渤海近岸水体有色溶解有机物的光吸收特征及其分布*

2016-12-12 02:36谢琳萍王保栋何秀平
海洋科学进展 2016年1期
关键词:莱州湾辽东湾陆源

谢琳萍,王保栋,辛 明,何秀平,孙 霞

(1.国家海洋局 第一海洋研究所,山东 青岛 266061;2.青岛海洋科学与技术国家实验室 海洋生态与环境科学功能实验室,山东 青岛 266071)



渤海近岸水体有色溶解有机物的光吸收特征及其分布*

谢琳萍1,2,王保栋1,2,辛 明1,2,何秀平1,2,孙 霞1,2

(1.国家海洋局 第一海洋研究所,山东 青岛 266061;2.青岛海洋科学与技术国家实验室 海洋生态与环境科学功能实验室,山东 青岛 266071)

依据2011-08和2012-05的现场调查资料,分析渤海水体有色溶解有机物(CDOM)的光谱吸收特性,研究其分布变化特征及影响因素。结果表明:渤海水体a355的变化范围为0.38~4.15 m-1,均值为1.33 m-1,表现为莱州湾>渤海湾>辽东湾,春季>夏季的时空变化特征;表层海水a355的水平分布基本呈近岸及河口区高、远岸稍低的变化规律。光谱斜率S275~295和S350~400的变化范围分别为0.011~0.074 nm-1和0.012~0.195 nm-1,春季整体高于夏季。光谱斜率比SR的变化范围为0.25~2.25,平均值为0.88,夏季略高于春季,其中春季渤海湾最高,莱州湾次之,辽东湾最低;夏季则莱州湾高于渤海湾。渤海春季水体CDOM主要来源于生物现场生产和底层沉积物再悬浮释放,夏季则主要受陆源径流输入的影响。不同时空条件下CDOM在咸淡水的混合过程中也有着不同的表现,春季多呈非保守行为;夏季莱州湾呈保守行为,渤海湾则呈非保守行为。

渤海;有色溶解有机物(CDOM);吸收系数;光谱斜率;分布特征

有色溶解有机物(colored dissolved organic matter, CDOM)是水体中结构未知、成分复杂的高分子量化合物的混合物,是溶解有机物(dissolved organic matter,DOM)中具有光学特性的部分,其来源、迁移与转化过程直接影响着水环境中碳的循环[1]。CDOM的光学性质相对稳定,对紫外光及可见光中的蓝光部分有较强的吸收能力,这种作用一方面能有效限制UV-B辐射在水体中穿透深度,保护水下有机体免于有害紫外线的伤害;但另一方面能减少进入水体的辐射量和强度,降低浮游植物和海草的光合作用,从而影响水生态系统的结构和功能[2-3]。通常,河口/近海海域CDOM受陆源输入和生物现场生产的影响,陆源输入常影响CDOM的空间分布[4-6]。在富营养化及受人类活动影响显著的海域,生物生产、土壤有机物的溶解释放和人为污染排放对CDOM及其分布影响显著[7-8]。此外,咸淡水混合过程、光降解、生物降解以及絮凝作用等也会对CDOM及其分布产生影响[6,9]。

渤海是一个典型的半封闭浅海,沿岸河流注入众多,黄河、海河和辽河作为主要的淡水径流由南往北依次汇入莱州湾、渤海湾和辽东湾。河流带来大量淡水和丰富营养盐的同时也将人类活动排放的污染物带入海湾,导致海湾富营养化严重,污染面积逐年扩大,水体生态环境日益恶化[8,10]。目前,有关渤海CDOM的吸收特性及来源分析的研究报道较少,我们依据2011-08和2012-05对渤海3大海湾(莱州湾、渤海湾和辽东湾)开展的CDOM及其他环境参数的调查资料,分析渤海CDOM吸收特性和分布变化特征,探讨影响海域CDOM分布的主要控制因素,积累我国近岸CDOM的现场数据资料,为渤海碳循环及水色遥感研究提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与预处理

2011-08-18-26和2012-05-15-21在渤海湾、莱州湾和辽东湾进行水体CDOM及相关环境参数的调查,每个海湾布设了2条断面,共计63个站位。其中辽东湾仅开展2012-05-15-21 1个航次,因此夏季渤海近岸CDOM的分布变化特征均仅限于莱州湾和渤海湾,不涉及辽东湾(站位布设见图1)。按标准层采集水样,用5 L采水器采集现场水样后,立即带回陆地实验室用预处理过的0.22 μm的醋酸纤维素膜过滤,收集滤液分别于2个20 mL棕色玻璃瓶中(预先使用体积分数为10%的HCl浸泡24 h,烘干后于450 ℃灼烧6 h),-20 ℃避光冷冻保存(1个月内完成测量),用于溶解有机碳(dissolved organic carbon, DOC)和CDOM的测定。同时另采集水样用于叶绿素a(Chl-a)、悬浮物(TSS)和DOC等其他理化参数的测定。

