桑溝灣春季有色溶解有機(jī)物吸收光譜特性及空間分布特征

吳文廣， 張繼紅， 劉 毅， 王新萌，楊 珺， 馮 旭， 康秦梓

(1. 上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海 201306；2. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室，海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過程功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266071)

有色溶解有機(jī)物(colored dissolved organic matter，CDOM)是水生態(tài)系統(tǒng)中碳的重要來源，其主要成分包括腐殖酸、富里酸、氨基酸、蛋白質(zhì)和脂類等[1-3]，是溶解有機(jī)物(dissolved organic matter，DOM)中具有光學(xué)特性的部分，其來源、遷移與轉(zhuǎn)化是水環(huán)境中碳循環(huán)過程的重要組成[4]。CDOM是一個(gè)成分復(fù)雜的溶解有機(jī)質(zhì)儲庫，從來源上看，水生態(tài)系統(tǒng)中的CDOM分為陸源CDOM與海源CDOM，陸源CDOM主要來源于土壤中的陸源植物、人類活動(dòng)排放和地表河流輸入等，而海源CDOM則主要由浮游植物、藻類分泌及降解、微生物礦化和排泄以及水體中的生物攝食活動(dòng)產(chǎn)生[5-6]。CDOM作為海洋DOM的重要組成部分，廣泛存在于海洋和淡水生態(tài)系統(tǒng)以及沉積物間隙水中，其生成、遷移和轉(zhuǎn)化對于C、N、P等元素的生物地球化學(xué)循環(huán)起著重要作用，是海洋碳循環(huán)重要而活躍的組成部分[7-8]。

海水中CDOM的來源及組成成分復(fù)雜，因此陸源與海洋自生之間、不同河流輸入的陸源CDOM之間、海水表層與深層的CDOM之間，都可能表現(xiàn)出不同的光化學(xué)活性[9]。CDOM具有光譜吸收性質(zhì)[10]，其特征光譜不僅可以表征DOC含量，還可示蹤DOM在海水中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。海水中的CDOM對紫外光和藍(lán)光波段有強(qiáng)烈的吸收作用，其光吸收特性都表現(xiàn)為從紫外可見光區(qū)向紅外光譜區(qū)域逐漸遞減，吸收系數(shù)與波長表現(xiàn)為指數(shù)關(guān)系[11-12]。吸收光譜是常用的表征CDOM特征的手段之一，吸收系數(shù)、光譜斜率S、比紫外吸光度(SUVA254)、特定波長下吸收系數(shù)的比值等均是常用指標(biāo)。紫外可見光譜分析技術(shù)因其高靈敏性已成為研究CDOM來源、組成和光譜特征的重要示蹤手段，目前已被廣泛應(yīng)用于海洋、河口和沉積物等生態(tài)系統(tǒng)中DOM的特征研究，CDOM的研究在海洋生物地球化學(xué)、海洋光化學(xué)、海洋遙感等研究領(lǐng)域都具有重要意義[13-15]。

中國是世界第一海水養(yǎng)殖大國，貝類、藻類等養(yǎng)殖生物的碳匯功能受到越來越多的關(guān)注[16-17]。海水養(yǎng)殖系統(tǒng)因其強(qiáng)烈的人為活動(dòng)干擾和活躍的碳循環(huán)顯得尤為獨(dú)特[18]，養(yǎng)殖活動(dòng)會(huì)影響水中溶解有機(jī)物(DOM)的組成特征，改變海水中的碳酸鹽體系[19-20]。目前的研究多集中于實(shí)驗(yàn)室條件或單一養(yǎng)殖系統(tǒng)中CDOM的研究[21-22]，而貝藻養(yǎng)殖系統(tǒng)中CDOM的遷移轉(zhuǎn)化過程及其空間分布等特性能真實(shí)反映養(yǎng)殖活動(dòng)在海域碳循環(huán)中的作用。桑溝灣是我國北方最具有代表性的海水養(yǎng)殖海區(qū)和海水養(yǎng)殖基地，從灣內(nèi)向外海區(qū)依次排列的貝類[牡蠣、櫛孔扇貝(Chlamys farreri)等]養(yǎng)殖區(qū)、貝藻[海帶(Saccharina japonica)]混養(yǎng)區(qū)、大型藻類養(yǎng)殖區(qū)，形成了一種養(yǎng)殖種類、方式與布局具有自身特征的多元養(yǎng)殖模式[23]。本研究利用紫外可見光譜分析技術(shù)，選擇貝藻生長旺盛的春季，對桑溝灣海域不同養(yǎng)殖區(qū)域的CDOM的吸收特性和空間分布特征進(jìn)行研究，以闡釋桑溝灣海域CDOM的主要來源及垂直遷移規(guī)律，為全面了解海水養(yǎng)殖的碳匯效應(yīng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

