膠州灣秋季海水低分子量有機(jī)酸轉(zhuǎn)化速率的分布特征

李 琪，喬馨越，丁海兵,4*

（1. 中國海洋大學(xué) 深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學(xué)中心，山東 青島 266100；2. 中國海洋大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266100；3. 中國海洋大學(xué) 海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實驗室，山東 青島 266100；4. 嶗山實驗室 海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實驗室，山東 青島 266237）

低分子量有機(jī)酸（Low Molecular Weight Organic Acids，LMWOAs）是碳鏈長度為1～5的有機(jī)酸，通常含有1～3個羧基，分子量一般小于500 D，主要包括甲酸（Formic Acid，F(xiàn)A）、乙酸（Acetic Acid，AA）、乳酸（Lactic Acid，LA）等（Albert et al, 1997）。LMWOAs廣泛分布于海洋、大氣、土壤、湖泊、降水、雪和冰等地表天然環(huán)境中（Xiao et al, 2014）。在海洋中，LMWOAs是重要的海洋活性溶解有機(jī)物，參與海洋中許多的生物化學(xué)和地球化學(xué)過程（Liang et al, 2020）。海洋中的許多過程能夠產(chǎn)生LMWOAs，例如浮游植物的光呼吸作用（Steinberg et al, 1984）、溶解有機(jī)物的光化學(xué)降解（Tedetti et al, 2006）和微生物作用下的長鏈脂肪酸的降解（Xiao et al, 2014） ，以及表層沉積物的擴(kuò)散（Miller et al,1979）等。雖然LMWOAs的產(chǎn)生途徑有很多，但在海洋中濃度通常很低，主要是因為LMWOAs的生物可利用性很高，容易被生物消耗。作為生物碳源的LMWOAs通過同化作用轉(zhuǎn)化為生物體的組成部分，生物體的排泄物和自身大分子有機(jī)物的分解又能將LMWOAs釋放出來（Xiao et al, 2014）。但是，劉宗麗等（2013）和Lü等（2020, 2022）在對膠州灣表層海水的調(diào)查中檢出LA、AA、FA，發(fā)現(xiàn)它們對溶解有機(jī)碳（Dissolved Organic Carbon，DOC）的貢獻(xiàn)高達(dá)近20%，認(rèn)為膠州灣周邊活躍的人類活動可能是影響其水體LMWOAs濃度和分布的主要因素。Ho等（2002）發(fā)現(xiàn)在海洋表層和界面層中，高達(dá)15%～46%的碳供應(yīng)通過AA代謝；Heuer等（2009）研究表明，海洋沉積物中AA的碳同位素組成高度可變。這些研究均表明，在受人類活動影響較大海域的水體和沉積物中，LMOWAs可能成為海洋活性有機(jī)碳的重要組成部分，并卷入了多種有機(jī)碳的生物地球化學(xué)過程。因此，研究LMWOAs復(fù)雜的生物與海洋環(huán)境相互作用的過程，對了解海洋活性有機(jī)碳循環(huán)具有重要意義。

相比于其他地表環(huán)境，海洋中LMWOAs的相關(guān)研究很少，并且主要集中于近岸海域水體和沉積物中。Mueller和John（1987）在蘇格蘭淺海沉積物孔隙水中檢測到AA、丙酸、2-丁酸。Albert等（1995）調(diào)查了黑海海水和表層沉積物，僅能檢測到LA、AA和FA三種LMWOAs。Tedetti等（2006）在西北地中海地表和深海海水樣本檢測到含有C2-C5的二元羧酸和醛酮羧酸。Liang等（2020）以膠州灣為研究對象，證實了LMWOAs是影響該區(qū)域海水酸化的重要因素。周玉娟等（2013）定性、定量分析了春季美國東岸納拉甘西特灣表層海水的LMWOAs，僅檢出AA和FA。Lü等（2020，2022）調(diào)查長江口和鄰近東海海水發(fā)現(xiàn)，LMWOAs的高濃度區(qū)域出現(xiàn)在河流入?？诟浇?，且與季節(jié)性缺氧區(qū)域、富營養(yǎng)化區(qū)域具有高度一致性。

迄今為止，國內(nèi)外對海洋沉積物、沉積物間隙水和海水中LMWOAs的濃度、分布等都進(jìn)行了一些初步的探究。與國外相比，國內(nèi)LMWOA的相關(guān)研究起步更晚，目前的研究主要集中于近海水體。到目前為止，對LMWOAs在海水中的動態(tài)過程，特別是其轉(zhuǎn)化速率的考察幾乎沒有文獻(xiàn)報道。針對當(dāng)前的研究現(xiàn)狀，本文選取常年受到自然過程和人類活動顯著影響的膠州灣海域作為研究對象，探究秋季膠州灣海水LMWOAs的分布特征，以及它們和其他海水基本參數(shù)之間的關(guān)系，首次對微生物影響下膠州灣LMWOAs的產(chǎn)生和消耗速率空間變化特征和可能的影響因素開展初步、系統(tǒng)的研究。本文內(nèi)容有助于進(jìn)一步了解活性有機(jī)物在海洋中的動態(tài)過程，也為海洋有機(jī)碳循環(huán)研究提供了新的視角和方法。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

膠州灣（120°04′～120°35′E，36°00′～36°30′N）位于黃海西北部、山東半島南岸，是一個扇形半封閉天然海灣（Zheng et al, 2019）。膠州灣東西寬約28 km，南北長約30 km，海灣內(nèi)平均水深為6～7 m，從西北向東南水深逐漸增加，灣口處水深最深（王軻, 2021）。膠州灣所在的青島地區(qū)屬于典型的暖溫帶季風(fēng)氣候，四季變化分明，降水量季節(jié)分布極不均勻，夏季降水量往往達(dá)到全年的70%（Yao et al, 2017）。沿岸有十幾條大小河流，總年均入海水量達(dá)6×108m3，其中李村河、婁山河、海泊河、墨水河的上游幾乎干涸，城市里的生活污水和工農(nóng)業(yè)廢水主要通過這些河道的中下游排放入海（王剛, 2009; 盛茂剛等, 2014）。青島市圍繞膠州灣形成了從沿岸向外輻射的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，包括工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、港口運(yùn)輸和貿(mào)易、旅游觀光、水產(chǎn)養(yǎng)殖和居民生活區(qū)域，膠州灣的生態(tài)環(huán)境狀況與人類活動緊密相關(guān)（鐘美明, 2010; 岳玲莉等, 2016）。

1.2 實驗準(zhǔn)備

在準(zhǔn)備采樣和樣品分析之前，所用無刻度的玻璃器皿需要經(jīng)過10%的鹽酸洗液浸泡，依次使用自來水、蒸餾水、Milli-Q水洗凈，干燥后在馬弗爐中450 ℃下灼燒4 h。其他無法灼燒的器皿、瓶蓋等，經(jīng)10%鹽酸洗液浸泡，并通過超聲清洗機(jī)（SB-5200，寧波新芝）超聲處理后，依次用自來水、去離子水、甲醇、二氯甲烷、正己烷洗凈，烘干后備用。

1.3 樣品采集與保存

海水樣品于2022年11月30日采集，15個取樣站位如圖1所示，各站位具體信息見表1。在15個站位均采集表層、底層海水，對水深大于10 m的站位（C2、C3、D2、E1、E3）增加中層海水的采集，并且每隔10 m增加一個采樣層。使用2.5 L不銹鋼采水器采集樣品。海水溫度由采水器所攜帶的顛倒溫度計直接讀出。取到目標(biāo)水層的水樣后，立即測定其溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）濃度，之后進(jìn)行分樣。用于測定LMWOAs的海水樣品用40 mL棕色玻璃瓶采集，回到實驗室經(jīng)0.22 μm聚醚砜濾膜過濾后冷凍保存；用于海水培養(yǎng)實驗的樣品，用300 mL鹽水瓶采集后，冷藏避光保存；用于營養(yǎng)鹽分析的樣品，用100 mL聚乙烯塑料瓶采集，經(jīng)過0.45 μm醋酸纖維濾膜過濾后冷凍保存。所有參數(shù)的分析在回到陸地實驗室后的一周內(nèi)完成。

