长江口南北支溶解有机质的时空分布特征

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河口作为连接陆地和海洋的过渡地带,不仅是工业和人类活动最发达的地方,也是全球碳循环最为活跃的区域之一。河口区环境复杂多变,受到河流输入、水动力变化、生物活动、大气沉降等多重因素的影响,使得河口区溶解有机质(Dissolved organic matter;DOM)的生物地球化学过程研究至今仍是热点和难点。本研究以2021年5月和11月在长江南北支采集的表层和底层水样为对象,通过测定氢、氧同位素、溶解有机碳浓度,有色溶解有机质光谱、荧光光谱等参数,探讨了长江口初夏和晚秋南北支水体溶解有机质的组成、分布及其控制因素。长江口南北支DOM光谱组分呈现不同的河—海有机碳迁移变化格局,可能与南北支水动力流量、流速以及海水入侵强度和季节等因素相关。沿长江下游到河口近海的输送中,夏秋两季,南北支均有“高腐殖质、低类蛋白”的特征,南支的腐殖酸和蛋白质含量高于北支;其中夏季大治河河口类蛋白组分具有明显的河口—海方向的骤降过程,近大治河河口—“低腐殖质、高类蛋白”,近海—“高腐殖质,低类蛋白”。夏季,长江处于丰水期,南北支的水动力强,为南北支带来丰富的陆源有机质,因此夏季的腐殖化程度和DOM分子量高,而CDOM浓度、芳香性指数和新鲜度指数较低。秋季的径流量少于夏季,水动力没有夏季强烈,携带的陆源有机质减少了,腐殖化程度与夏季相比有所降低;海水入侵明显,带来更多新鲜的海源DOM,南北支秋季生物指数比夏季高。夏季长江口南北支的溶解有机质主要来源于长江各支流汇入主干道的陆源有机质,其中黄浦江和大治河的贡献率较大,其次海水入侵也带来了海源有机质和浮游动植物生命活动产生的碎屑等。长江口南北支的大分子化合物在输送过程中被优先降解,且夏季降解速率最快,北支降解速率相对南支更快。北支口内处于咸水状态,导致北支的站位绝大部分出现的是海源信号。夏季长江口南北支在沿河流的输送过程中,类腐殖质组分C1和C2相对于类蛋白组分C3和C4更具有保守性。秋季长江口南北支的溶解有机质分子量、SUVA254和a350的值与盐度成反比,即长江口口内的溶解有机质分子量大,芳香性强,有色溶解有机质的浓度也高,随着长江河口输送至东海,溶解有机质发生降解,分子量和芳香性减小了,有色溶解有机质的浓度也逐渐递减。秋季长江口南北支在河口向海输送过程中,类蛋白组分C3和海源类/陆源再生腐殖质C2相对于组分C1陆源类腐殖质更具有保守性,C1组分有可能是在水体搬运的过程发生光降解、生物降解或者是水体中被颗粒物或悬浮物吸附发生沉降。长江口南北支DOM光谱组分呈现不同的河—海有机碳迁移变化格局,可能与南北支水动力流量、流速以及海水入侵强度等因素相关。夏秋两季,长江口南北支溶解有机质的受控因素基本一致,DOC、腐殖质和类蛋白是南支的主要控制因素,而北支主要受控于盐度、类蛋白和经度。在主成分分析中,夏季的南支类腐殖化载荷高,秋季南支类蛋白占比高;北支在两个季节均与盐度高度相关,夏季北支与BIX关系显著,而秋季北支与BIX关系不大,说明夏季的北支存在明显的自生源生物活动,而秋季北支的生物活动是由海水入侵而来的。长江淡水径流量和沿岸陆地径流是南支溶解有机质的主要受控因素,海水入侵和潮汐水动力的季节差异在北支起主导作用。本论文通过对比长江口南北两个分支之间的地形和水文条件差异,评估了水文条件对长江下游水体DOM含量和组成的影响,为长江口南北支溶解有机质时空分布提供数据支撑,以期丰富对长江南北支河口区DOM和CDOM生物地球化学过程的认识。
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