于2021年春季(3月)分區(qū)域?qū)ι蠟尺M(jìn)行了調(diào)查(圖1，箭頭表示桑溝灣落潮時(shí)的海流方向，漲潮時(shí)海流方向與之相反[24-25])，從灣內(nèi)向外海調(diào)查區(qū)域依次為近岸區(qū)(非養(yǎng)殖區(qū)，S1～S3)、貝類區(qū)(1～3)、貝藻區(qū)(混養(yǎng)區(qū)，4～6)、海帶區(qū)(7～9)和外海區(qū)(非養(yǎng)殖區(qū)，10～12)，調(diào)查站位共計(jì)15個(gè)。

圖1 桑溝灣采樣站位Fig. 1 Sampling stations in Sanggou Bay

1.2 樣品采集與預(yù)處理

海水樣品通過容積5 L的采水器采集，依據(jù)不同站位水深，每個(gè)站位分別采集表層、中層和底層海水，帶回后立即經(jīng)GF/F膜過濾后盛裝至30 mL棕色玻璃瓶，沉積物樣品通過小型抓斗采泥器(van Veen grab 250 cm2，德國)獲取，采集表層沉積物至聚乙烯封口袋中冷凍保存帶回實(shí)驗(yàn)室，通過低溫高速離心機(jī)5000 r/min離心10 min得到沉積物間隙水[26]，將間隙水盛裝于30 mL棕色玻璃瓶中避光冷凍保存。上述樣品均用于CDOM的紫外可見光譜掃描和溶解有機(jī)碳(DOC)指標(biāo)的測定，濾液于–20 ℃避光保存直至測量前解凍[15,20]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

DOC采用高溫催化氧化法[27]測定，單位為mg/L，樣品解凍至室溫，所用儀器為總有機(jī)碳分析儀(Elementar Vario TOC Select，德國)，具體測定流程根據(jù)《海洋監(jiān)測規(guī)范》 (GB 17378.4—2007)進(jìn)行，測量水樣為過濾后水樣，總有機(jī)碳(TOC)濃度即為水體中DOC濃度。

CDOM吸收光譜采用島津UV-2550紫外可見分光光度計(jì)進(jìn)行測定，以超純水作為空白進(jìn)行基線掃描，將“樣品采集與預(yù)處理”中所述樣品在200～800 nm范圍進(jìn)行光譜掃描，掃描間隔l nm，所有吸光度值均扣除680～700 nm波長范圍的均值進(jìn)行折射率差異和基線漂移校正。吸收系數(shù)按以下公式計(jì)算[10]∶

式中，a(λ)為波長λ時(shí)的吸收系數(shù)，單位為/m；A(λ)為波長λ時(shí)的吸光度，L為比色皿長度，單位為m。本研究選用355 nm 處的吸收系數(shù) a(355)來表示CDOM的相對濃度[28]。

光譜斜率S275～295為275～295 nm 波長段采用非線性擬合獲得的光譜斜率，可表征分子質(zhì)量、光化學(xué)反應(yīng)活性及CDOM的組成特征信息。光譜斜率(S275～295)計(jì)算公式[29]∶

式中，a(λ0)是參照波長λ0時(shí)的吸收系數(shù)，本研究中λ0選擇355 nm為參考波長。

SUVA254是指波長為254 nm的吸收系數(shù)與該溶液DOC濃度之比，可示蹤水生系統(tǒng)中CDOM的芳香性[12]，SUVA254計(jì)算公式∶

式中，SUVA254為比紫外吸光度，單位為L/(mg·m)；a(254)為波長254 nm的吸收系數(shù)，單位為/m，CDOC為DOC濃度，單位為mg/L。