表1 膠州灣采樣站位基本參數(shù)Table 1 Basic parameters of sampling stations in the Jiaozhou Bay

圖1 膠州灣采樣站位Fig. 1 Location of sampling stations in the Jiaozhou Bay

1.4 LMWOAs濃度測定

采用改進(jìn)后Albert等（1997）的方法，通過高效液相色譜（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）儀（Agilent-1100，美國Agilent公司）定性、定量分析海水樣品中的LMWOAs。樣品分析前，先配制濃度為0.00、1.00、5.00、10.00、20.00、30.00、40.00、50.00、60.00、80.00、100.00 μmol·L?1的乳酸鈉、乙酸鈉和甲酸鈉混酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。移取2 mL標(biāo)準(zhǔn)溶液于4 mL棕色硅硼酸玻璃瓶中，各加入200 μL體積比為1∶1的鹽酸吡啶溶液，0.1 mol·L?1的2-硝基苯肼溶液（NPH，美國Sigma公司）和0.3 mol·L?1的2-二甲基氨丙基碳化二亞胺（EDC，美國Sigma公司）溶液，搖勻后在黑暗中反應(yīng)2 h。之后，加入200 μL 0.4 g·mL?1的氫氧化鉀溶液，混勻后在70 ℃恒溫金屬?。℉B120-S，大龍興創(chuàng)實驗儀器有限公司）中加熱10 min，取上層清液，并經(jīng)過0.22 μm聚醚砜濾膜過濾到2 mL棕色進(jìn)樣瓶，之后用HPLC分析，分析時使用Agilent Eclipse XDB-C8（4.6 mm×150 mm×5 μm）反相色譜柱，檢測波長為400 nm。流動相A的組成為2 mmol·L?1溴化十四烷基甲胺（TDTMABr，美國Sigma公司）、2 mmol·L?1氫氧化四丁胺（TBAOH，美國Sigma公司）、2.5%正丁醇、50 nmol·L?1乙酸鈉，磷酸調(diào)節(jié)pH至4.5左右；流動相B為50 mmol·L?1的TDTMABr。進(jìn)樣體積為100 μL。海水樣品的衍生化過程與上述標(biāo)準(zhǔn)溶液的衍生化過程相同。

利用梯度洗脫程序?qū)?biāo)準(zhǔn)溶液和海水樣品進(jìn)行洗脫，初始流動相為100% A，5 min內(nèi)由100% A轉(zhuǎn)變?yōu)?00% B，5～25 min保持100%B，最后再由100%B轉(zhuǎn)變?yōu)?00%A。確定LA、AA和FA的保留時間分別在7.1 min、9.2 min、11.0 min左右，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液3種酸的濃度和峰面積繪制工作曲線。3種酸工作曲線的相關(guān)系數(shù)R2均高于0.999，在0～100 μmol·L?1范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系，能夠有效測定海水中LMWOAs的濃度，它們的檢出限和工作曲線方程如表2所示。海水樣品中3種酸的濃度由其峰面積和工作曲線確定，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。

表2 LA、AA和FA的工作曲線和檢出限Table 2 Calibration curves and detection limit of LA, AA and FA

1.5 避光條件下的加富培養(yǎng)實驗測定海水LWMOAs的凈轉(zhuǎn)化速率

將用于培養(yǎng)實驗的海水注滿300 mL的鹽水瓶，蓋上塑料頂蓋并用鋁蓋壓緊，從海上帶回實驗室后在4 ℃條件下保存。培養(yǎng)前根據(jù)現(xiàn)場水溫，將采集的鹽水瓶樣品分為平均水溫11.4 ℃和7.3 ℃兩組，并在恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)實驗。由于海水中LMWOAs濃度較低，為了降低實驗誤差，采取加富培養(yǎng)法，向樣品中加入均為所采集樣品最高濃度2倍的LA、AA和FA。同一培養(yǎng)溫度下的樣品分為實驗組和對照組，對照組先加入1 mL飽和HgCl2溶液（消除微生物影響），再加入根據(jù)海水樣品體積和最高濃度配制的LA、AA和FA的混酸溶液，對應(yīng)實驗組只加入濃度和體積與對照組相同的混酸溶液。實驗組和對照組都設(shè)置2組平行樣。用玻璃注射器分別從實驗組和對照組的鹽水瓶中采集2 mL水樣于4 mL棕色硅硼酸玻璃瓶中，用于分析樣品的初始LMWOAs濃度。采集完成后，將實驗組和對照組樣品同時放入培養(yǎng)箱進(jìn)行恒溫避光培養(yǎng)，記錄培養(yǎng)開始時間，24 h后培養(yǎng)結(jié)束，再次分別從實驗組和對照組取2 mL樣品，測定樣品培養(yǎng)后的LMWOAs濃度。在每次完成樣品采集后，按照1.4中的測定方法，在1 h內(nèi)立即開始樣品衍生化，使用HPLC儀測定其中的LMWOAs濃度。

微生物影響下LMWOAs的轉(zhuǎn)化速率（V（LMWOAs）m，單位為μmol·L?1·d?1）、LWMOAs的總轉(zhuǎn)化速率（V（LMWOAs）s，單位為μmol·L?1·d?1）和對照組非生物因素影響下LMWOAs的轉(zhuǎn)化速率（V（LMWOAs）n，單位為μmol·L?1·d?1）可以通過培養(yǎng)中LMWOAs濃度的增加或降低與培養(yǎng)時間的比值計算得到，并分別用V（LA）x、V（AA）x、V（FA）x和V（TOA）x（x=m, s, n）分別表示海水中LA、AA、FA和TOA的轉(zhuǎn)化速率，差值的正值表示凈產(chǎn)生，負(fù)值表示凈消耗。計算公式如下：

式中：C為實驗組培養(yǎng)24 h后各LMWOAs的濃度，C0為實驗組培養(yǎng)開始時各LMWOAs的濃度，C′為對照組培養(yǎng)24 h后各LMWOAs的濃度，C0′為對照組培養(yǎng)開始時各LMWOAs的濃度，單位均為μmol·L?1；t為培養(yǎng)時間，單位為d。

1.6 海水樣品營養(yǎng)鹽及其他參數(shù)的分析

1.6.1 營養(yǎng)鹽測定

冷凍的海水樣品于分析前24 h在室溫下解凍平衡并搖晃均勻，準(zhǔn)備上機(jī)測定前將其灌裝至潤洗后的10 mL硬質(zhì)塑料進(jìn)樣管內(nèi)。使用營養(yǎng)鹽自動分析儀（AA3，德國Seal公司）先測定標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，確定標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性和精密度，標(biāo)準(zhǔn)曲線R2＞0.999后，依據(jù)GB 17378.4—2007《海洋監(jiān)測規(guī)范第4部分：海水分析》（全國海洋標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC 283）, 2007）測定海水樣品中銨鹽N ）、亞硝酸鹽、硝酸鹽和磷酸鹽四項營養(yǎng)鹽的濃度。

1.6.2 水體其他基本參數(shù)測定

在海上取得水樣后，立即測定其DO濃度并同時測定其水溫和鹽度。使用配置有溶解氧電極（DO-957-Q，上海雷磁）的便攜式溶解氧測定儀（JPB-607A，上海雷磁）測定水樣的DO濃度；使用電子溫度計（RTS-208，深圳瑞斯特）測定其溫度，并根據(jù)顛倒溫度計的溫度進(jìn)行比較和校正；使用帶有自動溫度補(bǔ)償?shù)墓P式鹽度計（5052，上海三信）測定鹽度。