图1 调查站位分布示意图

1.2 样品测定方法

1.2.1 CDOM吸收光谱分析

采用紫外-可见分光光度计(美国Unic 2802型),以Milli-Q水作为空白,用1 cm比色皿在200~750 nm内测定每个波长下的吸光度,选择700~750 nm吸光度均值作为零值基准进行散射和背景波动的校正[11],样品的吸收系数:

αλ=2.303Aλ/L,

(1)

式(1)中:αλ为样品的吸收系数,Aλ为校正后的样品吸光度,L为样品池的长度(0.01 m),λ为波长(nm)。CDOM通常由选定某一波长处的吸收系数来表征,针对不同的研究目的,学者多选用337,350,355和440 nm。 Kowalczuk等[12]选择350 nm,认为其代表了UV-A 区的中间部分, 而该区正好是太阳光谱的交替区, 与光降解有一定的关系, 且CDOM 同时又具有最高的吸收率。但水体中NO2-N的吸收峰也在350 nm处[13],易对CDOM的吸收产生干扰,因此我们不选择该波长。Hoge和Vodacek等[14]研究指出若研究CDOM 吸收与荧光之间的关系, 吸收系数与荧光激发波长所选择的波长必须一致, 实验证明在337 nm和355 nm处皆可;而CDOM的吸收系数a355与类腐殖质荧光组分具有良好的线性正相关关系[15]。刘明亮等研究发现a355与类腐殖质荧光显著正相关,与类蛋白荧光相关性较弱,进而认为河流输入是太湖水体CDOM的主要来源[16]。所以我们选用355 nm处的吸收系数来表征水体中CDOM含量的多寡。

1.2.2 光谱斜率

光谱斜率S是CDOM的吸收系数随波长增加而衰减的程度,S的大小是基于CDOM在紫外波段光吸收敏感性的差异,其与CDOM含量无关,但与拟合波长的选择、拟合方法及CDOM分子组成有关,拟合结果表明,增加溶液背景吸收指标K的非线性拟合结果比传统不带K值的拟合结果更佳[17-18],故采用增加K值的非线性拟合的方法来获得S,选取最不敏感的UVC波段275~295 nm和最为敏感的UVA波段350~400 nm作为S值拟合波段,其中S275~295参考波长为288 nm,S350~400参考波长为375 nm。光谱斜率S:

(2)

式(2)中,S为光谱斜率,aλ为波长为λ时CDOM吸收系数,aλ0是参考波长λ0对应的CDOM吸收系数,K表示样品溶液的吸收背景值。

1.2.3 其他理化参数的测定

DOC的测定采用总有机碳分析仪(日本岛津TOC-VCPH型)进行测定[19], Chl-a、S和TSS的测定方法均参照《海洋监测规范》[20]执行。

2 结果与讨论

2.1 渤海水体CDOM的分布变化特征

渤海近岸水体a355的变化范围为0.38~4.15 m-1,均值为1.33 m-1,空间上表现为莱州湾>渤海湾>辽东湾,季节上呈春季>夏季的变化特征(表1);春季渤海a355的水平分布基本呈近岸及河口区高,中部及远岸稍低的变化规律。其中莱州湾表层水体a355的水平分布呈西高东低、湾内外a355相差不大的特征,高值主要出现在靠近黄河口的B断面;渤海湾a355高值出现在老黄河口附近的C12站位和中部的D19站位,水平分布呈近岸稍高,湾外稍低的变化趋势;辽东湾表层水体a355的分布呈近岸高,由湾内向湾外波动递减的变化趋势,高值区主要出现在北部近岸和E断面的中部,湾口的E10,E11和F22站位a355稍低(图2a)。夏季渤海表层水体a355的分布特征与春季类似,呈由近岸向湾外递减的变化趋势,莱州湾靠近黄河口的B断面a355明显高于A断面,最高值出现在小清河口的B3站位;渤海湾C和D断面a355相差不大,高值区主要出现在海河口和老黄河口、C3和C4站位附近(图2b)。

表1 渤海近岸水体CDOM特征参数的统计结果Table 1 Statistic results of characteristic parameters of CDOM in the coastal area of Bohai Sea