特定波長下的吸收系數(shù)之比(E2∶E3)常用來示蹤C(jī)DOM相對分子質(zhì)量的變化情況[30]，公式∶

式中，E2∶E3為水樣在波長250和365 nm處吸收系數(shù)的比值，無量綱；a(250)為波長250 nm時(shí)的吸收系數(shù)；a(365)為波長365 nm時(shí)的吸收系數(shù)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010、Surfer 8.0和Matlab統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析及繪圖，采用SPSS 22.0軟件對組間差異進(jìn)行單因素方差分析(One-Way ANOVA)，P＜0.05為差異顯著，P＜0.01為差異極顯著。

2 結(jié)果

2.1 桑溝灣春季a(355)的平面分布特征

桑溝灣春季不同水層的a(355)的平面分布特征見圖2。表層a(355)變化范圍為0.46～1.60/m，均值為(1.10±0.33)/m，a(355)從近岸區(qū)向貝藻區(qū)逐漸降低，之后在藻類區(qū)升高后向外海區(qū)逐漸降低；中層a(355)變化范圍為0.38～1.35/m，均值為(0.99±0.27)/m，a(355)從近岸區(qū)向貝類區(qū)逐漸升高，之后在貝藻區(qū)降低后向外海逐漸升高；底層a(355)變化范圍為0.23～1.31/m，均值為(0.81±0.34)/m，a(355)從近岸區(qū)向貝藻區(qū)逐漸降低，之后在海帶區(qū)升高后向外海逐漸降低；沉積物間隙水a(chǎn)(355)變化范圍為2.43～9.09/m，均值為(5.04±2.11)/m，a(355)從近岸區(qū)向貝藻區(qū)逐漸降低，之后在海帶區(qū)向外海逐漸升高。

圖2 桑溝灣春季不同水層a(355)的平面分布特征Fig. 2 Plane distribution of a(355) in different water layers of Sanggou Bay in spring

2.2 桑溝灣不同區(qū)域a(355)的均值比較

桑溝灣海帶區(qū)表層水體的a(355)均值顯著高于底層水體，并顯著高于其他各區(qū)；近岸區(qū)a(355)均值顯著高于貝藻區(qū)和外海區(qū)(P＜0.05)，而貝類區(qū)和貝藻區(qū)差異不顯著(P＞0.05)；中層貝類區(qū)和外海區(qū)a(355)均值顯著高于其他各區(qū)(P＜0.05)，貝藻區(qū)a(355)均值顯著低于海帶區(qū)和外海區(qū)(P＜0.05)；底層海帶區(qū)和外海區(qū)a(355) 均值顯著高于其他各區(qū)(P＜0.05)，而近岸區(qū)、貝類區(qū)和貝藻區(qū)a(355)均值差異不顯著(P＞0.05)。沉積物間隙水近岸區(qū)和外海區(qū)a(355)均值顯著高于其他各區(qū)(P＜0.05)，貝藻區(qū)和貝類區(qū)a(355)均值顯著低于其他各區(qū)，而海帶區(qū)和外海區(qū)a(355)均值差異不顯著(P＞0.05)，各區(qū)域沉積物間隙水a(chǎn)(355)是其表層、中層和底層水體之和的1.3～2.5倍(圖3)。

圖3 桑溝灣春季不同區(qū)域a(355)的均值比較1. 近岸區(qū)，2. 貝類區(qū)，3. 貝藻區(qū)，4. 海帶區(qū)，5. 外海區(qū)，圖6和圖8同。不同字母表示差異顯著，P＜0.05，圖6同。Fig. 3 Mean comparison of a (355) in different zones of Sanggou Bay in spring1. nearshore zone, 2. bivalves zone, 3. bivalves ＆ kelp zone, 4. kelp zone, 5. outer sea zone, the same as in Fig.6 and Fig.8. Different letter superscripts represented significant difference, P＜0.05, the same as Fig.6.

2.3 桑溝灣不同區(qū)域水體中a(355)斷面垂直分布特征

從灣內(nèi)到外海依次以S2、2、5、8和11這5個(gè)站位作為一個(gè)斷面，將各站位對應(yīng)的表層、中層和底層水體的a(355)做垂直等值線分布圖(圖4)。結(jié)果顯示，近岸區(qū)a(355)垂直變化范圍為0.68～1.30 /m，均值為(0.96±0.31) /m，近岸區(qū)a(355)從表層向底層逐漸降低；貝類區(qū)a(355)垂直變化范圍為0.56～1.27 /m，均值為(0.98±0.37) /m，貝類區(qū)a(355)從表層向底層先升高后降低；貝藻區(qū)a(355)垂直變化范圍為0.52～0.89 /m，均值為(0.69±0.19) /m，貝藻區(qū)a(355)從表層向底層逐漸降低；海帶區(qū)a(355)垂直變化范圍為0.95～1.53 /m，平均值為(1.24±0.29) /m，海帶區(qū)a(355)從表層向底層先降低后升高；外海區(qū)a(355)垂直變化范圍為0.67～1.13 /m，均值為(0.95±0.25) /m，外海區(qū)a(355)從表層向底層逐漸升高。

