东、黄海气溶胶和雨水中氨基化合物的研究

论文摘要

有机氮是大气气溶胶和雨水中的重要氮组分,其对海洋的输入不仅可以促进海洋初级生产力的增长,还可能影响海洋生态系统的结构和功能。大气中有机氮的种类繁多,氨基酸和尿素可能是气溶胶和雨水中有机氮的重要成分。由于氨基酸和尿素是生物生长直接的氮源,能够对海洋生态系统产生直接的作用,因此研究大气中氨基酸和尿素的浓度、来源和分布特征等对于了解大气有机氮对海洋生态系统的影响具有重要意义。本论文选择中国近海为目标研究区域,通过2006年10～11月黄海、2006年11～12月东海、2007年2～3月东海和2007年3～4月黄海四个航次,采集了46个TSP样品,9套Anderson分级样品和18个雨水样品,分析了其中游离氨基化合物（DFAC）、结合氨基化合物（DCAC）和尿素氮的含量,给出了黄、东海大气气溶胶和雨水中各种氨基化合物的浓度分布特征、粒径谱分布特征以及氨基化合物的组成特征。黄海秋季气溶胶中DFAC的平均浓度为857.6 pmolN·m-3,略高于春季非沙尘样品(730.3 pmolN·m-3)。春季沙尘样品中DFAC的浓度明显高于非沙尘样品,为1078.7 pmolN·m-3。东海冬季气溶胶中总DFAC浓度为797.1 pmolN·m-3,与春季气溶胶中DFAC的浓度差别不明显。中国近海气溶胶中的氨基化合物主要以结合态的形式存在,在总氨基化合物中的比例为70%～90%。黄海春季沙尘样品中DCAC浓度为7360.5 pmolN·m-3,约为非沙尘样品的3倍。东海冬季气溶胶中DCAC的浓度为3180.9 pmol·m-3,与春季样品相似。黄海秋季雨水中DFAC和DCAC的平均浓度分别为5.3μmolN·L-1和27.0μmolN·L-1,春季雨水中DFAC和DCAC浓度含量均高于秋季,平均浓度分别为6.2μmolN·L-1和44.9μmolN·L-1。东海冬季雨水中总DFAC和DCAC的平均浓度分别为5.7μmolN·L-1和44.8μmolN·L-1,春季雨水中DFAC和DCAC的浓度均低于冬季,分别为4.8μmolN·L-1和24.5μmolN·L-1。中国近海雨水中的氨基化合物也主要以结合态的形式存在,在总氨基化合物中的比例为85%左右。黄海秋季气溶胶和雨水中尿素的平均浓度分别为12.7nmolN·m-3和16.4μmol·L-1,春季非沙尘气溶胶中尿素的平均浓度为8.1 nmolN·m-3,雨水中为56.2μmol·L-1,春季沙尘样品中尿素的浓度明显高于非沙尘样品,为19.9 nmolN·m-3。东海冬、春季节,气溶胶中尿素的平均浓度分别为7.9 nmolN·m-3和9.8nmolN·m-3,雨水中的平均浓度分别为11.4μmolN·L-1和21.4μmolN·L-1。东、黄海雨水对尿素的平均清除效率为2700～2900 kg·L-1,高于大气中一般矿物质和其他粒子的湿清除效率,易于被雨水清除。中国近海气溶胶中,游离氨基化合物以Ser、Thr+Gly、Ala和MA为主,其对DFAC的贡献为55%左右。气溶胶中结合氨基化合物以Ser和Thr+Gly为主,大约可占总DCAC的30%～40%。海洋雨水中,游离氨基化合物以Ser、Thr+Gly和Ala为主,对DFAC的贡献为50%左右。春季雨水中,结合氨基化合物以Asp、Glu和Ser为主,冬、秋季节则以Asp、Glu、Ser、Arg和Gly+Thr占主导地位,对总DCAC的贡献超过70%。除春季黄海沙尘气溶胶中DFAC和DCAC的粒径分布呈单峰分布外,东、黄海气溶胶中DFAC和DCAC的粒径分布均呈双峰分布。