图2 表层水体CDOM的吸收系数a355的水平分布

2.2 渤海近岸水体CDOM光谱斜率的分布特征

光谱斜率,反映了CDOM吸收系数随波长增加而逐渐降低的程度,与CDOM的含量无关,但与波长选择及CDOM分子组成有关。CDOM的来源不同造成了光谱斜率的差异,光谱斜率反映了腐植酸和富里酸的相对比例,腐植酸比例越高、富里酸比例越低,则CDOM分子量越大,光谱斜率越小。陆源输入CDOM中含有腐植酸的比例偏大,使得陆源输入的水体吸收系数偏高,光谱斜率较低,不同海湾的光谱斜率受河流入海径流量、水质状态(营养盐、有机质等)及季节(光照)等因素的影响。渤海近岸水体CDOM的光谱斜率S275~295和S350~400的变化范围为0.011~0.074 nm-1(均值为0.032 nm-1)和0.012~0.195 nm-1(均值为0.044 nm-1),春季高于夏季。光谱斜率S275~295春夏季均表现为辽东湾>莱州湾>渤海湾;而光谱斜率S350~400春季表现为辽东湾>渤海湾>莱州湾,夏季则为莱州湾>渤海湾(表1)。春季渤海近岸表层水体CDOM的光谱斜率S275~295的数值梯度较小,高值区主要出现在辽东湾的E6,E9~E11和F12站位,最低值出现在渤海湾的C12站位;光谱斜率S350~400的水平分布基本呈近岸略低,远岸略高的变化趋势,高值区(>0.05 nm-1)主要集中在辽东湾,最高值出现在辽东湾的E5站位,最低值出现在渤海湾的D25站位(图3a)。夏季渤海表层水体CDOM的光谱斜率S275~295的数值梯度变化也不大,水平分布基本呈近岸略低,远岸略高的变化趋势,最高值出现在莱州湾的B11站位,最低值出现在渤海湾的D24站位;光谱斜率S350~400水平分布的区域性差异较大,莱州湾基本呈近岸低湾外高的变化趋势,渤海湾则恰恰相反,呈近岸高湾外低的变化趋势,最高值出现在莱州湾的A18站位(图3b)。

图3 表层水体CDOM的光谱斜率S275~295(nm-1)和S350~400(nm-1)的水平分布

2.3 渤海水体CDOM的分子量相对大小

S275~295和S350~400的比值SR与CDOM的平均分子量成正比,可以表征CDOM分子量的相对大小。渤海水体光谱斜率比SR的变化范围为0.25~2.25,平均值为0.88,夏季略高于春季,春季渤海湾最高,莱州湾次之,辽东湾最低,夏季莱州湾则高于渤海湾(表1)。春季渤海SR整体分布基本呈近岸略低,远岸略高的趋势,高值主要集中在辽东湾F断面和渤海湾的D断面,SR在莱州湾的量值变化不大,趋于空间均匀分布,无明显规律(图4a)。夏季渤海表层水体SR的水平分布基本呈近岸高,远岸低的变化趋势,高值主要在近岸、莱州湾的B断面和渤海湾的D断面(图4b)。

图4 表层水体CDOM的光谱斜率比(SR)的水平分布

2.4 渤海近岸水体CDOM的光谱吸收特征

渤海近岸水体的CDOM吸收系数随波长呈指数递减的变化趋势,在波长260~290 nm处存在一个最大吸收波长(在275 nm左右)的肩峰,这种现象在大部分站位都存在,春季较夏季更为明显(图5),该峰值形成的分子机理尚不明确,有研究指出该峰可能是蛋白质或是生物生产的生物分子[21],其大小主要受荧光N峰(与浮游植物有关)的影响;形状则受荧光A峰(紫外光类腐殖质)和N峰(与浮游植物有关)的影响[22]。这与渤海湾[23]、St.Lawrence 湾[24]和北冰洋[25]等海域发现的现象一致。

图5 典型站位CDOM的吸收光谱

2.5 CDOM与DOC的关系

从光吸收角度来看,DOC一般可以分为有色的和无色的,CDOM在DOC中所占的比例随海区、来源、季节等因素的不同而存在差异,当DOC中有色的部分占主导或无色部分恒定时,如以陆源为主的近岸水体,CDOM吸收系数与DOC的质量浓度具有良好的相关性[19,26]。而在入海河流较多,环境因素较为复杂的海域,如珠江口[5],CDOM在DOC中所占的比例是变化的。一般来自河流携带的陆源DOC含有更多的有色DOC,而浮游植物自身降解产生的DOC中无色DOC则占更大的比例[27-28],此外,DOC的光化学降解也能产生更多的无色DOC[29]。

渤海春季水体DOC的质量浓度变化范围为1.35~6.44 mg/L,平均值为2.92 mg/L,a355与DOC的相关性不大(R2为0.04),仅在辽东湾两者的正相关关系较好(R2=0.24),其他2个海湾两者的相关性较弱,说明水体DOC的结构复杂,来源多样,CDOM在DOC中所占比例变化不定;夏季DOC的质量浓度在2.18~7.38 mg/L,平均值为4.22 mg/L,高于春季,a355与DOC呈一定的正相关关系(R2为0.17),而a355与S呈显著负相关关系(莱州湾R2为0.84;渤海湾R2为0.45),说明水体CDOM主要河流陆源输入的影响,DOC质量浓度除受陆源输入影响外,还有其他来源。