圖4 桑溝灣春季不同區(qū)域水體中a(355)斷面垂直分布特征Fig. 4 Vertical distribution of a(355) from middle transect in different zones of Sanggou Bay in spring

2.4 桑溝灣春季光譜斜率的平面分布特征

桑溝灣春季表層S275～295變化范圍為0.014～0.030，均值為0.020±0.005，從灣內(nèi)向外海呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢；中層S275-295變化范圍為0.013～0.032，均值為0.020±0.005，從近岸區(qū)向海帶區(qū)呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，之后向外海區(qū)遞減；底層S275～295變化范圍為0.013～0.036，均值為0.020±0.006，在貝類區(qū)北部出現(xiàn)高值區(qū)，外海區(qū)則從北部海域向南部遞增；沉積物間隙水S275～295變化范圍為0.013～0.036，均值為0.020±0.006，在近岸區(qū)和貝類區(qū)出現(xiàn)高值區(qū)，從近岸區(qū)向外海區(qū)呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(圖5)。

圖5 桑溝灣春季不同水層S275～295平面分布特征Fig. 5 Plane distribution of S275～295 in different water layers of Sanggou Bay in spring

2.5 桑溝灣不同區(qū)域光譜斜率的均值比較

桑溝灣表層海帶區(qū)和外海區(qū)S275～295均值顯著高于其他各區(qū)(P＜0.05)，近岸區(qū)、貝類區(qū)和貝藻區(qū)的S275～295均值差異不顯著(P＞0.05)；中層近岸區(qū)、貝類區(qū)和貝藻區(qū)的S275～295均值差異不顯著，海帶區(qū)和外海區(qū)S275～295均值差異也不顯著，但海帶區(qū)和外海區(qū)S275～295均值顯著高于其他各區(qū)(P＜0.05)；底層貝類區(qū)S275～295顯著高于近岸區(qū)和外海區(qū)，貝類區(qū)、貝藻區(qū)和海帶區(qū)的S275～295均值差異不顯著；沉積物間隙水外海區(qū)和海帶區(qū)S275～295顯著低于其他各區(qū)，而貝類區(qū)S275～295顯著高于其他各區(qū)(P＜0.05) (圖6)。

圖6 桑溝灣春季不同區(qū)域S275～295的均值比較Fig. 6 Mean comparison of S275～295 in water and pore water in different zones of Sanggou Bay in spring

2.6 桑溝灣不同區(qū)域光譜斜率垂直分布特征

桑溝灣春季近岸區(qū)S275～295均值垂直變化范圍為0.015～0.025，平均值為0.019±0.004，從表層向底層逐漸升高；貝類區(qū)S275～295均值垂直變化范圍為0.018～0.029，平均值為0.023±0.005，從表層向底層先升高后降低，并在沉積物間隙水中降低；貝藻區(qū)S275～295均值垂直變化范圍為0.019～0.022，平均值為0.020±0.001，從表層向底層逐漸升高；海帶區(qū)S275～295均值垂直變化范圍為0.017～0.027，平均值為0.022±0.005，從表層向底層先升高后降低；外海區(qū)S275～295均值垂直變化范圍為0.013～0.026，平均值為0.019±0.006，從表層向沉積物間隙水中逐漸降低(圖7)。

圖7 桑溝灣春季不同區(qū)域S275～295均值垂直分布特征Fig. 7 Vertical distribution of S275～295 average values in different zones of Sanggou Bay in spring

