斜率的計算方法和指示意義見表1。本文選取波長在350 nm處的吸收系數(shù)(350)作為評價CDOM濃度的指標(biāo)[28], 對275～295 nm波長范圍的吸光度進(jìn)行非線性擬合得到光譜斜率275-295[29]。

1.4.3 熒光光譜測定

三維熒光激發(fā)-發(fā)射矩陣(EEMs)由日立F-7000型熒光分光光度計測定。激發(fā)波長(x)的范圍為200～ 500 nm(間隔5 nm), 發(fā)射波長(m)的范圍為200～500 nm (間隔為2 nm), 將過濾后(0.22 μm聚醚砜濾膜)的超純水作為空白樣品。用MATLAB(R2018b)軟件中的DOMFluor工具箱對EEMs進(jìn)行平行因子分析(PARAFAC), 并用當(dāng)日測定的超純水在λx=350 nm下的積分面積進(jìn)行拉曼單位(R.U.)校正[30]。根據(jù)公式計算了熒光指數(shù)(FIX)、腐殖化指數(shù)(HIX)和生物指數(shù)(BIX), 具體的計算方法及指示意義見表1。

表1 本文中使用的光學(xué)指數(shù)的描述及計算

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

1.5.1 生物可利用性CDOM計算

%Δ可以表示具有生物可利用性有色溶解有機質(zhì)(或熒光溶解有機質(zhì))的百分比[36], 具體計算公式為:

%Δ=(0d–28d)/0d×100%

其中,是吸收系數(shù)350及各熒光組分的強度。

1.5.2 數(shù)據(jù)處理

利用OriginPro 2018對Chl和光譜參數(shù)進(jìn)行顯著性分析(Mann-Whitney U檢驗)(<0.05表示存在顯著性差異)和相關(guān)性分析。利用ODV(Ocean Data View)和MATLAB R2018b軟件繪制采樣站位圖(圖1)和熒光組分圖, 其他繪圖均利用OriginPro 2018軟件完成。

2 結(jié)果與討論

2.1 Chl a特征

調(diào)查期間表層海水中Chl的濃度為4.02～ 29.24 μg?L?1(14.97±8.79 μg?L?1), 顯著高于底層[0.51～ 32.20 μg?L?1(5.81±9.92 μg?L?1)](<0.05), 并遠(yuǎn)高于2019年在該海域的調(diào)查結(jié)果(0.57±0.18 μg?L?1)[7]。Harrison等[37]認(rèn)為當(dāng)Chl> 5 μg?L?1時具備赤潮發(fā)生的可能, 因此表層除S11站位外, 其余站均已達(dá)到藻華發(fā)生的閾值, 尤其是S9和位于離岸較近的S7、S10和S12站位, 其濃度為24.67～29.24 μg?L?1, 已達(dá)到高度富營養(yǎng)化狀態(tài)(20 μg?L?1

2.2 吸收光譜參數(shù)變化特征

350作為表征CDOM濃度的指標(biāo), 總體呈近岸高、遠(yuǎn)岸低的分布特征(圖1, 表2和表3)。培養(yǎng)前表層、底層海水350分別為1.08～2.33 m?1(1.62±0.42 m?1)和0.85～2.83 m?1(1.30±0.47 m?1), 明顯高于2019年的結(jié)果(表層: 0.69±0.14 m?1; 底層: 0.67±0.11 m?1)[7], 這可能與調(diào)查期間浮游植物的暴發(fā)性增殖有關(guān)。一方面浮游植物光合作用會向水體中釋放有機質(zhì), 這一過程可用以下方程式表示: 106CO2+122H2O+16HNO3+ H3PO4→ (CH2O)106(NH3)16H3PO4+138O2[39]。另一方面由于該海域藻華已持續(xù)約20 d, 微生物對藻類的降解也是海洋CDOM的主要來源[40]。