图6 CDOM的吸收系数a355与DOC质量浓度的关系

2.6 渤海CDOM的来源和影响因素分析

2.6.1 陆源输入的影响

渤海沿岸河流众多,注入渤海的河流有黄河、海河和辽河等,年径流总量约为888×108m3,其中黄河的径流量最大,平均年径流量为423×108m3,约占总量的50%,其水量以2月份最枯,8月份最丰,7-10月份径流量可占全年的60%,输沙量占全年的80%[30]。春季渤海地区干旱少雨,河流入海径流量小,沿岸流影响范围窄,可能会造成近岸部分站位有机质和CDOM含量较高,如辽东湾近岸的E1和F12站位,但对整个调查海区CDOM影响不大,陆源输入不是水体CDOM的主要来源。夏季渤海地区湿润多雨,沿岸河流进入丰水期,河流入海径流量达全年之最[10]。由于渤海沿岸入海河流水质较差,河流入海断面水质多为劣Ⅴ类[31],水体中含有大量的有机质和氮磷污染物,其中许多都是CDOM的来源。渤海近岸调查海域水体有机质质量浓度较高(COD为 1.57 mg/L;DOC为4.24 mg/L),a355高值主要出现在河口区(图2 b),a355与S呈明显负相关关系(图7),与COD和DOC也呈一定的正相关关系,说明陆源径流输入是水体CDOM的主要来源。夏季莱州湾受高流量、高浑浊黄河冲淡水的影响,水体盐度梯度大,有机物含量高,浊度大(TSS质量浓度均值为134.13 mg/L),不利于生物生产和光降解,光谱斜率S275~295较低,SR较高,CDOM分子量较大,a355与S呈显著负相关关系(R2为0.84),陆源输入是莱州湾水体CDOM的主要来源;而渤海湾入海河流径流量较小,水体TSS质量浓度较低(20.19 mg/L),光谱斜率S275~295较高,SR较低,a355与S呈一定的负相关关系(R2为0.45), 陆源输入仅是海湾CDOM的来源之一,生物和光化学学降解将CDOM中大分子组分降解为小分子组分,对水体CDOM含量也产生一定的影响。同一海湾不同季节的河流输入量不同,进而影响水体CDOM含量及其分子组成(分子量相对大小)。陆源输入的CDOM中含有腐植酸的比例偏大,水体吸收系数偏高,光谱斜率较低,CDOM的分子量较大。

有关水体CDOM在河口地区的混合稀释过程有很多研究,在许多河口和海湾如Humber河口和Chesapeskes湾等[28,32],溶解有机物与S之间有良好的线性关系,而在河流入海口比较多的区域(如珠江口、长江口),CDOM与S的关系还可能与水情的季节变化、调查区域的位置等因素有关,Chen等在夏季观测到珠江口CDOM与S呈非保守混合行为[5,33],不同时空条件下CDOM在长江口咸淡水的混合过程中也有着不同的表现[4,30]。我们研究结果显示,渤海近岸水体CDOM的混合稀释行为也较为复杂,不同时空条件下呈现不同的变化特征。春季渤海近岸水体a355随S的变化特征不明显,不符合保守行为的特征。夏季CDOM吸收系数a355与S之间存在负相关关系,但不同海湾的表现有所不同,其中莱州湾受径流量较大的黄河冲淡水的影响,水体a355与S的呈显著负相关关系(R2为0.84),CDOM在咸淡水混合过程中基本呈保守行为;而渤海湾沿岸的河流入海径流量较小,a355与S的负相关性不显著(R2为0.45),CDOM在咸淡水混合过程中呈非保守行为。

图7 CDOM的吸收系数a355与S的关系

2.6.2 生物活动的影响

浮游植物的现场生产对水体CDOM的含量有重要影响,春季渤海近岸Chl-a的质量浓度变化范围为0.77~9.85 μg/L(均值为2.73 μg/L),a355与Chl-a呈正相关关系,其中辽东湾的相关性最高(R2为0.37),莱州湾次之(R2为0.21),尽管渤海湾a355与Chl-a的相关性不高,但水体Chl-a质量浓度相对较高,特别是近岸B3,B4和B5站位以及C断面Chl-a的质量浓度均超过3.0 mg/L,说明了春季浮游植物的现场生产对水体CDOM丰度有一定的贡献。Li等对渤海湾水体CDOM的来源研究也表明了春季水体CDOM主要来自于藻类的现场生产,而非海河的陆源输入[23]。渤海湾近岸水体有机质(COD)和Chl-a的质量浓度均较高,有机质降解和生物活动(浮游植物生产和细菌降解)是渤海湾近岸水体CDOM稍高的原因之一。尽管夏季水体a355与Chl-a之间无明显相关性,但水体Chl-a质量浓度较高(均值为5.38 μg/L),a355主要集中在Chl-a为2.5~9.9 μg/L的范围内,浮游植物现场生产对水体CDOM也有一定的贡献。春季3个海湾水体Chl-a的质量浓度相差不大,渤海湾较高,莱州湾次之,辽东湾最低,浮游植物现场生产的有机质一般分子量较小,因此辽东湾S275~295较高,莱州湾S275~295较低。夏季莱州湾受高浑浊黄河淡水影响,水体浑浊,透光性差不利于浮游植物生长,Chl-a质量浓度略低(4.88 μg/L),浮游植物生产的小分子有机质含量较低,而渤海湾水体TSS质量浓度较低,Chl-a质量浓度较高(5.88 μg/L),浮游植物生产的小分子有机质含量较高,若仅考虑浮游植物的影响,渤海湾的光谱斜率(S275~295)大于莱州湾,但实际正好相反,进一步说明了夏季陆源输入对海湾CDOM的影响起主导地位(图8)。