1.7 數(shù)據(jù)處理

使用Ocean Data View（ODV）繪制膠州灣采樣站位圖和海水樣品LMWOAs（LA、AA、FA、TOA）的濃度和LMWOAs轉(zhuǎn)化速率的水平變化圖；使用IBM SPSS Statistics 25軟件對樣品各參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析；使用Tbtools軟件作相關(guān)性熱圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 秋季膠州灣海水LMWOAs的分布特征

在秋季的膠州灣海水中可以檢出LA、AA、FA三種LMWOAs，它們在表層和底層海水的分布特征如圖2所示。

圖2 秋季膠州灣表層和底層海水LMWOAs水平分布Fig. 2 Horizontal distributions of LMWOAs in the surface and bottom seawater of the Jiaozhou Bay during autumn

由膠州灣秋季表層海水中LA的分布（圖2a、圖2d）可見，表層LA濃度為未檢出～（0.55±0.05）μmol·L?1，高值區(qū)位于洋河河口附近和西部灣口附近，最高值出現(xiàn)在E1站位，A1站位未檢出LA。底層海水中LA濃度介于（0.20±0.22）～（0.54±0.04） μmol·L?1，分布特征和表層類似，高值區(qū)位于洋河、李村河河口海域和灣口西部，最高值和最低值分別位于C5和E3站位。

由膠州灣秋季表層和底層海水中AA的分布（圖2b、圖2e）可知，表層海水AA濃度介于（1.22±0.01）～（3.39±0.08） μmol·L?1，在紅島附近、洋河和李村河河口附近海域出現(xiàn)高值，最高濃度出現(xiàn)在B2站位，最低濃度出現(xiàn)在B1站位。底層海水中AA的濃度范圍為（0.98±0.04）～（2.73±0.16）μmol·L?1，分布特征與表層相似，高值區(qū)出現(xiàn)于紅島附近海域，以及李村河、海泊河和洋河河口附近海域，最高值出現(xiàn)在紅島附近的B3站位，最低值出現(xiàn)在A2站位。

由膠州灣秋季表層和底層海水FA的分布（圖2c、圖2f）可知，表層海水FA濃度為未檢出～（3.35±0.07） μmol·L?1，高值區(qū)位于紅島以及灣口西岸附近，最高值出現(xiàn)在B2站位，在A2和D1站位未檢出FA。底層海水FA濃度范圍為未檢出～（1.17±0.06） μmol·L?1，水平分布特征與表層海水有一定的差異，其高值區(qū)分布于灣口東部和洋河河口附近海域，最高值和最低值分別位于E3和A2站位。

由膠州灣秋季表層和底層海水TOA（LA、AA、FA的濃度之和）的分布（圖2h、圖2i）可知，表層TOA濃度范圍為（1.64±0.04）～（7.19±0.03） μmol·L?1，在紅島附近和灣口東部沿岸附近海域出現(xiàn)高值區(qū)。底層海水TOA濃度范圍為（1.27±0.11）～（3.82±0.23） μmol·L?1，在紅島沿岸、灣口東部以及洋河、大沽河、李村河入?？诟浇Ｓ驖舛容^高，最高值出現(xiàn)在B3站位，最低值出現(xiàn)在A2站位。

從膠州灣表層和底層LMWOAs的水平分布特征來看，其高值區(qū)主要出現(xiàn)在紅島養(yǎng)殖區(qū)近岸、東西沿岸河口附近海域以及灣口附近，這些區(qū)域受人類影響較為劇烈，直接或間接向海水中引入了大量的陸源有機(jī)物，這些有機(jī)物通過微生物的呼吸作用降解，產(chǎn)生大量LMWOAs等中間產(chǎn)物，由于近岸海域DO濃度較低，對這些中間產(chǎn)物進(jìn)一步利用的速率降低，較多的LMWOAs被保存下來，使這些區(qū)域存在較高濃度的LMWOAs（Mueller et al, 1987）。

秋季膠州灣15個站位不同水層LMWOAs的平均濃度如表3所示?？傮w上，所有水層中LMWOAs的平均濃度存在AA＞FA＞LA的特征，AA、FA、LA占TOA（LA+AA+FA）的平均比例分別為63.99%、24.49%和11.52%。在日常的生產(chǎn)生活中，AA作為最重要的有機(jī)酸，存在大量的人為來源。在膠州灣周圍，人口眾多，并存在大量的化工、食品、釀酒等企業(yè)（呂麗娜, 2017），直接產(chǎn)生大量的AA或者AA的前體物質(zhì)，持續(xù)不斷地成為膠州灣海水AA的重要來源，導(dǎo)致膠州灣海水中的AA相比于FA和LA，具有更高的濃度。除了較為豐富的人為來源，膠州灣海水DO濃度較高，其中的浮游生物能夠?qū)⒂醒鹾粑a(chǎn)生的丙酮酸和乙酰輔酶A轉(zhuǎn)化為AA，為海水中的AA提供重要的生物來源。另外，秋季膠州灣海水3種LMWOAs的平均濃度均呈現(xiàn)表層高于底層的特征，表明表層海水較強(qiáng)的光化學(xué)降解作用使其中的溶解有機(jī)物降解產(chǎn)生LMWOAs，成為表層海水LMOWAs的重要來源，提高了表層海水LMWOAs的濃度（Bertilsso et al, 2000）。此外，秋季膠州灣海水AA和TOA的平均濃度在表層海水最高，在20 m水層最低。與表層海水相比，20 m水層光降解強(qiáng)度減弱，較低的溫度也降低了該水層浮游動物的活力；與底層海水相比，20 m水層受作為LMWOAs重要來源的沉積物再懸浮作用的影響較小。同時，AA是秋季膠州灣海水TOA的主要成分。在多種因素的作用下，AA和TOA濃度在20 m水層出現(xiàn)最低值。與AA相比，F(xiàn)A和LA濃度的垂直變化呈現(xiàn)不同的趨勢。FA的平均濃度在10 m水層最高，在底層最低；LA的平均濃度基本不受水深變化影響。到目前為止，海水中FA的產(chǎn)生機(jī)理和源匯狀況仍然缺乏相關(guān)研究，而LA主要是各種生物呼吸作用糖酵解過程的產(chǎn)物（Brooks et al, 2022; Wu et al, 2023），其在各水層濃度的一致性，表明整個膠州灣水體生物呼吸作用的強(qiáng)度相近，基本上不受水深和溫度差別影響。

表3 秋季膠州灣不同水層中LA、AA、FA和TOA的平均濃度Table 3 Mean concentrations of LA, AA, FA and TOA in different water layers of the Jiaozhou Bay during autumn

本研究與以往研究中海水LMWOAs濃度的對比結(jié)果（表4）表明：本研究中LMWOAs在膠州灣表層水的高值區(qū)域和3種酸占TOA的平均比例，與2010年10月（劉宗麗等, 2013）、2012年5月（周玉娟, 2013）和2014年（呂麗娜, 2017）在膠州灣的調(diào)查結(jié)果相近。但本研究中各LMWOAs的平均濃度和最高濃度均低于2017年之前對膠州灣表層海水LMWOAs的分析結(jié)果。這一方面與近年來青島市加大環(huán)境治理力度，膠州灣環(huán)境有所改善、海水中有機(jī)污染組分降低，陸地來源的LMWOAs減少有關(guān)（宋金明等, 2020）；另一方面與膠州灣海水中的LMWOAs存在顯著的季節(jié)性變化（Albert et al,1997; Lü et al, 2022）有關(guān)，以往對膠州灣海域的年度調(diào)查中發(fā)現(xiàn)其表層海水LMWOAs濃度往往在春季最高，秋、冬季節(jié)較低（Lü et al, 2017）。

