基于切向超滤技术的胶体有机碳和无机氮分离及物源初探

利用切向超滤技术对九龙江口天然水体中胶体相(1 kDa～0. 45μm)、真溶解相(1 kDa)和"溶解相"(0. 45μm)的溶解有机碳和无机氮进行了分离与提取,初步探讨了水环境因子对其理化特性的影响机制,进而探讨了它们的来源和转化.结果表明,切向超滤过程的膜空白和质量平衡符合技术要求;溶解有机碳、亚硝酸盐氮、氨氮、硝酸盐氮和无机氮存在形式以真溶液相(1 kDa)为主,其在胶体相中的质量浓度分别为0. 207～0. 810 mg/dm3、0. 001～1. 870μg/dm3、ND～2. 08μg/dm3、0. 62～79. 30μg/dm3和1. 07～81. 10μg/dm3;胶体态溶解有机碳(COC)含量主要受陆源输入控制.     

铀、钍在碳酸钙-海水界面的附着行为研究

运用实验模拟的手段,对铀(U)、钍(Th)在碳酸钙-海水界面的附着行为进行了初步研究,通过测定相关的分异系数(D)定量评估了文石和方解石两种碳酸钙矿物对U和Th的捕集作用。实验结果显示,不仅U和Th之间存在显著差异,而且两种碳酸钙矿物之间也存在明显不同。U介于碳酸钙和海水之间的分异系数(DU)分别在1.5~3.5(文石)和0.04~0.19(方解石)区间内变化,分异行为非常微弱但其分异系数随着碳酸钙沉淀速率的增加而逐渐上升。这表明U元素主要是以共沉淀的方式进入到文石或方解石沉淀中,但由于其在海水溶液中主要以2 22 3UO(CO)nn的形式存在,因而只能以占据晶格缺陷的方式进入碳酸钙。与之相反的是,文石和方解石都对Th表现出极强的捕集能力,所测定的分异系数(DTh)分别在240~6 330(文石)和430~6 160(方解石)范围内变化,但DTh与碳酸钙沉淀速率之间无明显关联。Th在碳酸钙表面的附着行为可界定为单纯的吸附作用,这一行为应与Th主要以Th(OH)4的形式赋存于溶液中有关。     

海水中胶体有机碳的测定──高温燃烧法和紫外/过硫酸钾法的比较

利用切向超滤(cross-flow ultrafiltration)技术对海水中胶体有机碳(COC)和真溶解有机碳(UOC)进行了分离,并分别用高温燃烧法和紫外/过硫酸钾法对胶体有机碳和真溶解有机碳进行了测定。测定结果表明,切向超滤能定量分离海水中的胶体有机碳,高温燃烧法和紫外/过硫酸钾法对胶体有机碳和真溶解有机碳的测定结果没有明显的系统误差,表明这两种方法的氧化效率基本相同,胶体粒子的存在,对紫外/过硫酸钾法的氧化效率没有显着影响。     

TOC-IRMS联用在线高温氧化测定溶解有机碳稳定同位素组成的方法研究

本研究利用总有机碳分析仪联用稳定同位素质谱仪(TOC-IRMS)技术,探讨了高温氧化法测试水体中溶解有机碳(Dissolved Organic Carbon, DOC)含量及稳定碳同位素组成。根据溶解有机碳的组成特征,从氧化难易程度、分子结构等方面选取5种可溶于水的化合物：咖啡因、葡萄糖、邻苯二甲酸、乙酸钾和腐殖酸钠,配置成DOC溶液。通过改变溶液碳含量、氧化温度、通氧量大小,载气流速等参数,研究不同实验条件对DOC碳转化率及δ¹³C值的影响。TOC-IRMS在氧化温度850℃,通氧时长20 s(流速10 cm³/min),载气流速80 cm³/min的条件下,测得5种化合物不同浓度DOC溶液的平均碳转化率为95.69%～103.57%;δ¹³C值与标定参考值基本一致,差值范围为-0.82‰～0.55‰。在上述实验条件下,测得不同类型水样的DOC含量相对标准偏差小于3.7%,δ¹³C值的标准偏差小于0.2‰,结果表明TOC-IRMS联用在线高温氧化法测定不同类型水样的DOC含量...     