气溶胶中DFAC的峰值主要出现在0.43μm～0.65μm细粒子和>7.0μm的粗粒子上。DCAC的峰值主要出现在1.1μm～3.3μm和7.0μm～11μm的粒子上。沙尘天气下,气溶胶中DFAC和DCAC的峰值分别出现在4.7μm～7.0μm和2.1μm～3.3μm的粗粒子上。中国近海气溶胶中尿素氮在各粒径段所占的比例相差不大,但尿素氮的粒径谱分布在不同季节呈现不同的变化特征。东海冬、春季尿素氮在<2.1μm的细粒子上的贡献分别为30%和40%。在2.1μm～7.0μm粗粒子上尿素氮的贡献为冬季高于春季,分别为42%和35%左右。黄海秋季尿素氮在<2.1μm细粒子和>2.1μm粗粒子上的贡献相差不大,均为50%左右。春季非沙尘气溶胶中尿素氮的比例主要集中在<2.1μm的细粒子上,其所占的比例为67.8%,而沙尘气溶胶中的尿素氮则在7.0μm～11μm粗粒子上的贡献明显高于非沙尘气溶胶。数据统计分析结果表明:黄、东海气溶胶中DFAC、DCAC和尿素的分布在不同季节受不同因子支配。其中DFAC和尿素主要来自于陆源的影响,春季,气溶胶中尿素氮主要与土壤中尿素的升华有关。海洋气溶胶中DCAC的来源比较复杂,一般受到海源和陆源物质输送的多重影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 大气的干、湿沉降
• 1.2 大气有机氮沉降
• 1.2.1 大气沉降中有机氮的贡献
• 1.2.2 大气沉降中有机氮化合物的种类
• 1.3 大气沉降中的有机氮化合物－氨基酸化合物
• 1.3.1 大气沉降中氨基酸化合物的贡献
• 1.3.2 大气沉降中氨基酸化合物的来源
• 1.4 大气沉降中的有机氮化合物－尿素
• 1.4.1 大气沉降中尿素的贡献
• 1.4.2 大气沉降中尿素的来源
• 1.5 大气有机氮沉降的海洋生态效应
• 2 实验部分
• 2.1 样品采集
• 2.2 采样期间气象条件
• 2.3 样品的保存和预处理
• 2.4 样品分析
• 2.4.1 样品中氨基化合物的分析
• 2.4.2 样品中尿素的分析
• 2.4.3 样品中常量离子的分析
• 3 海洋气溶胶和雨水中氨基化合物浓度分布
• 3.1 海洋气溶胶中总游离氨基化合物浓度分布特征
• 3.2 海洋气溶胶中总结合氨基化合物浓度分布特征
• 3.3 海洋气溶胶中TDAC-N 与总无机氮的比例
• 3.4 海洋气溶胶中氨基化合物的粒径谱分布特征
• 3.5 海洋气溶胶中氨基化合物的地域分布特征
• 3.6 海洋雨水中氨基化合物浓度分布特征
• 4 海洋气溶胶和雨水中氨基化合物的组成
• 4.1 海洋气溶胶中游离氨基化合物的组成
• 4.2 海洋气溶胶中结合氨基化合物的组成
• 4.3 海洋雨水中氨基化合物的组成
• 5 海洋气溶胶和雨水中尿素氮的分布特征
• 5.1 海洋气溶胶中尿素氮的浓度分布
• 5.2 海洋气溶胶中尿素氮与总无机氮的比例
• 5.3 海洋气溶胶中尿素氮的粒径谱分布
• 5.4 海洋雨水中尿素氮的浓度分布
• 5.5 海洋气溶胶和雨水中尿素氮浓度分布的地域分析
• 6 海洋气溶胶中物质的来源解析
• 6.1 颗粒物来源与浓度
• 6.1.1 东海大气颗粒物来源
• 6.1.2 黄海大气颗粒物来源
• 6.2 气溶胶中氮组分的数据统计分析
• 6.2.1 聚类分析的结果
• 6.2.2 相关分析的结果
• 6.2.3 因子分析的结果
• 7 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文