低分子量有机酸对近岸海水碳循环影响综合研究

Low-molecular-weight organic acids (LMWOAs) are organic acids with chain length less than 5, including formic acid, acetic acid, lactic acid and etc.. Since they were considered as low concentration and fast metabolism compounds in oxygen-replete sea water for a long time, little related research was conducted. However, prior work in our laboratory found that high concentrations of LMWOAs existed in the Jiaozhou Bay and the Yellow Sea for a long time. Based on these results, by cruise investigation, laboratory incubation of sea water and computer simulation, this project will systematically study the spatial-temporal variation trends and land-sea fluxes of LMWOAs in the oxygen-replete sea water in the Jiaozhou Bay, the Yellow Sea and the Bohai sea. The control factors on their distributions and fluxes will be investigated, and their effects on carbon dioxide system in the sea water and their transformation with methane and carbon dioxide will be studied. By conducting this project, the model of spatial-temporal variations of LWMOAs in the Jiaozhou Bay, the Yellow Sea and the Bohai Sea will be established and the roles of LMWOAs on methane cycle and carbon dioxide system in oxygen-replete sea water will be determined. Completing this project will promote more precise prediction of the variation trend of coastal carbon dioxide system and marine environment, and deeper understanding effects of LWMOAs on coastal carbon cycle more deeply. This project will also provide new fundamental methods and data for protecting China coastal environment.

低分子量有机酸（LMWOAs）是指碳链长度不大于5的有机酸，包括甲酸、乙酸、乳酸等。 由于长期认为它们在富氧海水中浓度较低，新陈代谢过程快，相关的研究工作开展极少。然而本人实验室的前期工作发现胶州湾和黄海海水中长期存在较高浓度的LWMOAs。在此基础上，本项目将通过海上调查、海水实验室培养和计算机模拟，系统研究LMWOAs在胶州湾和黄渤海富氧海水中的时空变化趋势和海陆通量；考察影响其分布和通量的因素；研究它们对海水二氧化碳系统的影响以及与甲烷、二氧化碳的相互转化规律。通过本项目的实施，最终建立起LMWOAs 在胶州湾和黄渤海的时空变化模式、确定它们对近岸富氧海水甲烷循环和二氧化碳体系的影响与作用。本项目的完成有助于更加准确地预测近岸富氧海水二氧化碳系统和海洋环境的变化趋势，进一步了 解LWMOAs在近岸海水碳循环中的作用；为中国近海海洋环境保护提供新的基础研究方法和数据。

本项目聚焦于研究中国近海海水和沉积物中的低分子量有机酸（LMWOAs）。LMWOAs是碳链长度不大于5的有机酸，如甲酸、乙酸、乳酸等。它们在富氧海水中浓度较低，新陈代谢过程快，相关的研究开展极少。基于本人实验室前期工作发现胶州湾和黄海海水中长期存在较高浓度的LWMOAs的基础，根据研究计划，项目组通过海上调查、海水实验室培养和计算机模拟，系统研究了LMWOAs在胶州湾和中国近海海水和沉积物中的时空变化趋势和海-气通量及对海水二氧化碳系统和甲烷的影响等，重要结果和关键数据包括：胶州湾LMWOAs的浓度从近岸到远岸呈降低趋势。胶州湾海水中LMWOAs占溶解有机碳（DOC）的百分比最高达19.40%，其分布受多种自然和人为过程如微生物活动、浮游生物释放、河流输入、有机污染物的排放等影响。首次提出根据海水中甲酸和乙酸的浓度比值判别LMWOAs来源的可行性并确定胶州湾LMWOAs主要来源于人类活动。首次计算了胶州湾海水中甲酸、乙酸和乳酸储量的年平均值分别为1.5×10^6 kg，6.5×10^6 kg和0.3×10^6 kg。在中国近海LMWOAs的研究方面，首次发现长江口及其邻近海域存在较高浓度的LMWOAs，是该区域DOC的重要组成部分，包括甲酸、乙酸和乳酸，以乙酸为主。长江口LMWOAs的来源与胶州湾相似。在该区域，LMWOAs浓度的高值区、季节性缺氧区和赤潮高发区高度重合，表明LMWOAs可以成为潜在的评估近岸海域有机物污染状况的指标。对雅浦海沟LMWOAs的拓展研究表明，在雅浦海沟南部海水中甲酸和乙酸有相似的生物地球化学过程，其LMWOAs来源几乎不受人为因素的影响。项目组开发的一款在考虑LMWOAs碱度的情况下计算海水pH值的软件Org·TCO2TA比常用软件CO2SYS能够更加准确的计算海水的pH值，其计算结果更加接近海水的实际情况。对中肋骨条藻好赫氏圆石藻的培养实验表明，藻类释放是海洋中低分子量的重要来源。本项目的完成有助于更加准确地追踪和评估近岸富氧海水二氧化碳系统和海洋环境的变化趋势，进一步了解LWMOAs在近岸海水碳循环中的作用；为中国近海海洋环境保护提供了新的基础研究方法和数据积累。