2.7 桑溝灣春季不同區(qū)域CDOM光學(xué)特性

桑溝灣春季各區(qū)域海水SUVA254均值均表現(xiàn)為沉積物間隙水顯著高于其他各個(gè)水層(圖8-a)，各區(qū)域變化范圍為0.41～2.19 L/(mg·m)。在水平分布上，表層海帶區(qū)SUVA254均值顯著高于近岸區(qū)和貝類區(qū)(P＜0.05)，略高于貝藻區(qū)和外海區(qū)，但差異不顯著(P＞0.05)；中層外海區(qū)SUVA254均值顯著高于近岸區(qū)和貝藻區(qū)，與海帶區(qū)和貝類區(qū)差異不顯著；底層近岸區(qū)和海帶區(qū)SUVA254均值顯著高于其他各區(qū)(P＜0.05)，貝類區(qū)、貝藻區(qū)和外海區(qū)差異不顯著；沉積物間隙水海帶區(qū)和外海區(qū)SUVA254均值顯著高于其余各區(qū)(P＜0.05)，且其余各區(qū)差異不顯著。在垂直分布上，外海區(qū)沉積物間隙水SUVA254均值顯著高于各水層，但水體中各水層差異不顯著，其余各區(qū)域SUVA254均值均呈現(xiàn)出從表層向底層顯著升高的趨勢。桑溝灣近岸區(qū)、貝類區(qū)和貝藻區(qū)E2∶E3均值均表現(xiàn)為沉積物間隙水高于其他各個(gè)水層(圖8-b)，各區(qū)域變化范圍為4.60～14.10，其中近岸區(qū)、貝類區(qū)和貝藻區(qū)E2∶E3均呈現(xiàn)出從表層向底層顯著升高的趨勢，海帶區(qū)和外海區(qū)沉積物間隙水E2∶E3顯著低于其他各區(qū)(P＜0.05)。

圖8 桑溝灣春季不同區(qū)域SUVA254和E2∶E3均值變化各區(qū)域各水層數(shù)據(jù)列上標(biāo)不同字母表示差異顯著，P＜0.05。Fig. 8 Variations of SUVA254 and E2∶E3 average values in different zones of Sanggou Bay in springDifferent letter superscripts represent significant differences in the different zones and layers,P＜0.05.

3 討論

3.1 桑溝灣春季CDOM空間分布特性

養(yǎng)殖生物通過自身代謝和排泄可向海水中釋放大量的有機(jī)物，影響著海水中DOM庫的組成和分布[31]。特定波長(355 nm)下的吸收系數(shù)常與CDOM的濃度成正比，常被用于表征CDOM的含量[12]。桑溝灣是中國北部沿海最大的海水養(yǎng)殖基地之一，是以規(guī)?；な截愒屦B(yǎng)殖為主的特色養(yǎng)殖海灣，通過光學(xué)手段可闡釋不同養(yǎng)殖種類對海水CDOM分布的影響。研究表明，近海海域CDOM受陸源輸入和生物現(xiàn)場活動(dòng)的影響，而在受人類活動(dòng)影響顯著的海域，如養(yǎng)殖活動(dòng)、土壤有機(jī)物的溶解釋放和人為污染排放均會(huì)顯著影響CDOM的產(chǎn)生及其分布[32-33]。從平面分布上來看，桑溝灣表層和底層a(355)均呈現(xiàn)出從近岸區(qū)向貝藻區(qū)逐漸降低，在海帶區(qū)升高后向外海逐漸降低的趨勢(圖2)，從不同區(qū)域均值比較上來看，表層和底層海帶區(qū)的a(355)均處于最高水平，且表層和沉積物間隙水中近岸區(qū)的a(355)均顯著高于相鄰的貝類區(qū)(圖3)，近岸區(qū)CDOM分布可能受陸源輸入影響較強(qiáng)，而海帶養(yǎng)殖活動(dòng)是導(dǎo)致海帶區(qū)CDOM濃度較高的主要因素。桑溝灣沿岸的沽河、崖頭河、桑干河等是陸源物質(zhì)進(jìn)入桑溝灣的主要通道[34]，大量有機(jī)物質(zhì)輸入近岸區(qū)，為該區(qū)域帶來豐富的CDOM，成為近岸區(qū)的光吸收的主要來源。本研究結(jié)果與膠州灣、象山港等養(yǎng)殖海灣研究結(jié)果一致[35-36]。