应用有机碳同位素技术研究湛江湾生态环境的变化过程

随着工业化进程的加快,湛江湾的生态环境承载力受到了极大的考验。为了解湛江湾生态环境的变化过程,文中利用湛江湾表层柱状沉积物样品中总有机碳含量(TOC)及其稳定同位素、总氮含量(TN)和C/N值的测定,结合端元混合模型,分析了湛江湾沉积物中有机质的来源,探讨了沉积物有机碳同位素的主要影响因素。结果表明,湛江湾沉积物中有机质主要来源为自生藻类,同时也受一定程度陆源输入的影响。沉积序列的元素地球化学参数表明,沉积物δ13C值呈现短暂的负偏随后长期正偏的趋势。底部的负偏可能与大气CO2浓度增加有关,随后δ13C主体正偏的趋势主要受控于气候转暖、生产力增加以及富营养化程度增加的共同影响,暗示了人类活动对湛江湾的生态环境的影响逐渐加剧。其中,人类活动相关的工业、农业有机污染物排放可能是不断加剧海水富营养化的主要原因。     

稳定碳、氮同位素在生态系统研究中的应用

在简要介绍了稳定同位素测定方法之后 ,对稳定碳、氮同位素在生态系统领域中关于系统的碳源、能量流动、营养结构、污染物的生物放大作用及系统稳定性变化的应用研究作了较为系统的论述 ,并对稳定碳、氮同位素在赤潮研究、环境污染治理、生态动力学建模及有机分子化合物系列示踪技术等方面的应用提出展望     

稳定碳、氮同位素在河流系统研究中的应用

对天然存在的稳定碳、氮同位素在河流系统中的有机物质(POM和DOM)来源、转换和运移规律及其与沿岸生态系统的关系、河口区不同来源颗粒有机质的混合过程、河流系统中富营养化的污染来源和土壤中的微生物过程、系统中的营养行为和食物来源途径以及河流有机物质在陆架上的分配、积累和运移规律的应用研究作了较为系统的论述。     

应用碳、氮稳定同位素研究北部湾带鱼(Trichiurus lepturus)食性及营养级

采用胃含物分析法及碳、氮稳定同位素法,对北部湾带鱼的饵料组成、营养级和摄食习性随肛长的变化进行研究。结果表明,北部湾带鱼的食物主要由中上层鱼类、头足类、底栖甲壳类以及浮游动物等43种饵料生物组成,以质量百分比为指标,优势饵料为蓝圆鲹、裘氏小沙丁鱼、少鳞犀鳕和尖吻小公鱼等鱼类以及中国枪乌贼(6.07%)等头足类。δ13C值随着生物栖息水层的深度而增加,饵料生物中的中上层鱼类蓝圆鲹和底栖鱼类粗纹分别具有最低和最高值。根据食物质量比例及δ15N计算的北部湾带鱼营养级平均值和周年平均值均为3.7。带鱼营养级在各月份之间周年变化及随肛长增加差异不显著。真空冷冻干燥与恒温烘干进行样品预处理δ13C差异不显著,而δ15N则差异极显著。     

流式细胞测定技术在海洋生物和海洋生态环境监测研究中的应用

流式细胞测定技术 ( flow cytometry)是一项现代化的生物学测定和生态学观测的高新技术 ,通过对细胞的光散射和不同荧光的多参数同步测定 ,可对单细胞海洋生物等颗粒物根据海洋自然水体中颗粒物的性质进行分离与监测图 1　流式细胞测定技术在海洋生态系观测中的应用 [1]进行快速、精确地定性和定量分析。光散射(包括前角光散射和侧角光散射 )可对颗粒物的微形态特征进行测量 ,诸如颗粒物的粒径、质地、光学性质等 ,可测定的颗粒物粒径范围在 0 .5～ 1 50μm;同时可通过对单细胞藻类所含色素的自荧光测定来鉴别其所含色素的种类和含量 ,从而…     

Abundance, size distribution, and stable carbon and nitrogen isotopic compositions of marine organic matter isolated by tangential-flow ultrafiltration