图8 CDOM的吸收系数a355与Chl-a质量浓度的关系

2.6.3 沉积物再悬浮的影响

表层沉积物的再悬浮是近岸水体CDOM 的重要来源,特别是河口区或陆源输入较多的海湾,水体各层交换频繁,常出现水体DOC的异常高值和表层沉积物间隙水中高含量CDOM向水体释放[34-37]。春季渤海水体CDOM吸收系数a355高值主要出现在靠近黄河口的B断面和老黄河口附近的C12站位,这些观测站位处于黄河入海泥沙的沉积范围附近[38-39],剧烈的水体交换将底部沉积物间隙水中含有的CDOM释放至表层,造成水体CDOM的增加。有研究指出若表层沉积物中CDOM 的相对含量高于上覆水,其在化学参数上往往体现为DOC质量浓度较高[40],春季莱州湾水体DOC质量浓度较高(3.03 mg/L),其中B9,B10和B11站位底层水体中DOC质量浓度分别为6.44,6.22和5.38 mg/L。此外,莱州湾水体TSS的质量浓度较高,且靠近黄河口的B断面高于A断面,a355和TSS的质量浓度呈显著的正相关关系(R2为0.40),也说明黄河入海沉积的泥沙再悬浮对水体CDOM的贡献。夏季渤海陆源输入量较大,表层水体CDOM主要受陆源输入的影响,表层沉积物的再悬浮释放对其贡献较小。

图9 CDOM的吸收系数a355与TSS质量浓度的关系

3 结 论

渤海近岸水体CDOM的吸收系数a355的变化范围为0.38~4.15 m-1,均值为1.33 m-1,春季>夏季,其水平分布基本呈近岸及河口区高,中部及远岸含量稍低的变化规律。光谱斜率S275~295和S350~400的变化范围为0.011~0.074 nm-1(均值为0.032 nm-1)和0.012~0.195 nm-1(均值为0.044 nm-1),春季总体高于夏季。光谱斜率比SR的变化范围为0.25~2.25,平均值为0.88,夏季略高于春季。从海湾上来看,春季水体a355呈莱州湾>渤海湾>辽东湾的变化特征,S275~295表现为辽东湾>莱州湾>渤海湾,S350~400则为辽东湾>渤海湾>莱州湾,渤海湾SR最高,莱州湾次之,辽东湾最低;夏季仅比较莱州湾和渤海湾,水体CDOM的各项特征参数(a355,S275~295,S350~400和SR)均表现为莱州湾高于渤海湾。

渤海近岸水体CDOM吸收系数随波长呈指数递减的变化趋势,在波长260~290 nm处存在一个最大吸收波长(在275 nm左右)的肩峰,这种现象在大部分站位都存在,春季较夏季更为明显,该峰可能是蛋白质或是生物生产的其他分子,其大小和形状受与浮游植物有关的荧光组分和紫外光类腐殖质荧光组分影响,但具体组分还需要进一步研究。

渤海春季近岸水体CDOM主要来自于生物现场生产和底层沉积物再悬浮释放,夏季则主要受陆源径流输入的影响。不同时空条件下CDOM在渤海咸淡水的混合过程中也有着不同的表现,春季多呈非保守行为,夏季受黄河显著影响的莱州湾呈保守行为,渤海湾则呈非保守行为。

[1] COBEL P G. Marine optical biogeochemistry: The chemistry of ocean color[J]. Chemical Reviews, 2007, 107(2):402-418.

[2] HUOVINEN P S,PENTTILA H,SOIMASAO M R. Spectral attenuation of solar ultraviolet radiation in humic lakes in Central Finland [J]. Chemosphere, 2003,51 (3):205-214.

[3] WALSH J J, WEISBERG R H, DIETERLE D A, et al. Phytoplankton response to intrusions of slope water on the West Florida Shelf:Models and Observations[J]. Journal of Geophysical Research, 2003, 108(C6):21-31.