大型藻類釋放出的光合產(chǎn)物中，相當(dāng)一部分是黃棕色的溶解性有機(jī)物，是近岸海水中CDOM的主要來源之一[37]，本研究的結(jié)果顯示，高密度、規(guī)?；暮юB(yǎng)殖是桑溝灣CDOM的主要貢獻(xiàn)者之一。此外，沉積物間隙水的a(355)從近岸區(qū)向貝藻區(qū)逐漸降低，之后在海帶區(qū)向外海逐漸升高，但海帶區(qū)和外海區(qū)差異不顯著(圖3)，表明從灣內(nèi)到外海陸源輸入對桑溝灣CDOM的分布影響逐漸減弱，而海帶養(yǎng)殖活動(dòng)帶來的影響逐漸增強(qiáng)。大型海藻生長過程中會(huì)產(chǎn)生大量的碎屑與溶解有機(jī)碳，大部分能通過海流等因素轉(zhuǎn)移到周邊環(huán)境或輸送到深遠(yuǎn)海及其沉積物中[38-39]，本研究與這一研究結(jié)論相符，海帶養(yǎng)殖活動(dòng)及海流輸送(圖1)是影響桑溝灣海帶區(qū)和外海區(qū)CDOM分布的主要因素之一。

海水中的溶解有機(jī)物(DOM)向沉積物中垂直遷移的通量顯著[40]，DOM受光礦化或光漂白作用，在沉降遷移過程中異樣微生物驅(qū)動(dòng)著DOM的轉(zhuǎn)化和封存[41]。經(jīng)典生物泵(BP)及微型生物碳泵(MCP)對海洋CDOM向遠(yuǎn)海及沉積物中遷移和埋藏起著重要的貢獻(xiàn)[42-43]。桑溝灣春季不同區(qū)域a(355)在垂直方向的分布特征顯示，近岸區(qū)和貝藻區(qū)a(355)從表層向底層逐漸降低，主要原因可能是該季節(jié)表層光合作用、陸源輸入及海帶養(yǎng)殖釋放大量的CDOM，同時(shí)CDOM在垂直方向上受微生物降解作用，導(dǎo)致其底層濃度低于表層[44]。海帶區(qū)a(355)從表層向底層先降低后升高，但表層a(355)顯著高于底層，表明高密度、規(guī)模化的海帶養(yǎng)殖活動(dòng)釋放大量的CDOM[45]，導(dǎo)致海帶區(qū)表層CDOM高于底層。桑溝灣春季各區(qū)域的沉積物間隙水a(chǎn)(355)是表層、中層和底層之和的1.3～2.5倍，暗示著海水中的CDOM從水體向沉積物間隙水中富集并逐漸累積。沉積物間隙水中通常有相當(dāng)含量的CDOM，其中的CDOM濃度可達(dá)海水水體的10倍以上，這與沉積埋藏的顆粒有機(jī)物(POM)降解、再礦化以及MCP對溶解有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化和輸送有關(guān)[46]，陸源和海源有機(jī)物中的活性成分會(huì)在微生物作用下轉(zhuǎn)化為較惰性的組分，可被長久封存于沉積物中[47]。

3.2 桑溝灣春季CDOM來源及其遷移轉(zhuǎn)化過程

S275～295可示蹤C(jī)DOM在UV-B短波段內(nèi)的光化學(xué)反應(yīng)，能較好地預(yù)測CDOM的來源，S275～295值越大，表示海源有機(jī)質(zhì)較多，反之則陸源有機(jī)質(zhì)較多[12]。從水平分布上來看，桑溝灣春季表層和中層從近岸區(qū)到海帶區(qū)呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(圖5)，且外海區(qū)和海帶區(qū)S275～295均值顯著高于其他各區(qū)(圖6)，表明海帶區(qū)和外海區(qū)海源有機(jī)質(zhì)占主要成分，而近岸區(qū)有最低值，表示陸源有機(jī)質(zhì)占主要成分，人類活動(dòng)排放給近岸區(qū)帶來了豐富的陸源物質(zhì)，引起近岸區(qū)S275～295降低，而海帶的規(guī)?；B(yǎng)殖向海水中釋放了大量的DOM和顆粒有機(jī)物(POM)，通過海流輸送作用影響[37]，從而導(dǎo)致海帶區(qū)及外海區(qū)S275～295較高。底層S275～295貝類區(qū)均值顯著高于其他各區(qū)，表明底層貝類區(qū)海源有機(jī)質(zhì)占主要成分，濾食性貝類通過攝食活動(dòng)可將海水中的部分顆粒有機(jī)物(POC)濾除，實(shí)現(xiàn)POC在食物鏈中的進(jìn)一步傳遞和轉(zhuǎn)化，并且貝類排放大量的生物性沉積物，這些生物性沉積物不僅大量堆積在養(yǎng)殖區(qū)底部，還會(huì)向水體中釋放大量溶解有機(jī)物[48]，從而導(dǎo)致貝類區(qū)底層CDOM以海源有機(jī)質(zhì)為主。沉積物間隙水S275～295從灣內(nèi)向外海呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，表明近岸區(qū)和貝類區(qū)沉積物間隙水中海源有機(jī)質(zhì)占主要成分，可能是由于近岸區(qū)和貝類區(qū)水質(zhì)清澈、光投射能力強(qiáng)，而陸源輸入的有機(jī)質(zhì)可能由于富里酸和類蛋白質(zhì)等相對活性的物質(zhì)含量較高[49]，易受到光降解的影響而很快被分解，不能被富集在近岸的沉積物間隙水中，加之桑溝灣海水滯留時(shí)間較長、規(guī)?；暮ＫB(yǎng)殖活動(dòng)及海流輸送作用等因素的綜合作用[50]，導(dǎo)致近岸區(qū)和貝類區(qū)沉積物間隙水中的海源有機(jī)質(zhì)被有效地埋藏和富集。

