珠江口溶解有机碳的生物降解、光化学降解及其耦合作用研究

The fate of the terrestrial organic matter in the ocean is a key to understand the global carbon cycle and its anthropogenic perturbations. It is estimated that up to 2.5 Gt/y of dissolved organic carbon (DOC) is discharged to the ocean by rivers, which is sufficient to support the entire DOC turnover in the ocean. However, evidence from the biomarker and carbon isotopic ratio (δ13C) of the bulk DOC in the ocean showed little terrestrial signal. It is therefore suggested that terrestrial dissolved organic matter must undergo rapid removal and decomposition within the estuaries. Unfortunately, the rapid removal mechanisms of the terrestrial DOC are largely unknown. The traditional distribution of bulk DOC along with salinity provides little information about DOC transport, transformation, and removal in the estuaries.This proposed research will take the Pearl River Estuary as an example to examine the bioavailability and photoreactivity of DOC. Based on on-site observation, controlled incubation, synthesis analysis, this study will attempt to reveal the linkages among the bioavailability, photoreactivity and chemical composition of DOC. The mechanisms controlling the removal of DOC and its major compound classes will also be elaborated.

河口碳循环对全球海洋碳循环过程和碳收支，以及区域生态环境具有重要影响。河流每年向海洋输送约2.5亿吨的陆源溶解有机碳 (DOC)，这些陆源DOC足以维持整个海洋中DOC的周转，但是令人困惑的是海洋中无法追踪到其原有的信号，说明大部分陆源DOC在河口混合过程中被快速转化或去除。以往的研究多是从DOC的总浓度层面研究其河口行为，无法深入认识DOC在河口的迁移、转化和去除过程。因而，陆源DOC在河口快速去除的机制至今仍是个未解之谜。本项目拟从DOC的组成层面研究河口DOC的生物地球化学循环过程和控制机制，选择珠江口为研究区域，通过现场观测－受控培养实验－综合分析，研究珠江口DOC的组成、生物活性和光化学活性的时空变化规律及其关键的影响因素，探讨有机物组成和活性之间的关系，揭示陆源DOC在河口的去除过程和控制机理。为深入认识河口碳的循环过程以及科学评估陆架边缘海在全球碳循环中的作用提供理论依据。

本项目选择珠江口为研究区域，通过现场观测和受控培养实验，系统研究了珠江口溶解有机物（DOM）的组成、生物活性和光化学活性的时空变化规律及其关键的影响因素，有机物组成和活性之间的关系，以及DOM的生物降解和光化学降解之间的耦合作用。此外，对影响有机物降解的酶催化作用机制，以及珠江口下游缺氧区耗氧有机物的来源也进行了深入研究。.结果发现，珠江口溶解有机碳（DOC）的浓度范围为60-500μmol/L，河口上游DOC浓度显著高于河口下游，近岸海域西侧明显高于东侧，DOC浓度的季节变化表现为冬季和春季显著高于夏季和秋季。尽管DOC浓度的季节差异显著，但是DOM的主要组分糖类的季节差异却不显著，冬季的总糖碳占DOC的14%-24%，略低于夏季的18%-28%。DOM的紫外吸收系数a254、比紫外吸收系数SUVA254和类腐殖质的荧光组分(C1，C2，C3)均呈现河口上游高下游低，近岸海域西侧高、东侧较低的分布特征，说明河流输入是珠江口及其近岸海域有色溶解有机物和类腐殖质的主要来源，且河流输入的陆源DOM具有较高的芳香化程度。.生物可利用溶解有机碳（BDOC）的分布呈现显著的空间差异和季节变化。从河口上游往下游方向BDOC含量迅速下降，到主混合区降至最低值，之后在河口下游BDOC含量有所回升。河口下游BDOC的升高主要受浮游植物的现场生产和惰性DOM的光化学转化控制。微生物降解是导致河口上游到主混合区BDOC下降的主要因素。微生物通过胞外酶，可以有效降解DOM中的糖类、氨基酸和类腐殖质组分，但各组分的降解率差异显著。糖类和氨基酸的降解率远高于类腐殖质化合物。光降解对DOM的矿化程度虽然不高，但却能显著降解DOM中的荧光组分和光吸收组分，生成生物活性较高的有机小分子。因此，通过生物降解和光化学降解的耦合作用，不仅能够有效去除河流输入的陆源DOM，而且可以显著改变陆源DOM的组成和生物可利用性。