[4] FAN G N, MAO Z H, CHEN P, et al. Optical characteristics of colored dissolved organic matter(CDOM) in Changjiang River Estuary[J]. Journal of Marine Science, 2013, 31(1):53-58. 范冠南,毛志华,陈鹏,等. 长江口及其邻近海域CDOM光谱吸收特性分析[J]. 海洋学研究,2013,31(1):53-58.

[5] CHEN Z Q,LI Y,PAN J M. The distributions of the optical properties of colored dissolved organic matter and dissolved organic carbon in the Pearl River Estuary[J]. Continental Shelf Research,2004,24(16) : 1845-1856.

[6] GUO W D, STEDMON C A, HAN Y C, et al. The conservative and non-conservative behavior of chromophoric dissolved organic matter in Chinese estuarine waters[J]. Marine Chemistry, 2007,107:357-366.

[7] WANG Z G, LIU W Q, LI H B, et al. Analysis of CDOM spatial distributions variations in Chaohu Lake and its sources by three dimensional flurescence exciation-emission matrix[J]. Acta Scientiae Cricumstantiae, 2006, 26(2):275-279. 王志刚, 刘文清, 李宏斌, 等.三维荧光光谱法分析巢湖CDOM的空间分布及其来源[J]. 环境科学学报, 2006, 26(2):275-279.

[8] WANG Z G, LIU W Q, ZHAO N J, et al. Composition analysis of colored dissolved organic matter in Taihu Lake based on three dimension excitation-emission fluorescence matrix and PARAFAC model, and the potential application in water quality monitoring[J]. Journal of Environmental Sciences, 2007, 19: 787-791.

[9] KOWALCZUK P, STON-EGIERT J, COOPER W J, et al. Characterization of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) in the Baltic Sea by excitation emission matrix fluorescence spectroscopy[J]. Marine Chemistry, 2005, 96(3-4): 273-292.

[10] XIA B , ZHANG L J. Carbon distribution and fluxes of 16 rivers discharging into the bohai sea in summer[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2011, 30(3): 43-45.

[11] SINGH S, D'SA E J, SWENSON E M. Chromophoric dissolved organic matter (CDOM) variability in Barataria Basin using excitation-emission matrix (EEM) fluorescence and parallel factor analysis (PARAFAC)[J]. Science of the Total Environment, 2010, 408(16): 3211-3222.

[12] KOWAALCZUK P, COOPER W J, WHITEHEAD R F, et al. Characterization of CDOM in an organic-rich river and surrounding coastal ocean in the South Atlantic Bight[J]. Aquatic Science-Research Across Boundaries,2003,65(4):384-401.

[13] MACK J,BOLTON J R. Photochemistry of nitrite and nitrate in aqueous solution:a review[J]. Photochemistry and Photobiology A: Chemistry,1999,128(1-3):1-13.

[14] HOGE F E, VODACEK A. Inherent optical properties of the ocean: Retrieval of the absorption coefficient of chromophoric dissolved organic matter from fluorescence measurements[J]. Limnology and Oceanography, 1993, 38(7): 1394-1402.

[15] YANG L Y, GUO W D, CHEN N W, et al. Influence of a summer storm event on the flux and composition of dissolved organic matter in a subtropical river, China[J]. Applied Geochemistry,2013,28:164-171.

[16] LIU M L, ZHANG Y L, QIN B Q. Characterization of absorption and three-dimensional excitation-emission matrix spectra of chromophoric dissolved organic matter at the river inflow and the open area in Lake Taihu[J].Journal of Lake Science, 2009,21(2):234-241.刘明亮,张运林,秦伯强. 太湖入湖河口和开敞区CDOM吸收和三维荧光特征[J].湖泊科学,2009,21(2):234-241.

[17] HAN Y C, GUO W D, CHENG Y Y. Discussion on some questions in the studies on CDOM light absorption[J]. Journal of Oceanography in Tanwan Strait, 2005, 24(3):287-297. 韩宇超, 郭卫东, 程远月. 海洋CDOM 光吸收研究中若干问题的探讨[J].台湾海峡,2005,24(3):287-297.

[18] ZHENG Y D, SHANG S L, WU J Y, et al. A comparison of different fitting methods for non-pigment absorption spectra[J]. Journal of Xiamen University(Natural Science), 2006, 45(3):388-392. 曾银东,商少凌,吴臻瑜,等. 非色素物质吸收光谱拟合方法比较[J].厦门大学学报(自然科学版),2006,45(3):388-392.

[19] CHEN X, ZHANG X Y, LEI H. Optical absorption properties of CDOM and tracing implication of DOC in the Changjiang Estuary[J].Marine Environmental Science, 2012, 31(5):625-630.陈欣,张宵宇,雷惠.长江口CDOM的光谱吸收特征以及DOC物源示踪意义[J]. 海洋环境科学,2012,31(5):625-630.

