珠江口及近海细菌对有机质的改造:来自氨基酸异构体及碳稳定同位素的证据

The bacterial reworking of organic matter(OM) is the key to study the transformation and cycling of biogenic elements in the oceans. The extent of bacterial reworking of OM regulates and controls the efficiency of nutrients delivery. It is necessary to quantify the bacterial reworking of OM more accurately and effectively. The ecosystems in the Pearl River estuary and adjacent coastal waters have typical characteristics caused by the subtropical monsoon climate and runoff. Studies in this area are commonly qualitative and there is few quantified research on the bacterial reworking of OM. The OM generated by bacteria can not be differentiated,which limits the further study of biogenic elements transformation efficiency and buried rate. In this proposal,the varations of geobiochemical characteristics of amino acids will be investigated according to the salinity gradient to probe into the monsoon and runoff influence on the OM evolution. The key scientific question is to study the bacterial reworking of OM both qualitatively and quantificationally using D- and L-amino acids together with their stable carbon isotopes. This study is very practical for the environmental research in this area, and will provide important database for the cognition of the bacteria function in chinese marine biogeochemical cycling. Furthermore,it is of significance to understand the mechanisms of C and N evolution and cycling in the oceans.

海洋中细菌对有机质的改造是碳氮及其他生源要素循环转化和再生的关键环节，细菌对有机质改造程度调控着有机物质向更高营养级传递的效率，进行精确有效的定量化研究十分必要。珠江口及近海生态系统受亚热带季风气候及径流变化影响显著，细菌作用复杂。现有研究多从定性角度讨论，未能定量研究细菌改造有机质的程度，无法区分细菌自身产生有机质的量,必然限制对该区域生源要素转化效率、埋藏速率等问题的进一步研究。本项目拟通过查明珠江口及近海海域冬夏两季水柱-沉积物氨基酸生物地球化学特征沿盐度梯度的变化，研究季风气候、径流等对有机质演化和细菌作用的影响；重点应用氨基酸异构体及碳稳定同位素，研究细菌作用对有机质生物地球化学特征的改变，定量评估细菌有机质对海洋有机质的贡献。本项目不仅对珠江口及近海生态环境研究具有现实意义，并且为揭示细菌在中国近海生物地球化学循环中的重要作用、深化认识海洋碳氮循环转化科学机制提供重要参考资料。

近年来，人类活动对近海生态系统产生了重大影响。过量的氮、磷等营养物质输入河口及海湾等近岸海域，近海生态系统物质平衡被打破，进而发生富营养化。氮是影响海洋生态系统初级生产力的关键因子，对近海生态系统富营养化起着重要的驱动作用。沉积物是近海生态系统氮等生源要素迁移、转化的重要场所，并为海洋生物提供营养物质，是近岸海域氮循环过程的重要组成部分。沉积物中的氮素大多贮藏在有机含氮化合物（蛋白质、氨基酸、腐殖质、生物碱等）中，有机氮是近海生态系统沉积物中氮的主要组成部分，是海洋生态系统溶解氮的重要存在形式之一。.本次研究以大亚湾沉积物中的有机氮为研究对象，探讨其赋存形态、组成特征以及在沉积物–海水界面的交换通量。（1）沉积物中冬季和夏季DON平均含量分别为50.56 mg/kg和46.92 mg/kg，溶解性游离氨基酸（DFAA）的平均含量分别为8.48 mg/kg和20.34 mg/kg。二者冬季和夏季空间分布均呈现在湾沿岸和海水养殖区域较高，而在湾中区域较低的趋势。（2）沉积物中可水解态氨基酸（THAA）以甘氨酸（Gly）、谷氨酸（Glu）含量最高，根据氨基酸的降解系数，大亚湾沿岸和海水养殖区有机质活性较高，而湾口和湾中区域沉积物有机质活性较低。（3）DON在沉积物–海水界面的交换通量占TDN交换通量的0.95～43.86%，主要表现为由沉积物向上覆水扩散。地表径流输入、沿岸人类生活排污和海水养殖活动提高了营养盐交换通量。.本研究对深入认识近海生态系统氮循环过程，进一步了解人类活动对近海富营养化的影响机制具有重要意义，可为我国海湾环境管理和保护提供科学依据。