表4 本研究與其他海域海水LMWOAs濃度的對比Table 4 Comparison of LMWOAs concentrations in the seawater between the Jiaozhou Bay and other sea areas

與不同海域海水LMWOAs的濃度比較，本研究的結(jié)果與周玉娟（2013）對2013年12月美國納拉甘西特灣表層海水中LMWOAs的檢測結(jié)果總體上最為接近；在其研究中，LA、AA的最高濃度分別為1.07、2.36 μmol·L?1，平均濃度分別為0.64、1.45 μmol·L?1。在其他海域，LMWOAs的濃度和分布都有各自的特點(diǎn)。例如，Albert等（1995）于1988年在黑海海水檢出LA、AA和FA，其中FA濃度較高，最高可達(dá)10 μmol·L?1，LA和AA大多介于0～4 μmol·L?1，與本研究的結(jié)果相近，但其一份采集自2000 m深度的缺氧海水樣品中，AA濃度高達(dá)60 μmol·L?1。Zhuang等（2019）在2015年和2016年墨西哥灣北部海域樣品的分析中發(fā)現(xiàn)海水中AA濃度≤2.4 μmol·L?1，與本研究的結(jié)果也比較接近。夏、秋季節(jié)長江口及其鄰近海域存在季節(jié)性缺氧，造成其海水LA、AA和FA的平均濃度均顯著高于膠州灣海水，并且秋季的LMWAOs平均濃度高于春季。這些研究結(jié)果表明缺氧環(huán)境對提高海水LMWOAs有重要作用。

2.2 膠州灣海水中LMWOAs的源與匯

海洋中LMWOAs的來源包括人為源和自然源。海水中LMWOAs的自然源包括光化學(xué)過程（Bertilsson et al, 2000）、微生物活動（Xiao et al, 2010）、沉積物釋放（Miller et al, 1979）和海洋上層水體有機(jī)物的沉降分解等。海水中LMWOAs的人為源，主要是人類生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的有機(jī)污染物通過地表徑流、直接排放和大氣輸送等方式輸送到海洋環(huán)境后，進(jìn)一步降解產(chǎn)生的（Cao et al, 2018）。在人類活動顯著的膠州灣近岸海域，河流輸入、生活污水、船舶壓艙水和洗艙水，以及工業(yè)污水的排放、海水養(yǎng)殖引入的餌料和生物排泄物、周邊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的污染物等，都向海水中輸入了大量有機(jī)物。這些有機(jī)物通過光化學(xué)反應(yīng)和微生物活動產(chǎn)生LMWOAs，使膠州灣近海海水中LMWOAs的濃度明顯升高（Xiao et al, 2013）。Liang等（2020）研究表明，膠州灣跨海大橋修建后，大量車輛經(jīng)過跨海大橋時排放的尾氣也成為膠州灣海水LMWOAs的重要來源。河流輸入是膠州灣海水中LMWOAs的重要來源。這些LMWOAs既有由河流的微生物活動、底泥釋放等自然過程產(chǎn)生的，也有由周邊生產(chǎn)、生活污水排放的有機(jī)物降解形成的，對膠州灣海水LMWOAs的濃度和分布起著重要的控制作用（Albert et al, 1995; Liang et al, 2020）。海洋中LMWOAs的主要去除路徑包括光化學(xué)過程和微生物的利用過程（Hernes et al, 2003）。在光輻射作用下，LMWOAs既可以通過光氧化過程轉(zhuǎn)化為無機(jī)碳，也可以通過光聚合過程形成難以生物降解的有機(jī)物大分子（Dahlén et al, 1996）。海洋中的微生物可以將AA作為碳源和能源（Zhuang et al, 2019），雖然目前沒有關(guān)于海洋微生物對其他LMWOAs產(chǎn)生和利用的相關(guān)研究，但它們可能與AA一樣作為碳源和能源參與海洋微生物的生命活動。

2.3 膠州灣海水LMWOAs轉(zhuǎn)化速率的變化特征

海水中復(fù)雜的自然過程伴隨著LMWOAs的轉(zhuǎn)化，包括LMWOAs的產(chǎn)生和去除，對海水LMWOAs的濃度和分布產(chǎn)生顯著影響。Ho等（2002）和Zhuang等（2019）使用放射性示蹤法分別調(diào)查了海水中AA的吸收速率，以及AA的同化和氧化速率，并指出AA在海洋中的循環(huán)可能是海洋溶解有機(jī)碳循環(huán)的重要組成部分，且微生物在AA的循環(huán)中可能起到了重要作用。

本研究通過室內(nèi)避光加富培養(yǎng)實驗探究了膠州灣海水LMWOAs的轉(zhuǎn)化速率，避免了光照對海水LMWOAs產(chǎn)生和消耗的影響。在本研究中，海水樣品保留了絕大部分微生物，在1.5章節(jié)中所設(shè)定的培養(yǎng)條件下，不同站位和深度的海水中LMWOAs的轉(zhuǎn)化速率主要受到微生物因素和其他非生物因素的綜合影響。

2.3.1 秋季膠州灣海水中LMWOAs總轉(zhuǎn)化速率的變化特征

秋季膠州灣海水LMWOAs總轉(zhuǎn)化速率的水平變化特征如圖3所示，速率正值表明存在LMWOAs的凈產(chǎn)生，負(fù)值則表明存在LMWOAs的凈消耗。

圖3 秋季膠州灣表層和底層海水中LMWOAs的總轉(zhuǎn)化速率變化Fig. 3 Variations of the total conversion rate of LMWOAs in the surface and bottom seawater of the Jiaozhou Bay during autumn

秋季膠州灣V（LA）s在表層和底層海水的水平變化情況（圖3a和圖3d）為：V（LA）s在表層和底層海水的變化范圍分別為?1.45～?0.59和?1.81～0.36 μmol·L?1·d?1。表層海水V（LA）s凈消耗高值區(qū)出現(xiàn)在李村河河口和灣口東部海域，最高值位于B5站位；低值區(qū)出現(xiàn)在灣內(nèi)西部沿岸及紅島沿岸海域，最低值位于C1站位。底層海水V（LA）s凈消耗的高值區(qū)出現(xiàn)在灣內(nèi)西南部及紅島附近海域，最高值出現(xiàn)在D2站位，低值區(qū)出現(xiàn)在灣口東部，最低值位于E3站位。LA只在E3和D4站位存在凈產(chǎn)生。

秋季膠州灣海水V（AA）s在表層和底層海水的水平變化情況（圖3b和圖3e）為：V（AA）s在表層和底層海水的變化范圍分別為?2.89～3.92和?3.79～3.46 μmol·L?1·d?1。表層海水V（AA）s凈消耗的高值區(qū)出現(xiàn)在灣內(nèi)南部以及灣口位置，最高值位于E1站位；凈產(chǎn)生的高值區(qū)出現(xiàn)在洋河和李村河口附近海域，最高值位于C1站位。底層V（AA）s凈消耗高值區(qū)出現(xiàn)在灣內(nèi)西南部和灣口海域，最高值位于E3站位；凈產(chǎn)生高值出現(xiàn)在灣內(nèi)北部，最高值位于B5站位。

秋季膠州灣海水中V（FA）s的水平變化情況（圖3c和圖3f）為：V（FA）s在表層和底層海水的變化范圍分別為?4.71～?2.10和?4.32～?0.88 μmol·L?1·d?1。膠州灣表層海水V（FA）s凈消耗的高值區(qū)位于灣內(nèi)西南部沿岸海域，最高值位于D1站位；低值區(qū)分布于灣口東部和婁山河河口海域，最低值位于E3站位。底層海水V（FA）s凈消耗高值區(qū)分布于灣內(nèi)東西兩岸近岸海域，最高值位于B5站位；低值區(qū)分布于紅島附近海域，最低值位于B2站位。