[20] Specification for marine monitoring:GB17378-2007[S].Beijing:China Standards Press,2008. 海洋监测规范:GB17378-2007[S].北京:中国标准出版社,2008.

[21] STEINBERG D K, NELSON N B, CARLSON C A, et al. Production of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) in the open ocean by zooplankton and the colonial cyanobacteriumTrichodesmiumspp.[J]. Marine Ecology Progress Series, 2004, 267:45-56.

[22] HUANG C C, LI Y M, WANG Q. Components optical property of CDOM in Lake Taihu based on three-dimensional excitation emission matrix fluorescence[J]. Journal of Lake Sciences, 2010,22(3):375-382.黄昌春,李云梅,王桥,等.基于三维荧光和平行因子分析法的太湖水体CDOM组分光学特征[J]. 湖泊科学,2010,22(3):375-382.

[23] LI G J,LIU J,MA Y I,et al. Distribution and spectral characteristics of chromophoricdissovlved organic matter in a coastal bay in northern China[J]. Journal of Environmental Sciences, 2014, 26(8):1585-1595.

[24] XIE H X, AUBRY C, BÉLANGER S, et al. The dynamics of absorption coefficients of CDOM and particles in the St. Lawrence estuarine system: Biogeochemical and physical implications[J]. Marine Chemistry, 2012, 128(1):44-56.

[25] YAMASHITA Y, TANOUE E. Basin scale distribution of chromophoric dissolved organic matter in the Pacific Ocean[J]. Limnology and Oceanography, 2009,54(2): 598-609.

[26] HOGE F E, WILLIAMS M E, SWIFT R N, et al. Satallite retrieval of the absorption coefficient of chromophoric dissolved organic matter in continental margins[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans,1995, 100 (C12):24847-24854

[27] ASTORECA R, ROUSSEAU V, LANCELOT C. Coloured dissolved organic matter(CDOM)in Southern North Sea waters:Optical characterization and possible origin[J]. Estuarine Coastal and Shelf Science, 2009,85(4):633-640.

[28] ROCHELLE-NEWALL E J, FISHER T R. Chromophoric dissolved organic matter and dissolved organic carbon in Chesapeake Bay[J]. Marine Chemistry, 2002, 77(1):23-41.

[29] ZHANG Y L, QIN B Q. Feature of CDOM and its possible source in Meiliang bay and Da Taihu lake in Taihu lake in summer and winter[J].Advances in Water Science, 2007, 18(3):415-423.张运林,秦伯强.梅梁湾、大太湖夏季和冬季CDOM特征及可能来源分析[J].水科学进展,2007,18(3):415-423.

[30] FENG S Z, ZHANG J, WEI H, et al. Introduction to the environmental dynamics in the Bohai Sea[M]. Beijing:Science Press,2007. 冯士筰,张经,魏浩,等.渤海环境动力学导论[M].北京:科学出版社,2007.

[31] State Oceanic Adiministration of China. Bulletin of marine environmental status of China for the year 2012 [EB/OL].(2015-05-11)[2013-03-29].http://www.soa.gov.cn/zwgk/hygb/zghyhjzlgb/201303/t20130329_24713.html. 国家海洋局2012年中国海洋环境状况公报[EB/OL].(2015-05-11)[2013-03-29].http://www.soa.gov.cn/zwgk/hygb/zghyhjzlgb/201303/t20130329_24713.html

[32] ALVAREZ-SALGADO X A, MILLER A E J. Dissolved organic carbon in a large macrotidal estuary (the Humber, UK): behaviour during estuarine mixing[J]. Marine Pollution Bulletin, 1999, 37(3):216-224.

[33] CHEN C Q,SHI P,YIN K D,et al. Absorption coefficient of yellow substance in the Pearl River Estuary[J]. SPIE, 2003,4892: 215-221.

[34] ZHU J W, SHEN F, HONG G L. Opitical characteristics of colored dissolved organic material (CDOM) in Yantze Estuary[J]. Environmental Science, 2010,31(10):2292-2298.朱伟健,沈芳,洪官林. 长江口及邻近海域有色溶解有机物(CDOM)的光学特征[J].环境科学,2010,31(10):2292-2298.

[35] BODINEAU L,THOUMELIN G,BEGHIN V. Tidal time-scale changes in the composition of particulate organic matter within the estuarine turbidity maximum zone in the macro tidal Seine Estuary,France: the use of fatty acid and sterol biomarkers[J].Estuarine Coastal and Shelf Science,1998,47(1):37-49.

[36] WANG J T, YU Z G, ZHANG J. Study on dissolved organic carbon in the estuary of the Yalujiang River[J]. Journal of Ocean University of Qingdao(Natural Science), 1998, 28(3):471-475. 王江涛,于志刚,张经. 鸭绿江口溶解有机碳的研究[J]. 青岛海洋大学学报(自然科学版),1998,28(3):471-475.

