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三维荧光结合多变量分析在海洋溶解有机物特征研究中的应用

作　者: 周楠
导　师: 赵卫红
学　校: 中国科学院研究生院（海洋研究所）
专　业: 海洋化学
关键词: 溶解有机物三维荧光光谱平行因子分析聚类分析
分类号: X832
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

海洋溶解有机物质(DOM)是全球碳循环的重要贮库，在水体的生物和化学过程中起着重要作用，但是由于其结构和组成复杂，目前对其了解甚微。基于DOM荧光性质的三维荧光光谱的广泛应用为海洋DOM的研究展开了新的思路，多变量数据分析方法提供了新的技术手段。本文利用激发/发射矩阵光谱（EEMs）并结合平行因子分析（PARAFAC）的方法，对荧光组分进行有效分离，监测了北黄海、南海以及东海赤潮演替期间海水DOM荧光团组成和性质的差异，并结合温盐、叶绿素等物理生物参数和聚类分析的方法讨论了不同海域不同环境下海水DOM来源的主要影响因素，并对赤潮演替对DOM的影响进行了初步探讨。（1）对北黄海獐子岛附近海域12月、3月、5月三个航次的研究发现不同季节DOM的荧光组成基本一致，包含类腐殖质荧光组分C1(265/440nm)、C2(410-450/520-550nm)和类蛋白荧光组分C3(230,280/330nm)，且三者有很好的相关性，表明它们有着相同的来源或彼此间存在某种关系。各组分在不同季节不同水层的分布有在獐子岛周围海域荧光强度相对较大的共同点。通过对各组分与叶绿素a和盐度变化的关系研究发现，调查海区DOM受现场浮游植物和人类生产活动的共同作用。（2）南海1月份的样品识别出了四种荧光组分，分别为类蛋白荧光组分C1（280，230/335nm）和C4（270/310nm），类腐殖质荧光组分C2(255，320/415nm)、C3(290，350/490nm)，C4（270/480nm）。类蛋白荧光物质主要来自自陆源输入，而类腐殖质荧光物质只有在表层随着盐度的增大得到稀释，底层高盐低温区受到海洋自身有机物分解沉降的作用，出现荧光高值。聚类分析将调查区域分为四类，近岸入海口受人类活动的影响荧光物质含量大归为一类；比较靠近岸边的站位荧光值也相对较高，且水层较浅，表底层差别不大，为第二类；随着向远海的延伸，荧光强度逐渐降低，这些归为第三类；最后在远海底层的样品有类腐殖质的添加，归为第四类。（3）东海春季赤潮演替过程中DOM分解得到的六种荧光组分分别为类腐殖质荧光组分C1(265,335/470nm)、C2(245,310/400nm)、C6(300-310/510nm)，类蛋白荧光组分C3(275/315nm)、C4(235,290/330nm)、C5(305/345nm)。各荧光组分在不同水层的分布整体上呈现表层最高、中层次之、底层最低的特点，与生物活动相适应。发生赤潮演替最为明显的za断面DOM的组成和变化与其他断面有所不同，中肋骨条藻藻体的消亡降解向水体中释放了大量的类酪氨酸荧光物质，其他断面各类蛋白荧光组分之间和各类腐殖质荧光组分之间的相关性很好，主要受到陆源输入的影响，五月份的类蛋白荧光组分除陆源输入，还有沉积物间隙水的贡献。各荧光组分强度与叶绿素相关性不显著，现存浮游植物对类蛋白和类腐殖质荧光组分的直接影响都很小。通过对以上三个海域DOM的研究表明，EEMs与PARAFAC相结合对DOM荧光进行分析鉴别是一种有效可行的分析方法。不同海域DOM的组成和性质受到周围环境的影响，表现有一定的差异，赤潮演替过程中藻体的消亡降解会释放大量的类酪氨酸荧光物质，活跃的人类活动加剧了陆源有机物向海洋的输入，也在一定程度上影响了海洋DOM的分布组成。DOM光学性质的研究在监测、研究、开发利用海洋方面将具有广阔的应用前景。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
前言  13-14
1 文献综述  14-28
  1.1 海洋荧光溶解有机物  14
  1.2 三维荧光光谱在海洋溶解有机物研究中的应用  14-16
  1.3 多变量分析法  16-20
    1.3.1 平行因子分析  17-19
    1.3.2 主成分分析  19-20
    1.3.3 聚类分析  20
  1.4 海洋 CDOM 的研究现状及发展趋势  20-26
    1.4.1 CDOM 的荧光类型  20-25
    1.4.2 海洋 CDOM 的主要来源  25-26
  1.5 本论文的主要内容和研究目标  26-28
2 实验部分  28-30
  2.1 仪器和试剂  28
  2.2 样品的采集、处理和保存  28
  2.3 三维荧光光谱的测定  28
  2.4 叶绿素的测定  28-29
  2.5 数据的预处理  29-30
    2.5.1 三维荧光光谱散射效应的去除  29
    2.5.2 荧光单位的表示方法  29
    2.5.3 数据的处理方法  29-30
3 獐子岛附近海域溶解有机物的荧光特征  30-37
  3.1 样品的采集、处理及测定  30
  3.2 结果与讨论  30-35
    3.2.1 PARAFAC 模型因子数的选择  30-31
    3.2.2 PARAFAC 模型组分  31-32
    3.2.3 各组分的分布特点  32
    3.2.4 各组分季节分布变化  32-34
    3.2.5 各组分荧光与叶绿素 a 和盐度变化的关系  34-35
  3.3 小结  35-37
4 南海海域溶解有机物的三维荧光光谱研究  37-47
  4.1 样品的采集与预处理  37
  4.2 光谱测定、数据的预处理  37
  4.3 结果和讨论  37-45
    4.3.1 CDOM 的荧光组分特征  38-40
    4.3.2 各组分的空间分布  40-43
    4.3.3 CDOM 各荧光组分与盐度的关系分析  43-44
    4.3.4 聚类分析结果  44-45
  4.4. 小结  45-47
5 东海春季赤潮演替过程中溶解有机物的荧光特征  47-61
  5.1 材料和方法  47-48
    5.1.1 样品的采集和预处理  47
    5.1.2 样品的光谱测定  47-48
  5.2 结果  48-52
    5.2.1 CDOM 的荧光组分特征  48-51
    5.2.2 各组分在两个航次的分布特征  51-52
  5.3 讨论  52-59
    5.3.1 各荧光组分同源分析  52-55
    5.3.2 赤潮演替过程中 za 断面荧光组分的变化  55-58
    5.3.3 各荧光组分与盐度和叶绿素的关系  58-59
  5.4 小结  59-61
6 结论与展望  61-62
参考文献  62-69
硕士期间发表文章  69

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