秋季膠州灣表層和底層海水V（TOA）s的水平變化情況（圖3h和圖3i）為：V（TOA）s在表層和底層海水的變化范圍分別為?6.93～0.14和?7.05～0.26 μmol·L?1·d?1。表層海水V（TOA）s凈消耗的高值區(qū)位于膠州灣南部，最高值位于C5站位；低值區(qū)則分布于洋河河口和婁山河河口海域，最低值位于B5站位；只有C1站位存在TOA的凈產(chǎn)生。底層海水V（TOA）s凈消耗高值區(qū)分布于膠州灣南部，最高值位于E3站位；低值區(qū)分布于膠州灣北部和海泊河附近海域，最低值位于D4站位；只有A2和B3站位存在TOA的凈產(chǎn)生。

整體上，秋季膠州灣海水3種LMWOAs總轉(zhuǎn)化速率的水平分布各具特點(diǎn)，變化特征較為復(fù)雜，但總轉(zhuǎn)化速率的極值總是出現(xiàn)在近岸海域，同一種LMWOAs的總轉(zhuǎn)化速率在表層和底層海水空間變化趨勢存在較大差異。

秋季膠州灣所有水層海水LMWOAs的平均總轉(zhuǎn)化速率如表5所示。整體上，3種LMWOAs均被凈消耗，并且（FA）s＞（LA）s＞（AA）s。（LA）s在20 m水層凈消耗達(dá)到最大，在表層、底層和10 m水層變化不大。（AA）s在表層和底層海水表現(xiàn)為凈產(chǎn)生，在10 m和20 m水層表現(xiàn)為凈消耗，表層海水（AA）s凈產(chǎn)生低于底層海水，20 m水層（AA）s凈消耗高于10 m水層。（FA）s在所有水層中均為凈消耗，不同水層（FA）s凈消耗水平順序為20 m層＞10 m層＞表層＞底層。（TOA）s在所有水層中也表現(xiàn)為凈消耗，且不同水層（TOA）s的變化順序與（FA）相同。由表5可見，秋季膠州灣海水中3種LMWOAs的平均總轉(zhuǎn)化速率凈消耗的最大值總是出現(xiàn)在20 m水層，而 凈消耗速率最小值或凈生成速率的最大值總是出現(xiàn)在底層。

表5 秋季膠州灣不同水層中的V （LMWOAs）s、V （LMWOAs）m、V（LMWOAs）n分布Table 5 The (LMWOAs)s, (LMWOAs)m and (LMWOAs)n in the different layers of the Jiaozhou Bay during autumn μmol·L?1·d?1

注：表中正值為凈產(chǎn)生，負(fù)值為凈消耗。

V（LMWOAs）s V（LMWOAs）m V（LMWOAs）n水 層V（TOA）n所有水層?0.88±0.43?0.07±2.33?3.15±0.85?4.10±2.55?2.17±3.50?0.85±2.47?2.48±2.03 ?5.50±5.201.29±3.430.78±1.14?0.67±1.711.40±4.23表層?0.91±0.280.17±2.16?3.25±0.66?3.99±2.21?2.90±5.18?0.81±2.41?2.02±2.13 ?5.72±7.021.99±5.240.98±1.44?1.23±1.861.74±6.3310 m層?0.80±0.24?1.50±1.57?3.62±0.63 ?5.9±1.21?1.09±0.77?1.75±2.13?3.13±1.29 ?5.98±2.770.30±0.690.25±1.29?0.49±1.460.06±1.9220 m層?1.20±0.82?3.63±1.23?3.97±0.87 ?8.5±0.46?1.98±0.65?4.05±2.09?4.88±0.75?10.91±0.690.78±0.170.41±0.861.22±0.132.41±1.16底層?0.84±0.570.64±2.29?2.84±1.02?3.02±2.48?1.83±1.19?0.16±2.46?2.42±2.06 ?4.41±3.521.00±1.250.80±0.75?0.42±1.591.38±1.98 V（LA）s V（AA）s V（FA）s V（TOA）s V（LA）m V（AA）m V（FA）m V（TOA）m V（LA）n V（AA）n V（FA）n

2.3.2 秋季膠州灣海水LMWOAs微生物轉(zhuǎn)化速率的變化特征

分析秋季膠州灣表層和底層海水中V（LA）m的變化情況（圖4a和圖4d）可知：V（LA）m在表層和底層的變化范圍分別為?10.71～0.27和?5.61～?0.57 μmol·L?1·d?1。V（LA）m凈消耗的最大值出現(xiàn)在A1站位，僅B2站位的微生物能夠凈產(chǎn)生LA。底層海水V（LA）m的最大值也同樣出現(xiàn)在A1站位，最小值出現(xiàn)在D4站位。在膠州灣表層和底層海水V（LA）m凈消耗的高值區(qū)域都分布在膠州灣西北部沿岸，表層海水V（LA）m凈消耗的低值區(qū)主要分布于洋河河口附近海域，底層海水V（LA）m凈消耗的低值區(qū)主要分布于洋河和海泊河河口附近海域。

圖4 秋季膠州灣表層和底層海水LMWOAs的微生物轉(zhuǎn)化速率變化Fig. 4 Variations of microbial conversion rate of LMWOAs in the surface and bottom seawater of the Jiaozhou Bay during autumn

由膠州灣秋季表層和底層海水V（AA）m的變化趨勢（圖4b和圖4e）可知：表層和底層海水V（AA）m的變化范圍分別為?4.49～4.04和?4.67～3.51 μmol·L?1·d?1。表層海水中，V（AA）m凈消耗的高值區(qū)分布在膠州灣南部和西南部沿岸，最高值位于D1站位；V（AA）m凈產(chǎn)生的高值區(qū)分布于洋河、李村河河口附近海域，最高值位于C1站位。底層海水V（AA）m凈消耗的高值區(qū)分布于膠州灣南部和東南部沿岸，最高值出現(xiàn)在E3站位，V（AA）m凈產(chǎn)生的高值區(qū)域分布于灣內(nèi)北部和東北部沿岸，最高值出現(xiàn)在B3站位。

分析秋季膠州灣海水中V（FA）m的水平變化特征（圖4c和圖4f）可知：V（FA）m在表層和底層海水的變化范圍分別為?6.46～2.33和?7.17～0.91 μmol·L?1·d?1。表層海水中，V（FA）m凈消耗的高值區(qū)分布于灣內(nèi)西南部，在D1站位出現(xiàn)最大值，在灣內(nèi)東北部的A2和B2站位的微生物能夠凈產(chǎn)生FA。底層海水中，V（FA）m凈消耗高值區(qū)位于李村河附近海域，最大值出現(xiàn)在C5站位，并且在A2和B2站位其微生物也能夠凈產(chǎn)生FA。

秋季膠州灣海水V（TOA）m的水平變化情況（圖4h和圖4i）顯示：V（TOA）m在表層和底層海水的變化范圍為?12.81～2.58和?10.43～1.30 μmol·L?1·d?1。表層海水中，V（TOA）m凈消耗的高值區(qū)位于膠州灣西北部沿岸，最高值位于D1站位；凈產(chǎn)生的高值區(qū)位于洋河河口和婁山河河口附近，最高值出現(xiàn)在B2站位。底層海水中，V（TOA）m凈消耗的高值區(qū)分布于灣內(nèi)南部沿岸和灣口西部，最大值出現(xiàn)在E3站位；僅在A2和B3站位的微生物可以凈產(chǎn)生TOA，其中A2站位凈產(chǎn)生速率最高。

