海洋中丙烯酸的产生、分布及迁移转化

丙烯酸作为海洋主要硫化合物β-二甲巯基丙酸内盐（DMSP）裂解的产物之一，其海洋生物地球化学研究目前尚属空白。而与丙烯酸等摩尔产生的生源二甲基硫（DMS）是国际海洋科学研究的热点之一。本研究将对丙烯酸的产生，分布及迁移转化进行综合研究，具体测定生源丙烯酸以及DMSP和DMS的产生规律，丙烯酸的微生物消费和光化学氧化速率，对丙烯酸的来源和迁移变化途径进行综合评价；同时估算DMSP裂解与丙烯酸和DMS的定量关系。研究中国东、黄海和胶州湾中丙烯酸的浓度分布、时空变化、主要特点、影响因素以及与海区的生物特征、生态环境之间的关系；确定海水中丙烯酸浓度的主控因子。通过本研究，可明确丙烯酸在海洋生态系中的地位与作用，完善海洋硫循环和碳循环研究，同时具有重要的生物学和生态学意义。

除了陆源输入，海洋中的丙烯酸（AA）来源于生源二甲基硫（DMS）的前体β-二甲巯基丙酸内盐（DMSP）的裂解。目前DMS是国际海洋科学研究的热点之一，而与DMS等摩尔产生的AA的海洋生物地球化学研究目前尚属空白。本项目以海洋中AA的产生，分布及迁移转化为研究主线，采用实验室培养和模拟与现场观测相结合的方法展开。在实验室研究我国近海优势藻产生AA、DMSP和DMS的规律和特征，研究海水中AA的微生物消耗和光化学氧化过程；现场研究我国近海、河口区和典型海湾中AA的浓度分布、时空变化、主要特点、影响因素以及与海区的生物特征、生态环境之间的关系。研究表明，不同微藻释放AA、DMSP和DMS有明显的种间差异。与DMS类似，甲藻和金藻释放的AA一般高于其他门类，其含量在指数生长期大多数处于低值，而在稳定生长期出现激增。一般而言，DMS/AA在指数生长前期有增加的趋势，即DMSP通过酶裂解方式降解的比例在增加；在指数生长后期和稳定期DMS/AA在降低，而AA/(DMSP+AA) 比值在增加，即DMSP通过去甲基化方式降解的比例在增加。添加外源DMSP的模拟实验表明，藻液中DMS/AA一般在指数生长期或稳定期出现最大值，在衰亡期相对较低，DMS/AA随着DMSPd浓度的增加而增加。AA/(DMSP+AA)与DMSPd浓度呈反比，甲藻相对于硅藻而言，其降解能力较大。海水中AA同时发生微生物消耗和光化学氧化，由于海水的组成和环境不同而有差异，一般以微生物消耗为主。近海海水中AA的分布有着显著的时空变化，东海>黄海>渤海>南海；近岸向外海有逐渐减少的趋势；垂直分布上最大值出现在表层附近；春、夏季高于秋、冬季，白天高于夜晚。AA的分布主要受到浮游植物数量、种类和活力的控制，这与实验室微藻的研究结果一致，同时受到陆源输入、水团、微生物活动等因素的影响。DMSP的降解产生AA和DMS的过程受到裂解酶，温度，pH，盐度等因素的影响。对胶州湾内外海水进行的DMSP降解研究表明，DMSP消耗速率及降解方式和AA与DMS的产生速率有明显的季节变化。观测到黄渤海海水中DMSPd的降解速率及DMS和AA的产生速率随海洋环境的变化而不同；天然海水中AA有时表现为光化学净产生，有时为光化学氧化。以上研究为认识AA的海洋生物地球化学过程以及深入认识海洋生源硫循环过程，提供了基本参数和规律特征。