Tangential-flow ultrafiltration was used to isolate particulate and high-molecular-weight dissolved material from seawater collected at various depths and geographic regions of the Pacific and Atlantic Oceans. Ultrafiltration proved to be a relatively fast and efficient method for the isolation of hundreds of milligrams of material. Optical and electron microscopy of the isolated materials revealed that relatively fragile materials were recovered intact. Depth-weighted results of the size distribution of organic matter in seawater indicated that ˜ 75% of marine organic carbon was low-molecular-weight (LMW) dissolved organic carbon (< 1 nm), ˜ 24% was high-molecular-weight (HMW) dissolved organic carbon (1–100 nm), and ˜ 1% was particulate organic carbon (> 100 nm). The distribution of carbon in surface water was shifted to greater relative abundances of larger size fractions, suggesting a diagenetic sequence from macromolecular material to small refractory molecules. The average C:N ratios of particulate organic matter (POM) and HMW dissolved organic matter (DOM) were 7.7 and 16.7, respectively. Differences in C:N ratios between POM and HMW DOM were large and invariant with depth and geographic region, indicating that the aggregation of HMW DOM to form POM must be of minor significance to overall carbon dynamics. The stable carbon isotope composition (δ¹³C) of POM averaged −22.7%. in surface water and −25.2%. in subsurface water. Several possible explanations for the observed isotopic shift with depth were explored, but we were unable to discern the cause. The δ¹³C of HMW DOM samples was relatively constant and averaged −21.7%., indicating a predominantly marine origin for this material. The δ¹⁵N values of POM were highly variable (5.8–15.4%.), and the availability of nitrate in surface waters appeared to be the major factor influencing δ¹⁵N values in the equatorial Pacific. In the upwelling region nitrate concentrations were relatively high and δ¹⁵N values of POM were low, whereas to the north and south of the upwelling nitrate concentrations were low and δ¹⁵N values were high. The δ¹⁵N values of HMW DOM reflected the same trends observed in the POM fraction and provided the first such evidence for biological cycling of dissolved organic nitrogen (DON). Using the observed δ¹⁵N values and an estimate of meridional advection velocity, we estimated a turnover time of 0.3 to 0.5% day⁻¹ for HMW DON. These results suggest a major role for DON in the upper ocean nitrogen cycle.     

胶体的来源和胶体有机碳浓度对其自身菌群生长的影响

利用错流超滤技术分离厦门湾东南部海域、九龙江河口及九龙江水体中的胶体,并利用实验室模拟培养实验研究了胶体的来源和胶体有机碳（COC）浓度对其自身茵群生长的影响．结果表明,不同来源的3种胶体对自身菌群均有不同程度的促进作用,而且其依序为海洋胶体〉河口胶体〉河流胶体．海洋胶体和河口胶体中自身菌群的相对增长率的平均值Y1、Y2与CCOC之间呈正相关关系;而河流胶体中自身茵群的平均相对增长率Y3与CCOC却呈负相关关系．     

南日群岛东部海域岩芯沉积物有机碳含量和δ13CTOC值的变化特征及古气候环境意义

2008年在南日群岛东部海域用钻机采集长度为1 004 cm的岩芯样品,测试沉积物中总有机碳（TOC）含量、稳定碳同位素比值（δ13CTOC）、碳氮比值（C/N）、碳酸盐含量以及14C数据,分析其垂直剖面上的变化特征,阐明其沉积环境和古气候的指示意义.沉积物TOC含量变化范围为0.44%～0.74%,垂直剖面上总体显示出末次冰期和全新世中期TOC含量较高,全新世早期相对稳定,而全新世中后期TOC波动范围明显增大.C/N值在5.3～14.9之间变化,平均值为8.1;δ13CTOC值范围为-23.07‰～-21.04‰,表明沉积物中的有机质以海洋自生为主,同时混有部分陆源有机质.碳酸盐含量在3.3%～10.9%之间.TOC含量、C/N比值、δ13CTOC值在岩芯垂直剖面上具有很好的相关性.14C测年数据以及各要素测值在垂直剖面上的变化特征表明：自11 250 aBP以来该海域附近古气候有可能经历了以下4个演化阶段：①11 500～9 000 aBP期间气候寒冷、海平面下降,采样点可能为浅水区或潮间带;②9 000～8 000 aBP期间为升温期,气候由寒冷转向温暖;③8 000～4 300 aBP期间,为相对稳定的暖湿期,在后期气候出现小幅的波动;④4 300 aBP至今,气候进入明显的周期性波动期,暖湿和干冷气候多次交替变化;4 300～3 000 aBP期间为相对寒冷的时期;3 000～1 800 aBP期间为较稳定温暖期,1 800～1 000 aBP期间气温快速降低,标志着研究区进入一个新的寒冷阶段,但是自1 000 aBP以来,气候又再次出现转暖的趋势.     

Optical properties of low molecular weight and colloidal organic matter: Application of the ultrafiltration permeation model to DOM absorption and fluorescence

Cross-flow ultrafiltration (CFF) is often used to obtain separation and concentration of colloids from bulk natural water samples. Application of the ultrafiltration permeation model allows the quantitative determination of the low molecular weight material (LMW, < 1 kDa) and colloids in bulk dissolved organic matter (DOM) from measurements of time series permeate samples obtained from CFF. Detailed analysis of a Yukon River water sample shows that DOM absorption coefficient and fluorescence follow the permeation model and that the complex spectral optical properties of LMW DOM can be reconstructed from CFF data. A combination of measured and modeled data indicates that the LMW contribution to bulk DOM optical properties obtained from CFF can be grossly underestimated by the use of a low concentration factor (CF, the ratio of initial sample volume to retentate volume). Even at a relatively high CF of 19, optical properties of LMW DOM calculated from measurements of the retentate or integrated permeate would underestimate true values by 5–36%. In the Yukon River sample, LMW dissolved organic carbon represented 26% of the bulk concentration, but only 3–14% of the colored DOM was in the LMW fraction while 31–33% of bulk DOM florescence was due to LMW DOM. The contrasting optical properties of LMW and colloidal DOM support the concept that analysis of bulk DOM absorption and fluorescence properties reveals information about DOM molecular weight.     

