白令海二甲基硫化物的时空变化研究

生源硫化物是自然界中由生物生产、利用或转化的一类含硫物质,它们在硫的全球循环中所起的作用至关重要.二甲基硫(Dimethylsulfide,DMS)作为海洋中最重要的挥发性硫化物,其对全球气候变化以及酸雨等全球性环境问题能起到非常重要的影响.β-二甲基巯基丙酸内盐(Dimethylsulfoniopropionate,DMSP)和二甲基亚砜(Dimethyl sulfoxide,DMSO)分别作为DMS的前体物质和重要氧化产物,在很大程度上影响着海水中DMS的含量和分布.水团作为海洋中重要的水体功能单元,其性质的差异直接影响着生源硫化物的生物地球化学过程.因此,基于水团特征来研究生源硫化物的时空分布特征及其影响因素,有助于更加准确的把握生源硫化物分布变化的影响机制,从而为深入研究海洋生源硫对气候环境的影响提供新的思路.极地、亚极地海区能够放大全球气候变化所引起的微观效应,从而起到有效的指示作用.本文基于中国第5~7次北极科学考察白令海调查实验数据,在水团划分的基础上,分析了白令海各水团生源硫化物(DMS、DMSP、DMSO)的时空变化规律及其影响因素.得出的主要结果如下:1、白令海海盆区有3个水团,即上层水、中层水和深层水,其中,上层水具有高温、低盐、高溶解氧、高叶绿素、低营养盐的特征;中层水主要特征为低温,其他要素浓度水平介于上层水和深层水之间;深层水具有低温、高盐、低溶解氧、高营养盐、低叶绿素的特征,尤其是硅酸盐浓度较同类海区同深度水体高很多.白令海中陆架区有4个水团,即白令海陆坡水、白令海陆架冷水团、陆架表层暖水和混合变性水,其中,陆架表层暖水具有高温、低盐、低营养盐、低叶绿素特征;陆坡水具有高营养盐、低叶绿素特征;陆架冷水团具有低温、高溶解氧、高叶绿素特征;混合变性水的性质介于陆坡水和冷水团之间.北部内陆架区分3个水团,即阿纳德尔水、阿拉斯加沿岸水和白令海陆架水,阿纳德尔水具有低温、高盐、高营养盐、低叶绿素、低溶解氧的特征;阿拉斯加沿岸水则为高温、低盐、低营养盐;白令海陆架水主要特征为高溶解氧、高叶绿素.此外,白令海区域2012年为冷年(较暖年低2~3°C),2014、2016年为暖年,因此各水团温度2012年最低.2、白令海区2012年为冷年(较暖年低2~3°C),2014、2016年为暖年.受此影响,白令海二甲基硫化物的浓度和生物周转速率2012年小于2014年和2016年,例外的是北部内陆架区DMSP浓度2012年大于2014和2016年,可能与DMSP充当细胞内冷冻保护剂有关.二甲基硫化物生物生产速率略高于消耗速率,且生产和消耗速率空间变化趋势一致.白令海DMSO的水平分布趋势为:海盆区<中陆架区<北部内陆架区;DMSP则为:中陆架区<海盆区<北部内陆架区;DMS水平分布无明显规律.3、白令海海盆区,各水团DMS的含量大小为:上层水>中层水>深层水,各水团浓度平均值分别在5~15、2~8和0~1 nmol/L之间;在海盆北部靠近陆坡的区域,受气旋式涡流的影响上层DMS高值水舌有明显向下延伸趋势;各水团DMSPd浓度平均值在2~35 nmol/L之间,而DMSPp平均值在6~110 nmol/L之间;上层水和中层水DMS和DMSPd的分布主要受Chl-a的影响,深层水中温盐胁迫影响DMS和DMSPd的分布.中陆架区,表层暖水DMS和DMSP浓度较高,DMS、DMSPd和DMSPp平均值分别在2~11、20~40和27~87 nmol/L;陆坡水和混合水次之,平均值分别在0~2、2~40和18~78 nmol/L;陆架冷水团浓度相对较低,平均值分别在0~2、1~18和14~50 nmol/L;表层暖水、陆架冷水团和白令海陆坡水DMS和DMSP分布的受控因素较为复杂,混合变性水受Chl-a影响明显.北部内陆架区,阿纳德尔水中DMS和DMSP浓度最低,DMS、DMSPd和DMSPp平均值分别在0~3、12~28和20~80 nmol/L;白令海陆架水和阿拉斯加沿岸水中较高,平均值分别在1~15、12~47和44~120 nmol/L;白令海陆架水DMS与DMSP受温盐的影响明显,阿拉斯加沿岸水和阿纳德尔水影响因素较复杂.4、白令海DMSOd和DMSOp的分布趋势一致,其浓度从表层到底层随水深增加浓度降低,表层水团DMSOd和DMSOp浓度均在55 nmol/L以上,底层水团则低于25 nmol/L.从水团分析发现海盆区各水团DMSO受DMS氧化和浮游植物合成影响较大;中陆架区表层暖水主要受生物生产控制;北部内陆架区阿拉斯加沿岸水和白令海陆架水高于阿纳德尔水.