圖4的結(jié)果表明，秋季膠州灣海水中，微生物生產(chǎn)和消耗LMWOAs過程同時進(jìn)行。不僅在同一站位3種LMWOAs凈產(chǎn)生和凈消耗的分布區(qū)域存在較大差異，而且同一種LMWOAs的微生物轉(zhuǎn)化速率在水平方向上變化趨勢復(fù)雜，在較小的范圍內(nèi)往往出現(xiàn)劇烈的變化。例如，在膠州灣西北部海域，從A1到C2站位，在5 km左右的范圍內(nèi)，V（LA）m從凈消耗的最高值變成了凈產(chǎn)生的最高值。秋季膠州灣海水中V（LA）m、V（AA）m、V（FA）m和V（TOA）m在空間分布上的變化和差異可能是多種微生物參與的結(jié)果，導(dǎo)致海水中LMWOAs的微生物轉(zhuǎn)化過程具有局部性、多樣性的特點(diǎn)，使LMWOAs的微生物轉(zhuǎn)化速率在較小的范圍內(nèi)呈現(xiàn)大幅度變化。Zhuang等（2019）對墨西哥灣海水AA周轉(zhuǎn)率的研究發(fā)現(xiàn)，海水中有SAR11-α變形菌和R.莢膜菌等多種高豐度的異養(yǎng)微生物，并可能參與AA代謝，這與本研究對LMWOAs可以參與海洋微生物生命活動的結(jié)論一致。水平方向上的V（AA）m與2.3.1章節(jié)中生物因素和非生物因素綜合影響下的V（AA）s相比，在表層和底層海水的凈產(chǎn)生和凈消耗的區(qū)域分布幾乎一致，表層海水中，它們凈產(chǎn)生速率的高值區(qū)都位于洋河、李村河河口，凈消耗速率的高值區(qū)都在灣內(nèi)南部及灣口海域，底層海水中，它們凈產(chǎn)生速率高值區(qū)都在灣內(nèi)北部及紅島附近，凈消耗速率的高值區(qū)都在灣口附近海域，說明在本研究設(shè)定的避光培養(yǎng)條件下，微生物活動可能是影響LMWOAs轉(zhuǎn)化速率的主要因素。

由秋季膠州灣15個站位不同水層V（LA）m、V（AA）m、V（FA）m和V（TOA）m的平均速率（表5）可知，3種LMWOAs在膠州灣海水微生物的作用下，整體上都出現(xiàn)凈消耗，其消耗速率大小為（FA）m＞（LA）m>（AA）m。在不同深度的海水中，LMWOAs的平均微生物凈消耗速率有一定差距，其凈消耗水平為：對于（LA）m，表層＞20 m層＞底層＞10 m層；對于（AA）m，20 m層＞10 m層＞表層＞底層；對于（FA）m，20 m層＞10 m層＞底層＞表層；對于（TOA）m，20 m層＞10 m層＞表層＞底層?？梢?，20 m和10 m層海水中的微生物消耗AA和FA最快，這是因為這2種成分占TOA的比例較高，超過了90%，導(dǎo)致中層海水的微生物能以較快的速率消耗TOA。這些結(jié)果表明，對微生物而言，表層海水的陽光、海-氣交換過程和底層海水的沉積物的再懸浮過程都可能導(dǎo)致表層、底層的海水環(huán)境不斷出現(xiàn)顯著變化，其環(huán)境的穩(wěn)定性整體上不如中層海水，進(jìn)而影響表層和底層海水微生物的群落結(jié)構(gòu)和豐度。微生物需要對這種不斷變化的環(huán)境進(jìn)行調(diào)整適應(yīng)，影響了它們對有機(jī)物的利用，從而在整體上降低了它們對AA和FA的消耗能力。

2.3.3 秋季膠州灣海水LMWOAs非生物轉(zhuǎn)化速率的變化特征

秋季膠州灣在表層和底層海水V（LA）n的水平變化情況（圖5a和圖5d）顯示：V（LA）n在表層和底層海水的變化范圍分別為?0.87～10.12和?0.05～5.13 μmol·L?1·d?1。表層海水中，V（LA）n凈產(chǎn)生高值區(qū)出現(xiàn)在灣內(nèi)西北部海域，最高值位于A1站位；凈消耗的高值區(qū)出現(xiàn)在大沽河河口附近的B1、B2站位，并在B2站位達(dá)到最高。底層海水V（LA）n的分布與表層海水類似，其凈產(chǎn)生高值區(qū)同樣出現(xiàn)在灣內(nèi)西北部海域，最高值位于A1；僅在C3站位存在LA的非生物凈消耗。

圖5 秋季膠州灣表層和底層海水LMWOAs的非生物轉(zhuǎn)化速率變化Fig. 5 Variations of abiotic conversion rates of LMWOAs in the surface and bottom seawater of the Jiaozhou Bay during autumn

秋季膠州灣海水V（AA）n在表層和底層海水的水平變化情況（圖5b和圖5e）顯示：V（AA）n在表層和底層海水的變化范圍分別為?0.65～5.24和?0.70～2.22 μmol·L?1·d?1。表層海水中，V（AA）n凈產(chǎn)生的高值區(qū)出現(xiàn)在曹汶河河口附近，最高值位于D1站位；凈消耗的高值區(qū)出現(xiàn)在灣內(nèi)東部海域，最高值位于D4站位。底層海水中，V（AA）n凈產(chǎn)生高值區(qū)出現(xiàn)在灣內(nèi)西北部和灣口位置，最高值位于B2站位；凈消耗高值區(qū)出現(xiàn)在灣內(nèi)中央，最高值位于C3站位。

秋季膠州灣海水中V（FA）n的水平變化情況（圖5c和圖5f）顯示：V（FA）n在表層和底層海水的變化范圍分別為?5.00～2.07和?2.73～3.21 μmol·L?1·d?1。在表層海水，V（AA）n凈產(chǎn)生的高值區(qū)位于灣內(nèi)西南部沿岸以及灣口位置，最高值位于E1站位；凈消耗高值區(qū)位于紅島附近和中央海域，最高值位于B2站位。底層海水V（AA）n凈產(chǎn)生高值區(qū)分布于灣內(nèi)東岸，最高值位于C5站位；凈消耗高值區(qū)分布于灣內(nèi)北部海域，最高值位于A2站位。

秋季膠州灣表層和底層海水V（TOA）n的水平變化情況（圖5h和圖5i）顯示：在表層和底層海水的變化范圍分別為?4.80～10.61和?1.21～5.66 μmol·L?1·d?1。表層海水V（TOA）n凈消耗的高值區(qū)位于洋河河口和灣內(nèi)中央位置，最高值位于B2站位；凈產(chǎn)生的高值區(qū)分布于灣內(nèi)西北部，最高值位于A1站位。底層海水V（TOA）n凈消耗高值區(qū)分布于膠州灣東北部，最高值位于A2站位；凈產(chǎn)生的高值區(qū)分布于膠州灣西北部和海泊河河口附近海域，最高值位于C5站位。

秋季膠州灣海水的非生物過程，在部分區(qū)域凈產(chǎn)生LWMOAs，在另一部分區(qū)域凈消耗LMWOAs，以凈產(chǎn)生為主。V（TOA）n的水平分布變化特征較為復(fù)雜，同一種LMWOAs的非生物轉(zhuǎn)化速率在表層和底層海水的變化特征呈現(xiàn)出一定的差異，表明秋季膠州灣表層和底層海水可能存在不同的產(chǎn)生和消耗LMWOAs的非生物過程。

由秋季膠州灣不同水層V（LA）n、V（AA）n、V（FA）n和V（TOA）n的平均速率（表5）可知：在所有水層中，LA和AA都出現(xiàn)非生物的凈產(chǎn)生，且（LA）n>（AA）n；除20 m水層外，F(xiàn)A都有非生物的凈消耗。在不同深度的海水中，（LA）n和V（AA）n的凈產(chǎn)生水平從大到小依次為：表層＞底層＞20 m層＞10 m層；不同水層中（FA）n的凈消耗水平從大到小依次為：表層＞10 m層＞底層。總體上，非生物過程使TOA在所有水層中出現(xiàn)凈產(chǎn)生，（TOA）n的變化順序為：20 m層＞表層＞底層＞10 m層。