表2 表層海水中Chl a和降解前后CDOM光譜參數(shù)匯總

續(xù)表

注: 平行實驗的數(shù)據(jù)在表中以均值形式呈現(xiàn)。

表3 底層海水中Chl a和降解前后CDOM光譜參數(shù)匯總

經(jīng)過培養(yǎng)實驗后, 表、底層海水的350值下降(圖2a), 表明CDOM在微生物的作用下發(fā)生降解。表層海水中%Δ350為?8.51%～50.50%(23.36%±17.94%), 顯著高于底層[?27.03%～58.54% (8.93%±20.30%)](<0.05), 這可能是由于表層浮游植物產(chǎn)生的CDOM是底層有機質(zhì)的來源, 有機質(zhì)在向下輸送的過程中, 經(jīng)微生物耗氧分解生成難降解有機質(zhì)[41]。另外表層CDOM受太陽輻射影響后更易被微生物降解[42]。

圖2 培養(yǎng)前后吸收系數(shù)a350和光譜斜率S275-295的變化

注: *代表存在顯著性差異(<0.05)

作為CDOM平均分子量的指標(biāo),275-295值越低, 說明高分子量物質(zhì)所占比例越大[32]。表、底層海水275-295值分別為0.017～0.025 nm?1(0.022±0.003 nm?1)和0.014～0.026 nm?1(0.023±0.003 nm?1)(表2, 表3), 略低于2019年的結(jié)果(表、底層均值: 0.027±0.000 nm?1)[7], 尤其是在表層達(dá)高度富營養(yǎng)化狀態(tài)的S7、S9、S10和S12站位, 其275-295值僅為0.017～0.020 nm?1(0.018±0.001 nm?1)。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能與浮游植物產(chǎn)生的類腐殖酸和透明胞外聚合物顆粒(TEP)等高分子量物質(zhì)有關(guān)。TEP中含有分子量介于1 kDa～0.2 μm的膠體前體, 在樣品過濾時進(jìn)入濾液會增加CDOM的分子量[3, 43-44]。

275-295值在培養(yǎng)之后顯著增大(<0.05)(圖2b), 表明在微生物的作用下CDOM的平均分子量減小, 但這與Xu等[11]、張怡晅等[45]的結(jié)果相反。這可能是由于培養(yǎng)過程中微生物代謝高分子量陸源類腐殖酸, 從而將其轉(zhuǎn)化為低分子量CDOM[46-47]。

2.3 PARAFAC識別的熒光DOM組分的變化

本研究利用PARAFAC對樣品的EEMs進(jìn)行分析, 共鑒別出4種熒光組分(圖3, 表4), 包括2種類腐殖酸熒光組分(C1和C4)和2種類蛋白熒光組分(C2和C3), 4種熒光組分的最大激發(fā)波長(x)、最大發(fā)射波長(m)及組分類型如表4所示。C1(x/m= 260 nm/456 nm)屬于陸源類腐殖酸, 具有較高分子量[45], 廣泛存在于營養(yǎng)物質(zhì)豐富的環(huán)境中, 如受污廢水等影響的水域中[48]。C2(x/m=230 nm, 290 nm/ 354 nm)和C3(x/m=225 nm, 275 nm/328 nm)分別屬于類色氨酸和類酪氨酸熒光組分, 廣泛存在于自然水體中, 均與生物生產(chǎn)和微生物活動有關(guān)[9, 11, 13, 49-50]。C4(x/m=230 nm/410 nm)屬于微生物源類腐殖酸, 是水體中異養(yǎng)細(xì)菌原位生產(chǎn)的副產(chǎn)物[51], 該組分既受海洋自生源的影響, 也受陸源和人類活動的影響[52]。

