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高强度养殖活动下老爷海溶解氧的亏损及有机质成分的响应

马文超 王焱 朱卓毅

马文超, 王焱, 朱卓毅. 高强度养殖活动下老爷海溶解氧的亏损及有机质成分的响应[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2021, (2): 85-99. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2021.02.009
引用本文: 马文超, 王焱, 朱卓毅. 高强度养殖活动下老爷海溶解氧的亏损及有机质成分的响应[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2021, (2): 85-99. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2021.02.009
MA Wenchao, WANG Yan, ZHU Zhuoyi. Oxygen depletion and the response of organic matter in Laoyehai, a lagoon with strong aquaculture activities[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2021, (2): 85-99. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2021.02.009
Citation: MA Wenchao, WANG Yan, ZHU Zhuoyi. Oxygen depletion and the response of organic matter in Laoyehai, a lagoon with strong aquaculture activities[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2021, (2): 85-99. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2021.02.009

高强度养殖活动下老爷海溶解氧的亏损及有机质成分的响应

doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2021.02.009
基金项目: 国家重点研发计划(2018YFD0900702); 国家自然科学基金(41976042)
详细信息
    通讯作者:

    朱卓毅, 男, 副研究员, 博士生导师, 研究方向为海洋有机地球化学. E-mail: zhu.zhuoyi@sjtu.edu.cn

  • 中图分类号: P593

Oxygen depletion and the response of organic matter in Laoyehai, a lagoon with strong aquaculture activities

  • 摘要: 老爷海是海南岛东岸的一处潟湖, 受强烈人类活动(尤其是养殖活动)影响, 其水体富营养化并伴随低氧. 在选取的旱季和洪季(2010年4月和2011年8月), 老爷海适值低氧期间, 对老爷海开展了针对溶解氧和有机质的采样与观测. 结果显示, 春季潟湖低氧强烈, 个别站位表层水溶解氧也仅为50%, 夏季则在底层也存在低氧. 在这样的背景下, 春季有机质浓度明显高于夏季, 颗粒有机质的C/N值(C与N的比值)也表现为春季高于夏季(平均值春季为9.7, 夏季为7.7). 氨基酸所指征的有机质成分暗示春季有机质有较强的细菌降解信号; 夏季有机质的低C/N值和高氨基酸碳、氮归一化产量显示现场生产相对活跃, 有机质主要来自海源浮游植物, 表层水供氧充分. 在水体发生氧亏损时, 溶解和颗粒有机质的降解程度存在差异. 整体而言, 颗粒有机质的降解程度随着水体中溶解氧浓度的下降而增加, 说明颗粒有机质的降解消耗氧气是造成潟湖低氧的重要驱动因素; 溶解有机质成分的变化和溶解氧关联不显著.
  • 图  1  老爷海的地理位置(a)和采样站位(b)

    Fig.  1  Geographic position of Laoyehai (a) and sampling stations (b)

    图  2  2010年4月和2011年8月老爷海温度、盐度和溶解氧的表底层空间分布

    Fig.  2  Spatial distribution of temperature, salinity, and DO of the surface and bottom water layers in April 2010 and August 2011, Laoyehai

    图  3  春季和夏季L-5站位温度、盐度和pH值的剖面变化

    Fig.  3  Temperature, salinity and pH profiles at the L-5 station in the spring and summer

    图  4  春季和夏季老爷海表底层pH值与DO的变化相关性

    Fig.  4  Relationship between pH and DO of the surface and bottom water layers during the spring and summer season, Laoyehai

    图  5  2010年4月和2011年8月老爷海表层TSM、颗粒有机质(POC%、PN%、POC、PN)和C/N值的空间分布

    Fig.  5  Spatial distribution of TSM and particulate organic matter (POC%, PN%, POC, PN) and C/N ratio of surface water in April 2010 and August 2011, Laoyehai

    图  6  2010年4月和2011年8月颗粒和溶解态氨基酸在老爷海表底层的空间分布

    Fig.  6  Spatial distribution of particulate amino acids and dissolved amino acids at the surface and bottom water layers in April 2010 and August 2011, Laoyehai

    图  7  颗粒态氨基酸的碳、氮归一化产量(AA C yield、AA N yield)、降解指数(DI)与C/N值的关系

    Fig.  7  Relationships between AA C yield, AA N yield, DI of THPAA, and C/N radio

    图  8  老爷海春夏季C/N值、AA C yield、AA N yield随POC%的变化趋势图

    Fig.  8  Relationships between AA C yield, AA N yield, C/N ratio, and POC%

    图  9  表层颗粒态氨基酸参数随环境变量的散点变化趋势

    Fig.  9  Surface THPAA plotted against environmental variables

    图  10  溶解态表层氨基酸参数随溶解氧和pH值的变化趋势

    Fig.  10  Variation between surface THDAA parameters and DO, pH

    图  11  溶解态底层氨基酸参数随AOU和pH值的变化趋势

    Fig.  11  Variation between bottom THDAA parameters and AOU, pH

    表  1  本研究涉及的氨基酸和指征参数中英文对照表

    Tab.  1  Amino acids and parameters used in this study

    氨基酸氨基酸指征参数
    英文缩写中文名英文缩写中文名
    THPAA 颗粒态氨基酸 AA C yield 氨基酸的碳归一化产量
    THDAA 溶解态氨基酸 AA N yield 氨基酸的氮归一化产量
    Asp 天冬氨酸 DI 降解指数
    Glu 谷氨酸 D-AA% D型氨基酸在总氨基酸中的比例
    Asn 天冬酰胺 Gly% 甘氨酸在总氨基酸中的比例
    Ser 丝氨酸 D/L-Ala D型丙氨酸与L型丙氨酸的比值
    Gln 谷氨酰胺
    Thr 苏氨酸
    Gly 甘氨酸
    Arg 精氨酸
    Ala 丙氨酸
    GABA γ -氨基丁酸
    Tyr 酪氨酸
    Aba 氨基丁酸
    Val 缬氨酸
    Met 蛋氨酸
    Trp 色氨酸
    Phe 苯丙氨酸
    ILE 异亮氨酸
    Leu 亮氨酸
    Lys 赖氨酸
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    表  2  2010年4月和2011年8月老爷海表底层水体的水质参数