秋季膠州灣海水LMWOAs的總轉(zhuǎn)化速率、微生物轉(zhuǎn)化速率和非生物轉(zhuǎn)化速率的平均值（表6）反映了膠州灣LMWOAs轉(zhuǎn)化的整體情況。膠州灣海水中的微生物在避光條件下，對3種LMWOAs都以較高的速率凈消耗，說明這3種有機(jī)酸都是微生物新陳代謝過程重要的碳源。而非生物過程能夠凈產(chǎn)生LA和AA兩種有機(jī)酸，是秋季膠州灣海水LMWOAs的重要來源。在本研究設(shè)定的培養(yǎng)條件下，光化學(xué)反應(yīng)生成LMWOAs的過程被屏蔽。在排除光化學(xué)反應(yīng)后，化學(xué)過程成為秋季膠州灣海水生產(chǎn)LMWOAs的主要過程。在適宜的海水溫度和壓力條件下，能夠生成LMWAOs的化學(xué)反應(yīng)也需要酶的催化，因此，胞外酶可能成為這些化學(xué)反應(yīng)的催化劑。除了海水中已經(jīng)存在的胞外酶，在本研究中，當(dāng)海水中的微生物被HgCl2殺死后，死亡細(xì)胞中大量的酶會被釋放到海水中，這些酶的一部分尚具有活性，短期仍然可能催化相應(yīng)的生物化學(xué)反應(yīng)生成或消耗一些LMWOAs。AA和LA是呼吸作用重要的中間產(chǎn)物，能夠由多種不同的底物如糖酵解過程的丙酮酸、三羧酸循環(huán)的乙酰輔酶A等在酶的催化下產(chǎn)生；由于這3種LMWOAs可以作為微生物生命活動的碳源和能源，微生物的死亡會顯著減少對LMWOAs的消耗，導(dǎo)致AA和LA在研究海域整體上的凈產(chǎn)生。與AA和LA不同，在非生物因素影響下，F(xiàn)A的平均轉(zhuǎn)化速率仍然表現(xiàn)為凈消耗。FA是C1化合物，截至目前的研究表明，海水中產(chǎn)生FA的過程是甲烷的氧化過程（趙慧敏等, 2016）。劉曉娜等（2023）證實在藻類的生長過程中，也能夠釋放FA。對照組海水樣品的微生物都被殺死，避光條件下藻類也無法生長，另外甲烷氧化成FA的過程需要多種酶進(jìn)行多步反應(yīng)才能完成，與之相比，F(xiàn)A氧化成二氧化碳的過程步驟要少得多，較少的酶參與就可以完成。因此，對照組樣品中FA更傾向于被消耗生成二氧化碳，所以FA的產(chǎn)生過程相對于LA和AA受到微生物死亡的影響更加顯著，使研究海域海水的FA在整體上出現(xiàn)凈消耗。綜合表6的結(jié)果顯示，秋季膠州灣海水中，微生物的利用是LMWOAs重要的匯，而非生物過程是LMWOAs重要的源。整體上，如果沒有光照的影響，膠州灣海水是LMWOAs的匯。

表6 微生物和非生物過程影響下秋季膠州灣海水LMWOAs的平均轉(zhuǎn)化速率Table 6 Average conversion rates of LMWOAs in the seawater of the Jiaozhou Bay during autumn under different microbial and abiotic processes μmol·L?1·d?1

2.4 膠州灣海水不同LMWOAs之間的關(guān)系

2.4.1 利用FA與AA濃度的比值判定LMWOAs的來源

以往的研究表明，大氣降雨中FA和AA的濃度普遍存在良好的相關(guān)性，說明它們在環(huán)境中可能有相同的來源或者被相似的影響因素所控制（徐剛等, 2009; 鄒長偉等, 2023）。江偉等（2008）基于氣液平衡的原理，系統(tǒng)地計算出與大氣相平衡的液相中FA與AA濃度比值（F/A）的理論值，目前F/A的值已被成功應(yīng)用于評估雨水（徐剛等, 2009; 李一蘭等, 2018）和表層海水（Albert et al, 1995; Lü et al, 2020）中低分子量有機(jī)物的主要來源。Albert等（1995） 和Lü等（2020）分別調(diào)查了黑海、長江口和東海海水的LMWOAs，結(jié)果顯示受人類活動影響較小的黑海中央海域F/A值介于2～4，而長江口附近F/A值遠(yuǎn)低于2。本研究采用Lü等（2020）所使用的理論值（F/A=2.0）來確定LMWOAs的來源。若F/A＜2.0，說明LMWOAs主要來源于人類活動；若F/A＞2.0，則說明LMWOAs主要源于天然過程。

分析各站位膠州灣秋季表層海水中的F/A值（圖6）可知，膠州灣15個站位所采集海水的F/A值均小于2，表明膠州灣表層海水的LMWOAs主要來自人類活動。膠州灣沿岸存在密集的居民區(qū)、化工廠、農(nóng)業(yè)區(qū)和水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)，以及眾多的港口碼頭，不斷向海水中輸入大量的有機(jī)物，成為膠州灣LMWOAs的重要來源，由于人類活動產(chǎn)生了大量的AA或者AA的前體物質(zhì)，使得膠州灣海水中AA濃度總是大于FA濃度，所以，由F/A比值遠(yuǎn)低于2推斷出膠州灣海水LMWOAs主要來源于人類活動的結(jié)論是合理的。

圖6 秋季膠州灣表層海水中FA和AA濃度的比值Fig. 6 Ratio of FA to AA in the surface seawater of the Jiaozhou Bay during autumn

2.4.2 LMWOAs濃度及其轉(zhuǎn)化速率間的相關(guān)性

對膠州灣秋季所有水層中LMWOAs的濃度、LMWOAs的總轉(zhuǎn)化速率、微生物轉(zhuǎn)化速率和非生物轉(zhuǎn)化速率作相關(guān)性分析，參數(shù)間的皮爾遜（Pearson）相關(guān)系數(shù)（r）如圖7所示。r的大小表示線性相關(guān)程度，正、負(fù)號分別表示相關(guān)關(guān)系的正、負(fù)； 利用p值判斷不同參數(shù)之間的差異顯著性，p＜0.05表明兩個參數(shù)之間存在顯著差異，p＜0.01表明兩個參數(shù)之間存在極顯著差異。

圖7 秋季膠州灣海水LMWOAs濃度及轉(zhuǎn)化速率間的相關(guān)分析Fig. 7 Correlation analysis between LMWOAs concentrations and conversion rates in the seawater of the Jiaozhou Bay during autumn

LMWOAs濃度間的相關(guān)性分析結(jié)果（圖7）表明，膠州灣海水中LA與AA（p＜0.05，r=0.38）、AA與FA（p＜0.05，r=0.39）的濃度之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系，說明LMWOAs在秋季膠州灣海水中有相似的來源，這與Liang等（2020）認(rèn)為2017年膠州灣海水中AA和FA的濃度間存在極強(qiáng)的正相關(guān)性，且二者均有相似起源過程的結(jié)論一致。

LMWOAs的轉(zhuǎn)化速率之間的相關(guān)性分析結(jié)果（圖7）表明，膠州灣秋季海水的V（AA）s與V（FA）s（p>0.05），V（AA）n與V（FA）n（p>0.05）不存在顯著相關(guān)性，但V（AA）m與V（FA）m（p＜0.01，r=0.42）存在極強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，這說明膠州灣海水中AA與FA存在相似的微生物新陳代謝過程，進(jìn)一步支持本研究得到的AA和FA有相似生物來源的結(jié)論。