厦门湾水体中铀、钍同位素及悬浮颗粒物的粒径谱--颗粒物采集方法的影响

运用增强型混合纤雏素(CN-CA)膜、聚碳酸酯膜和聚丙烯滤芯过滤3种不同的方法采集、研究厦门湾水体中悬浮颗粒物(SPM)及其U、Th同位素的粒径谱．发现3种方法所得SPM总浓度和U、Th各同位素的总比活度具有很好的一致性,但粒级分布存在差异．SPM的浓度随粒径的增大而增加,并且SPM的粒径谱控制着颗粒活性很强的4种钍同位素的拉径谱．对于所研究的3种方法,采用聚碳酸脂膜过滤是研究沿岸海域SPM及颗粒活性核素粒级分布比较理想的方法。     

浒苔绿潮暴发期间海水溶解有机碳的生物可利用性及其碳汇作用

自2007年以来,浒苔绿潮已经连续15年在南黄海暴发。浒苔(Ulva prolifera)作为主要肇事藻种,在暴发过程中向海水释放大量的溶解有机碳(DOC)。然而,这些藻源DOC能否长期保存在海洋中,主要取决于它们的生物可利用性,目前关于此方面的研究甚少。本研究在浒苔绿潮大规模暴发时期(2019年6月),分别在浒苔暴发海区和无浒苔海区各选择3个站位富集表层海水,在实验室进行长期(300 d)的DOC降解实验。结果发现,在60 d内,不同站位富集海水中的DOC浓度随着微生物的利用快速下降,微生物丰度也在第60天达到峰值,表明这些被消耗的DOC是生物可利用性高的活性DOC(LDOC)。60 d后,剩余的DOC可抵抗微生物的降解,在60～300 d内保持稳定,表明这些DOC是具有强稳定性的惰性DOC(RDOC)。最终发现,浒苔暴发海水的RDOC占富集DOC的46%,明显高于无浒苔海水的(36%)。并且,荧光溶解有机物(FDOM)中活性的类蛋白组分随着微生物的利用被快速消耗,惰性的类腐殖质组分逐渐积累,暗示了在降解过程中LDOC逐渐向RDOC转化。可见,浒苔绿潮暴发除了在短时间内增加海水中的D...     

活性铁对海洋沉积物中有机碳的保存作用

沉积物碳汇是海洋碳汇的重要组成部分,揭示沉积物的储碳机制对研究气候变化与全球碳循环的相互作用具有重要意义。矿物对有机碳的保护作用是有机碳最重要的稳定机制,其中活性铁（FeR）在沉积物有机碳的累积作用中发挥着捕获有机碳并形成“铁锈碳汇”的重要作用。本文系统梳理了近年来关于海洋沉积物中FeR的固碳的研究成果,总结了海洋沉积物中FeR的提取方式、类型、固碳量、固碳机制、结合有机质来源及分子类型,阐述了FeR固碳的重要意义,旨在加深对矿物与有机碳相互作用的理解。海洋沉积物中FeR常通过柠檬酸盐 碳酸氢盐 连二亚硫酸盐(CBD)还原提取,主要以针铁矿、水铁矿及赤铁矿等氧化物形式存在。FeR可以结合沉积物中约80%的有机碳,结合机制包括以配体交换为主的吸附机制和共沉淀/螯合机制。FeR与有机碳的结合机制可依据铁结合有机碳（FeR OC）与FeR的摩尔比值（FeR OC∶FeR）简单判定,当FeR OC∶FeR低于1.00时以吸附方式结合,大于1.00时以共沉淀方式结合,且共沉淀相比吸附机制具有更高的有机碳结合量及稳定性。大部分海洋沉积物中FeR优先与海源类有机质结合,但在氧化还原频繁的河口及三角洲地区倾向与陆源类有机质结合。分子模拟实验、木质素氧化降解及近边X射线吸收精细结构光谱表明FeR与芳香碳及羧基碳等有机质具有更高的亲和性。FeR对有机质的稳定保存及减缓气候变化引起的负反馈具有重要意义,建议未来更多关注沉积物中有机质与铁矿物结合的具体过程及不同沉积环境FeR固碳的差异机制,更加关注不同结合机制的定量化及重要性对比研究。