培養(yǎng)前各站位C1～C4組分的熒光強度如表2和表3所示, 在表、底層海水中分別為0.006～0.009 (0.007±0.001) R.U.、0.009～0.029 (0.016±0.006) R.U.、0.006～0.018 (0.009±0.003) R.U.、0.007～0.011 (0.009± 0.001) R.U.和0.005～0.008 (0.007±0.001) R.U.、0.009～ 0.028 (0.015±0.005) R.U.、0.004～0.020 (0.009±0.004) R.U.、0.006～0.010 (0.008±0.001) R.U., 在表、底層無顯著性差異(>0.05)。其中, 類蛋白組分(C2 + C3)的熒光強度所占的比例最大, 在各站位的平均比例為(60.20%±6.04%), 結(jié)果表明類蛋白是養(yǎng)馬島附近海域熒光DOM的主要組分, 這與Yang等[7]結(jié)果一致。

表4 由PARAFAC確定的四個熒光組分光譜特征

培養(yǎng)前后4種組分的熒光強度變化如圖4所示, 可以看出%ΔC1(23.75%±8.96%)>%ΔC4(20.83%±11.71%)>%ΔC2(11.67%±38.87%)>%ΔC3(?29.61%±39.90%), 表明類腐殖酸組分發(fā)生降解, 而類蛋白組分(尤其是類酪氨酸)相對積累, 其平均比例由培養(yǎng)前的(60.20%±6.04%)上升至(64.98%±3.83%), 這可能與微生物的生長和代謝產(chǎn)物的釋放有關(guān)[46]。盡管有報道顯示藻類釋放的類腐殖酸組分生物活性較低, 難以被微生物利用[55], 但在本研究中該組分明顯發(fā)生降解。王子豪等[18]、Bai等[19]的研究表明, 浮游植物釋放的DOM能夠被異養(yǎng)細(xì)菌迅速消耗并刺激其活性, 形成以異養(yǎng)細(xì)菌為主的二次生產(chǎn)力, 培養(yǎng)過程中細(xì)菌豐度總體上可能呈上升的趨勢[11, 56]。腐殖酸物質(zhì)作為細(xì)菌生長的間接外部能源被攝取的過程中, 可同時釋放出蛋白類胞外聚合物[56-57]。且當(dāng)類腐殖酸(主要是陸源類腐殖酸)物質(zhì)有氨基酸結(jié)構(gòu)時, 兩者可以相互轉(zhuǎn)化[46, 58], 因此陸源類腐殖酸是熒光DOM生物降解的積極貢獻(xiàn)者。類酪氨酸的生物活性低于類色氨酸, 這可能是造成兩者熒光強度變化差異的原因[59]。前者在降解過程的生成/轉(zhuǎn)化速度可能高于降解速度, 因此該組分的熒光強度主要表現(xiàn)為積累, 后者與之相反。

2.4 熒光指數(shù)變化特征

熒光指數(shù)(FIX、HIX、BIX)通常用于表征DOM的來源。FIX可以作為區(qū)分陸源和微生物源DOM相對貢獻(xiàn)的指標(biāo), 其值>1.9表明微生物源DOM的貢獻(xiàn)較大[33]。HIX表征CDOM的腐殖化程度[34], 其值越高表明腐殖化程度越高, HIX>10或<5表征CDOM以陸源輸入或海洋自生為主[35]。BIX反映自生源CDOM的相對貢獻(xiàn), 其值>1可表征以海源自生為主的DOM, 而以陸源為主的DOM, 其BIX值相對較低(<0.6)[35]。培養(yǎng)前FIX、HIX和BIX在表、底層海水中無顯著性差異(>0.05), 范圍分別為1.57～1.99(1.77±0.10)、1.18～1.81(1.56±0.16)和1.11～1.52(1.24±0.08)(表2, 表3), 表明CDOM受陸源輸入和海洋自生源的綜合影響。經(jīng)微生物降解后, 表、底層HIX值顯著降低(<0.05) (圖5b), 表明CDOM的腐殖化程度下降, 這與高分子量陸源類腐殖酸組分的降解及類酪氨酸組分的積累有關(guān)。然而, FIX、BIX值的變化并不顯著(>0.05) (圖5a, 5c), 表明兩者在CDOM的微生物利用過程中較為穩(wěn)定。