    Tab.  2  Water quality parameters of the surface and bottom water layers in April 2010 and August 2011, Laoyehai

    温度/℃盐度pH值DO/(mg·L–1)DO%AOU/(mg·L–1)
    2010.4 表层 max 30.1 33.0 9.28 13 164% 3.8
    min 27.0 13.8 7.92 3 38% –6.0
    mean 28.5 23.5 8.42 7 86% 0.1
    2011.8 表层 max 34.1 27.5 8.51 9 128% 3.1
    min 29.9 7.2 7.42 4 49% –2.4
    mean 31.9 16.5 8.05 6 90% 0.2
    2010.4 底层 max 29.6 33.0 8.92 8 101% 6.8
    min 27.1 18.8 7.68 0.2 2% –0.7
    mean 28.1 24.8 8.22 4 50% 2.9
    2011.8 底层 max 32.1 32.3 8.21 6 81% 6.6
    min 30.1 16.4 7.45 0 0% 0.7
    mean 31.1 21.7 7.85 3 46% 3.2
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    表  3  2010年4月和2011年8月老爷海表层水体的总悬浮颗粒物、颗粒有机质浓度和C/N值

    Tab.  3  Total suspended matter (TSM), particulate organic matter, and C/N ratio in April 2010 and August 2011, Laoyehai

    TSM/(mg·L–1)POC%PN%POC/(µmol·L–1)PN/(µmol·L–1)C/N
    2010.4 max 42 14% 1.5% 434 40 11.7
    min 24 2% 0.3% 41 6 7.3
    mean 34 6% 0.7% 172 17 9.7
    2011.8 max 60 4% 0.6% 129 16 8.4
    min 17 1% 0.2% 19 3 6.6
    mean 36 3% 0.4% 78 10 7.7
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    表  4  2010年4月和2011年8月老爷海表底层水体的氨基酸浓度和相关参数

    Tab.  4  Amino acids of the surface and bottom water layers in April 2010 and August 2011, Laoyehai

    THPAATHDAA
    CONC/
    (mg·L–1)
    AA C
    yield
    AA N
    yield
    DID-AA%D/L-AlaGly%CONC/
    (mg·L–1)
    DID-AA%D/L-AlaGly%
    2010.4表层 max 5.9 16% 30% 0.7 7.4% 0.14 14% 3.2 5.1 16% 0.75 50%
    min 0.2 1% 3% – 0.2 5.1% 0.03 6% 0.3 – 0.4 0% 0.13 38%
    mean 1.3 4% 9% 0.3 6.1% 0.09 10% 2.1 1.2 8% 0.25 44%
    2011.8表层 max 2.4 10% 22% 1.9 11.3% 0.06 13% 3.4 3.4 10% 0.39 48%
    min 0.1 2% 4% 0.2 4.4% 0.05 8% 0.4 – 0.7 0% 0.25 34%
    mean 1.2 6% 13% 0.9 8.4% 0.05 9% 1.5 1.4 5% 0.31 40%
    2010.4底层 max 3.3 1.1 11% 0.67 73%
    min 0.2 – 2.3 5% 0.11 42%
    mean 1.8 – 0.2 8% 0.25 50%
    2011.8底层 max 1.5 1.6 11% 0.51 41%
    min 0.1 0.8 9% 0.26 36%
    mean 1.0 1.2 10% 0.34 39%
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    表  5  2010年4月和2011年8月老爷海内湾和外湾水体中氨基酸的优势单体

    Tab.  5  Dominant monomers of amino acids in the inner and outer gulf in April 2010 and August 2011, Laoyehai

    AA C yieldAA N yieldTHPAATHDAA
    L-Glu%L-Asp%L-Ala%Gly%Gly%L-Ala%L-Asp%L-Thr%
    2010.4内湾(网箱养鱼)5%13%14%13%12%9%44%11%8%6%
    外湾(岸滩养虾)8%16%7%8%13%9%39%9%10%5%
    2011.8内湾(网箱养鱼)2%4%13%14%12%11% 52%7%6%4%
    外湾(岸滩养虾)3%6%7%9%13%9%40%9%8%5%
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    表  6  剖面站L-5站位春季和夏季的溶解氧和氨基酸含量

    Tab.  6  Profile of DO and amino acids at the L-5 station in the spring and summer

    季节深度/mDO/(mg·L–1)AA C yieldaAA N yieldaDIaDIbGly%b
    春季 0 4.0 2% 7% 0.05 0.2 43%
    3 0.3 6% 13% 0.6 2.2 37%
    4 0.2 0.9 45%
    5 0.2 0 47%
    夏季 0 9.1
    2 2.3 1.1 41%
    4 0.0 1.4 38%
    注: a 为基于 THPAA 计算得出, b 为基于 THDAA 计算得出.
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  • 收稿日期:  2019-12-04
  • 刊出日期:  2021-03-30

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