光譜斜率S275～295常用于樣品中富里酸和腐殖酸比值的半定量分析，富里酸含量越高，S275～295值越大，反之越小[10]，因此常用來示蹤水體中CDOM的遷移轉(zhuǎn)化過程[51]。從垂直分布上看，桑溝灣近岸區(qū)S275～295從表層向底層逐漸升高，表明從表層到底層腐殖酸類物質(zhì)含量逐漸降低，沉積物中積累的富里酸類物質(zhì)含量較高，該區(qū)域從表層到底層的海水腐質(zhì)化程度逐漸降低，而陸源輸入可能是影響該區(qū)域CDOM遷移轉(zhuǎn)化的主要因素[28]。貝類區(qū)S275～295均從表層向底層先升高后降低，并在沉積物間隙水中降低，表明貝類間隙水中CDOM的腐質(zhì)化程度比底層水高，貝類區(qū)CDOM的遷移轉(zhuǎn)化可能受陸源輸入、現(xiàn)場浮游植物光合作用和養(yǎng)殖活動(dòng)的共同影響[46-52]。貝藻區(qū)S275～295從表層向底層逐漸升高，表明從表層到底層的富里酸類物質(zhì)含量逐漸升高，貝藻區(qū)中CDOM的腐質(zhì)化程度從表層到底層逐漸降低，該區(qū)域由于水體透明度相對較低，光投射能力較弱，導(dǎo)致水體光降解程度較低，因此光降解和貝藻養(yǎng)殖活動(dòng)可能是影響該區(qū)域CDOM遷移轉(zhuǎn)化的主要因素[49]。海帶區(qū)S275～295從表層向底層先升高后降低，即海帶區(qū)CDOM中腐殖酸類物質(zhì)含量從表層到底層先降低后升高，暗示著海帶區(qū)CDOM的腐質(zhì)化程度從表層到底層先降低后升高，并在沉積物中積累，海帶區(qū)CDOM的遷移轉(zhuǎn)化可能受海帶養(yǎng)殖活動(dòng)和微生物降解的影響[53]，而外海區(qū)S275～295從表層向沉積物間隙水中逐漸降低，即外海區(qū)CDOM中腐殖酸類物質(zhì)從表層到底層逐漸升高，表明外海區(qū)CDOM的腐殖化程度從表層到底層逐漸增大，并在沉積物中積累，微生物降解和海流輸運(yùn)可能是影響外海區(qū)CDOM遷移轉(zhuǎn)化的主要因素[54]。

3.3 桑溝灣春季海水養(yǎng)殖的碳匯效應(yīng)