2.5 浮游植物生長繁殖對研究海區(qū)CDOM的貢獻(xiàn)

在表層水體中,350和Chl之間存在極顯著相關(guān)性(<0.01), 對兩者進(jìn)行線性擬合, 其截距可代表非藻華源CDOM濃度(1.02 m?1)(圖6a)。經(jīng)計算浮游植物生長繁殖對表層水體CDOM的貢獻(xiàn)為36.9%, 略高于Yang等[9]的結(jié)果(11.6%～35.2%), 但明顯低于Zhang等[3]在渤海灣的研究結(jié)果(63%)。這可能是由于該海域藻華已暴發(fā)一段時間, 非活性有機體(主要是一些退化的藻類細(xì)胞)及浮游植物的原位降解產(chǎn)物可能是CDOM的主要來源[40]。

注: *代表存在顯著性差異(<0.05)

注: *代表存在顯著性差異(<0.05)

圖6 表層海水中a350對Chl a和%Δa350對Chl a的散點圖

經(jīng)過培養(yǎng)之后, Chl與350的變化值(%Δ350)之間也存在極顯著相關(guān)性(<0.01)(圖6b), 經(jīng)計算浮游植物生長代謝對表層具有生物可利用性CDOM的貢獻(xiàn)為85.0%, 表明浮游植物生長繁殖產(chǎn)生的CDOM具有較高的生物可利用性, 是該海區(qū)具有生物可利用性CDOM的主要來源。

與CDOM相比, 表層浮游植物生長對熒光組分的貢獻(xiàn)較小, 具體表現(xiàn)為C1～C4熒光最高值均出現(xiàn)在Chl較低(10.82 μg·L?1)的S6站(表2), 并且, S10和S12站(Chl>20 μg·L?1)的C1、C3和C4組分的熒光強度要低于平均值, 這可能與浮游植物的生長階段有關(guān)[60], 如果浮游植物處于暴發(fā)期, Chl濃度較高, 但類蛋白和類腐殖酸組分的熒光強度可能會較低; 反之, 如果處于衰退期, 熒光組分的熒光強度可能較高, Li等[61]在對南黃海綠潮的研究中發(fā)現(xiàn)了類似結(jié)果。同時微生物對藻類的降解釋放也是熒光溶解有機質(zhì)的重要來源[28]。

2.6 生物可利用性CDOM的潛在環(huán)境影響

大氣沉降、河流輸入和人類活動可為養(yǎng)馬島附近海域提供養(yǎng)分, 從而為浮游植物在短時間內(nèi)增殖創(chuàng)造了條件[28, 62]。新鮮CDOM輸入, 會刺激微生物的生長代謝, 微生物通過利用現(xiàn)有的有機質(zhì)合成自身生長代謝所需的氨基酸, 導(dǎo)致含有氨基酸結(jié)構(gòu)的陸源類腐殖質(zhì)組分被降解, 進(jìn)而產(chǎn)生類蛋白組分[46], 這也證明了難降解CDOM在微生物過程中的降解潛力, 為CDOM的生物降解提供了新的視角。然而微生物降解過程中通常伴隨著溫室氣體(如CO2)的排放, 這可能會減弱海洋的“碳匯”功能, 對減緩“溫室效應(yīng)”有不利影響。

3 結(jié)論

本文研究了養(yǎng)馬島附近海域藻華發(fā)生期CDOM的光譜特征和生物可利用性, 并估算了浮游植物生長繁殖對CDOM的貢獻(xiàn), 主要結(jié)果如下:

(1) 調(diào)查期間CDOM具有高豐度、高分子量的特征。通過EEMs-PARAFAC分析識別出4種熒光組分, 分別為陸源類腐殖酸(C1)、類色氨酸(C2)、類酪氨酸(C3)和微生物源類腐殖酸(C4)。其中, 類蛋白熒光(C2+C3)為主要熒光組分。熒光指數(shù)(FIX、HIX和BIX)表明CDOM受陸源輸入和海洋自生源的綜合影響。

(2) 經(jīng)過28 d室內(nèi)培養(yǎng)實驗后, CDOM發(fā)生降解。類腐殖酸物質(zhì)的熒光強度降低, 而類蛋白物質(zhì)(尤其是類酪氨酸)積累且所占比例升高, 從而導(dǎo)致CDOM的平均分子量和腐殖化程度降低。

(3) 浮游植物生長繁殖釋放的CDOM具有較高的生物可利用性, 占總生物可利用性CDOM的85.0%; 它也是表層CDOM的重要來源, 其貢獻(xiàn)值為36.9%。

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Bioavailability of chromophoric dissolved organic matter in the coastal waters adjacent to Yangma Island during an algal bloom

LV Xiao-qing1, 2, GAO Xue-lu1, 2, ZHAO Jian-min1, LIU Yong-liang1, 2, WANG Bin1, 2, YANG Bo3, XIE Lei1, 2, ZHANG Nai-xing4

(1. Yantai Institute of Coastal Zone Research, Chinese Academy of Sciences, Yantai 264003, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Shenzhen Institute of Guangdong Ocean University, Shenzhen 518114, China; 4. North China Sea Marine Forecasting Center of State Oceanic Administration, Qingdao 266061, China)

The concentrations, composition, and sources of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) in the coastal waters adjacent to Yangma Island were studied by measuring the absorption spectra and fluorescence excitation–emission matrix-parallel factor analysis (EEM-PARAFAC), and the contribution of phytoplankton growth and reproduction on CDOM and its bioavailability were estimated. The results revealed that the average concentrations of CDOM reflected by350in the surface and bottom seawater were 1.62±0.42 m?1and 1.30±0.47 m?1, and the spectral slopes275-295were 0.022±0.003 nm?1and 0.023±0.003 nm?1, respectively. Four fluorescence components were identified by the PARAFAC model, namely, terrestrial humic-like C1, tryptophan-like C2, tyrosine-like C3, and microbial humic-like C4. The fluorescence, humification, and biological indexes indicated that CDOM was influenced by terrestrial input and marine autochthonous sources. Degradation incubation experiments indicated that the percentages of bioavailability CDOM (%?350) were (23.36%±17.94%) and (8.93%±20.30%) in the surface and bottom seawater, respectively. The fluorescence intensities of C1, C2, and C4 decreased while that of C3 increased. The bioavailability of fluorescent components decreased in the following order: %ΔC1(23.75%±8.96%)> %ΔC4(20.83%±11.71%)>%ΔC2(11.67%±38.87%)>%ΔC3(?29.61%±39.90%), which indicates that the mean molecular weight and humification degree of CDOM decreased after microbial degradation.350and %Δ350had significant linear correlations with Chl, based on which phytoplankton growth and reproduction were estimated to contribute 36.9% and 85.0% to CDOM and bioavailable CDOM, respectively.

absorption spectrum; EEMs-PARAFAC; chromophoric dissolved organic matter (CDOM); bioavailability; phytoplankton

Feb. 8, 2023

X145

A

1000-3096(2023)6-0030-12

10.11759/hykx20230208003

2023-02-08;

2023-02-23

中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(XDA23050303)

[Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences, No. XDA23050303]

呂孝清(1996—), 女, 山東濟南人, 碩士研究生, 主要從事海洋生物地球化學(xué)研究, E-mail: lvxiaoqing1020@163.com; 高學(xué)魯(1976—),通信作者, 男, 山東招遠(yuǎn)人, 研究員, 主要從事海洋生物地球化學(xué)研究, E-mail: xlgao@yic.ac.cn

(本文編輯: 趙衛(wèi)紅)