[37] CHEN Y Y, GUO W D, HU M H. Fluorescence characteristics of dissolved organic matter released from estuarine sediments during resuspension[J]. Geochimica, 2008, 37(1):51-58. 程远月,郭卫东,胡明辉. 近岸沉积物再悬浮期间所释放溶解有机物的荧光特征[J]. 地球化学,2008,37(1):51-58.

[38] LI M M, WANG Q, ZHANG A D, et al. Study on the evolution of the tidal morphodynamic processes in south-western Laizhou Bay based on numerical simulation in the past 50 years[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2014, 36(5):68-76.李蒙蒙,王庆,张安定,等. 最近50a来莱州湾西-南部潮流动力演变的数值模拟研究[J].海洋学报,2014,36(5):68-76.

[39] CHEN B, WANG H J. Study on the suspended sediment concentration and the sediment grain size distribution characteristics in the southwest coastal Laizhou Bay[J]. Marine Science Bulletin, 2014,33(4):436-460.陈斌,黄海军.莱州湾西南岸海域悬浮泥沙与沉积物粒度分布特征[J].海洋通报,2014,33(4):436-460.

[40] LIN J. Distribution of dissolved organic carbon and particulate organic carbon in Yangtze Estuary[D]. Shanghai:East China Normal University, 2007. 林晶. 长江口及其毗邻海区溶解有机碳和颗粒有机碳的分布[D]. 上海:华东师范大学,2007.

Received: July 6,2015

Distribution and Spectral Characteristics of Colored Dissolved Organic Matter in the Coastal Area of Bohai Sea

XIE Lin-ping1,2,WANG Bao-dong1,2, XIN Ming1,2, HE Xiu-ping1,2, SUN Xia1,2

(1.TheFirstInstituteofOceanograghy,SOA, Qingdao 266061,China;

2.LaboratoryofMarineEcologyandEnvironmentalScience,QingdaoNationalLaboratoryforMarineScienceandTechnology, Qingdao 266071,China)

Based on the in-situ data obtained during the surveys carried out in the Bohai Sea in August 2011 and May 2012, the absorption spectra of Colored Dissolved Organic Matter (CDOM), as well as its distribution characteristics and influencing factors are studied. The results indicate that the absorption coefficient of CDOM at 355 nm (a355) ranges from 0.38 to 4.15 m-1, with an average value of 1.33 m-1in the Bohai Sea, and varies in the order of Laizhou Bay>Bohai Bay>Liaodong Bay, spring>summer; Its horizontal distributions show that the value ofa355is higher in the inshore and estuary area, lower in the offshore in the surface water. The spectral slopeS275-295andS350-400range from 0.011 to 0.074 nm-1and from 0.012 to 0.195 nm-1respectively, and both are higher in spring than those in summer. The spectral slope ratio (SR) with the mean value of 0.88 is ranged from 0.25 to 2.25,and featured by slightly higher in summer than that in spring. In detail,SRis the highest in Bohai Bay and the lowest in Liaodong Bay in spring, while it is higher in Laizhou Bay than that in Bohai Bay in summer. Marine biological production and sediment resuspension are the principal sources of CDOM in spring, while terrestrial runoff plays an important role in controlling the abundance of CDOM in summer. Moreover, CDOM of different spatial and temporal conditions show a different characteristics in the mixing process of seawater and fresh water, eg.a355mostly presents non-conservative behavior in spring and demonstrates conservative behavior in Laizhou Bay, but not in Bohai Bay in summer.

Bohai Sea;Colored Dissolved Organic Matter(CDOM); absorption coefficient; spectral slope; distribution characteristics

2015-07-06

海洋公益性行业科研专项——海洋藻类和细菌固碳(储碳)能力和潜力评估技术研究(201105021)和滨海湿地固碳能力提升技术及应用示范(201205008)

谢琳萍(1982-),女,山东烟台人,助理研究员,硕士,主要从事海洋生物地球化学与海水分析方面研究.E-mail:xlp@fio.org.cn

(高 峻 编辑)

P734.4;X834

A

1671-6647(2016)01-0058-12

10.3969/j.issn.1671-6647.2016.01.006

猜你喜欢
莱州湾辽东湾陆源
陆源有机碳对黄河口及周边近海4种常见鱼类的营养贡献
莱州湾沉积物粒度与大型底栖生物群落关系的初步分析
莱州湾南岸海底地下水交换量研究
陆源有机碳对莱州湾浮游动物能量贡献的初步研究
控制陆源污染,保护海洋环境
莱州湾扇贝养殖区浮游植物的群落变化研究
求友声的变奏
辽东湾网采浮游植物名录
渤海湾、莱州湾毛虾季节分布与环境因子的关系
天然气分输站规划选址可行性论证初探——以盘锦辽东湾新区荣兴分输站为例