CDOM普遍存在于海洋DOM庫中，在調(diào)節(jié)水生系統(tǒng)生物生產(chǎn)方面發(fā)揮著重要作用，其地球化學(xué)過程是全球碳通量和海洋碳循環(huán)的重要而活躍的組成部分[55]。中國是世界上海水養(yǎng)殖規(guī)模最大的國家，通過開展近海養(yǎng)殖增加海洋碳匯是應(yīng)對全球氣候變化和踐行“海洋負(fù)排放”的重要途徑[56]。利用本研究的結(jié)果可進(jìn)一步闡釋海水養(yǎng)殖對碳匯的貢獻(xiàn)。特定波長下的吸收系數(shù)之比常用來示蹤C(jī)DOM分子質(zhì)量的變化情況，E2∶E3與CDOM的分子質(zhì)量大小呈反比關(guān)系[30]。桑溝灣表層外海區(qū)E2∶E3小于其他各區(qū)域，表明外海區(qū)表層CDOM平均分子質(zhì)量處于較高水平；而海帶區(qū)和外海區(qū)沉積物間隙水的E2∶E3小于其他各區(qū)域，表明這兩個(gè)區(qū)域CDOM的平均分子質(zhì)量同樣處于較高水平。研究表明，海水CDOM中的富里酸相對于類腐殖質(zhì)來說分子質(zhì)量較低，而類腐殖質(zhì)是一類潛在惰性有機(jī)質(zhì)，相比多糖、蛋白和氨基酸等有機(jī)物更不易被微生物分解代謝[57]，而微生物碳泵(MCP)理論指出海洋中的微型生物是惰性溶解有機(jī)物的主要貢獻(xiàn)者[43]，Hopkinson等[58]指出微型生物對DOM的組分進(jìn)行了改造，同時(shí)改變了有機(jī)碳與其他元素的比例，即活性物質(zhì)向惰性物質(zhì)的轉(zhuǎn)變過程中提高了分子的C∶N∶P比例，本研究表明，海帶區(qū)的規(guī)?；B(yǎng)殖活動(dòng)向養(yǎng)殖海區(qū)及鄰近海域貢獻(xiàn)了較多的惰性溶解有機(jī)物[20,37,51]，而惰性溶解有機(jī)質(zhì)可在海水中長久儲存，構(gòu)成了養(yǎng)殖碳匯中穩(wěn)定的惰性溶解有機(jī)碳庫[53,59]。

SUVA254是表征水生系統(tǒng)中DOC特性的重要指標(biāo)，物質(zhì)的芳香性隨著其比值的增加而增加，SUVA254值越高，CDOM芳香性越強(qiáng)[11,60]。桑溝灣貝類區(qū)SUVA254從表層到底層逐漸增大(圖8)，表明該區(qū)域從表層到底層CDOM的芳香性逐漸增強(qiáng)，并在沉積物間隙水中達(dá)到最強(qiáng)，水體中的生物可利用性溶解有機(jī)物逐漸被分解，惰性溶解有機(jī)物含量不斷增加[20]。而貝藻區(qū)和海帶區(qū)的SUVA254變化趨勢一致，從表層向沉積物間隙水中先降低后升高(圖8)，表明該區(qū)域CDOM的芳香性先降低后逐漸增強(qiáng)并在沉積物間隙水中達(dá)到最強(qiáng)，表層芳香性略高于中層可能是由于表層光降解作用較強(qiáng)，導(dǎo)致表層DOM的平均分子質(zhì)量變大，芳香性和腐殖質(zhì)程度增加[61-62]。桑溝灣春季海帶區(qū)和外海區(qū)沉積物間隙水中的SUVA254顯著高于其他各區(qū)(圖8)，表明這兩個(gè)區(qū)域沉積物間隙水中CDOM的芳香性較強(qiáng)，即腐殖質(zhì)類物質(zhì)含量較高，暗示著海帶養(yǎng)殖活動(dòng)有較強(qiáng)的碳匯效應(yīng)，并通過海流作用向外海輸送[20,45]，本研究與廈門灣和象山港研究結(jié)果相符[8,36]，沉積物間隙水中的CDOM更富惰性組分，且遠(yuǎn)海端沉積物間隙水中CDOM的芳香性要高于近岸端，其性質(zhì)主要取決于更小空間尺度的生物地球化學(xué)過程[63-64]，桑溝灣內(nèi)高密度的筏式貝藻養(yǎng)殖向外海輸送了較多的顆粒態(tài)和溶解態(tài)有機(jī)物，這些活性的組分會(huì)在微生物作用下轉(zhuǎn)化為更多惰性的溶解有機(jī)質(zhì)，并通過BP機(jī)制向深水和沉積物中遷移[43]，同時(shí)外海區(qū)由于水體較深，沉積物間隙水中的CDOM也受到較少的光降解，高芳香度的CDOM在沉積物間隙水中得以被選擇性保存[63-66]。將來需要進(jìn)一步對比桑溝灣CDOM光學(xué)特性的季節(jié)變化，以期更全面認(rèn)識海水養(yǎng)殖的碳匯效應(yīng)。

（作者聲明本文無實(shí)際或潛在的利益沖突）