另外，膠州灣秋季海水V（AA）s和AA的濃度（p＜0.01，r=0.44）之間、V（AA）m和AA的濃度之間（p＜0.01，r=0.43）都存在極強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系。微生物凈產(chǎn)生AA速率越高的海域，其AA濃度越高，反之則越低，這表明秋季膠州灣海水中微生物的生產(chǎn)和消耗對其AA濃度有重要貢獻(xiàn)。而V（AA）m與V（AA）s（p＜0.01，r=0.89）之間也有極強(qiáng)的相關(guān)性，表明在避光培養(yǎng)時，受微生物影響的V（AA）m對總轉(zhuǎn)化速率V（AA）s起決定性作用，也就是說秋季膠州灣海水的微生物決定了AA的轉(zhuǎn)化。圖7的結(jié)果亦表明，3種LMWOAs的微生物轉(zhuǎn)化速率與其對應(yīng)的非生物轉(zhuǎn)化速率都存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明膠州灣海水產(chǎn)生或消耗LMWOAs的非生物過程與微生物過程密切相關(guān)。雖然微生物死亡導(dǎo)致微生物生物量減少，但其死亡釋放的酶促進(jìn)了海水LMWAOs的非生物轉(zhuǎn)化，促使3種LMWOAs的微生物轉(zhuǎn)化速率與其對應(yīng)的非生物轉(zhuǎn)化速率出現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。

2.5 LMWOAs的轉(zhuǎn)化速率與不同環(huán)境因素間的相關(guān)分析

秋季膠州灣海水中AA和FA的轉(zhuǎn)化速率受水深（Z）、溫度（θ）、鹽度（S）、DO和營養(yǎng)鹽等環(huán)境因素的影響顯著（圖8）。當(dāng)V（AA）s與其他參數(shù)呈顯著相關(guān)時，V（AA）m也總是與對應(yīng)參數(shù)呈現(xiàn)相似的相關(guān)性并具有相近的相關(guān)系數(shù)，而且V（AA）m與V（AA）s之間具有較高的相關(guān)性（圖7），這進(jìn)一步表明在排除光降解的條件下，V（AA）m是影響V（AA）s及其分布特征的主要因素。

圖8 秋季膠州灣海水 LMWOAs 轉(zhuǎn)化速率及環(huán)境參數(shù)間的相關(guān)分析Fig. 8 Correlation analysis between the conversion rates of LMWOAs and environmental parameters in the seawater of the Jiaozhou Bay during autumn

膠州灣海水水溫（θ）與V（AA）s（p＜0.01，r=?0.61）、V（AA）m（p＜0.01，r=?0.43）之間存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明原位海水溫度越高，AA的凈消耗趨勢越顯著。在秋末季節(jié)，不同水層的海水溫差較大，初級生產(chǎn)力較低，藻類來源的AA減少。較高的海水溫度能夠提高異養(yǎng)微生物的新陳代謝能力，有利于微生物通過呼吸作用加快利用作為碳源的AA，從而增加AA的凈消耗，使V（AA）s與V（AA）m出現(xiàn)負(fù)相關(guān)。海水DO濃度與V（AA）s（p＜0.01，r=?0.41）間存在極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明在DO濃度越低的海域，AA凈生成的趨勢越顯著，這與Lü等（2022）發(fā)現(xiàn)的長江口及其鄰近海域LMWAOs高值區(qū)域與缺氧區(qū)域總是重疊的結(jié)果相符，進(jìn)一步表明DO濃度較低的海水環(huán)境有利于AA的生成。

鹽度（S）與V（AA）s、V（AA）m之間呈顯著的負(fù)相關(guān)性（均為p＜0.05），表明隨海水鹽度的降低，AA的凈生成速率呈現(xiàn)增加的趨勢。膠州灣海水的鹽度實際上反映了其受周邊河水影響的情況。周邊河流的淡水輸入導(dǎo)致膠州灣河口周邊海水的鹽度降低。河水輸入向海水提供了大量的有機(jī)物，有利于LMWOAs尤其是AA的凈生成，使V（AA）s上升，這種相關(guān)性進(jìn)一步證明河流輸入是膠州灣LMWOAs的重要來源。

進(jìn)一步分析可知，秋季膠州灣海水4種營養(yǎng)鹽的濃度（包括NH+4-N、NO?2-N、NO?3-N和PO34?-P）與V（AA）s、V（AA）m和V（FA）m都呈顯著正相關(guān)關(guān)系（均為p＜0.05）（圖8），表明在營養(yǎng)鹽濃度較高的海水中，AA和FA都趨向于凈生成。營養(yǎng)鹽濃度較高的海域為浮游植物的生長提供了有利條件，從而能合成更多的有機(jī)物，在避光條件下，這些有機(jī)物成為微生物生產(chǎn)LMWOAs的重要來源，從而導(dǎo)致膠州灣海水AA和FA的凈產(chǎn)生趨勢隨海水營養(yǎng)鹽濃度的提高而更加顯著。另一方面，這4種營養(yǎng)鹽濃度與V（FA）n間卻存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（均為p＜0.05），說明在避光非生物因素影響下，較高的海水營養(yǎng)鹽濃度直接或間接促進(jìn)了FA的消耗；但是到目前為止，海水中甲酸的消耗途徑與營養(yǎng)鹽的關(guān)系尚未見文獻(xiàn)報道，需要在今后的工作中進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論

本研究利用在2022年11月30日采集的膠州灣海水樣品，分析了秋季膠州灣海水中LMWOAs的空間分布特征。通過加富培養(yǎng)法，研究了膠州灣海水中LMWOAs的轉(zhuǎn)化速率，利用相關(guān)分析探討了LA、AA和FA之間的關(guān)聯(lián)狀況，并對可能影響LMWOAs轉(zhuǎn)化速率的因素進(jìn)行了分析。主要結(jié)論如下：

1）2022年秋季的膠州灣海水中，存在LA、AA和FA三種LMWOAs，AA為其主要成分。膠州灣海水LMWOAs主要來源于人類活動，其濃度的高值區(qū)普遍出現(xiàn)在紅島養(yǎng)殖區(qū)、灣口近岸和河口區(qū)域，且表層海水LA、AA和FA的平均濃度均高于底層。

2）在避光加富培養(yǎng)條件下，秋季膠州灣海水LMWOAs既存在凈產(chǎn)生，也存在凈消耗，它們的總轉(zhuǎn)化速率、微生物轉(zhuǎn)化速率以及非生物轉(zhuǎn)化速率呈現(xiàn)復(fù)雜的空間變化趨勢，往往在較小的范圍出現(xiàn)劇烈波動，具有局部性、多樣性特點(diǎn)，反映膠州灣水體的微生物多樣性。

3）秋季膠州灣海水微生物作用對3種LMWOAs都為凈消耗，非生物作用對FA為凈消耗，對LA與AA為凈產(chǎn)生，LMWOAs的微生物轉(zhuǎn)化速率與非生物轉(zhuǎn)化速率顯著負(fù)相關(guān)?？傮w上，膠州灣水體LMOWAs的微生物轉(zhuǎn)化速率對其總轉(zhuǎn)化速率有決定性的影響作用，3種LMWOAs的總轉(zhuǎn)化速率在秋季膠州灣海水中均為凈消耗。

4）FA和AA在秋季膠州灣海水中的轉(zhuǎn)化速率均受到DO、鹽度和營養(yǎng)鹽等的顯著影響，二者存在相似的微生物來源。水溫和鹽度的降低、營養(yǎng)鹽濃度的升高和周邊河流的輸入，都有利于促進(jìn)水體中微生物對FA和AA的凈產(chǎn)生，有利于非生物反應(yīng)對FA的凈消耗；DO濃度的降低，有利于促進(jìn)非光化學(xué)反應(yīng)下海水體系中AA的凈產(chǎn)生。