李 琪，喬馨越，丁海兵,4*

（1. 中國海洋大學(xué) 深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學(xué)中心，山東 青島 266100；2. 中國海洋大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266100；3. 中國海洋大學(xué) 海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100；4. 嶗山實(shí)驗(yàn)室 海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266237）

低分子量有機(jī)酸（Low Molecular Weight Organic Acids，LMWOAs）是碳鏈長度為1～5的有機(jī)酸，通常含有1～3個(gè)羧基，分子量一般小于500 D，主要包括甲酸（Formic Acid，F(xiàn)A）、乙酸（Acetic Acid，AA）、乳酸（Lactic Acid，LA）等（Albert et al, 1997）。LMWOAs廣泛分布于海洋、大氣、土壤、湖泊、降水、雪和冰等地表天然環(huán)境中（Xiao et al, 2014）。在海洋中，LMWOAs是重要的海洋活性溶解有機(jī)物，參與海洋中許多的生物化學(xué)和地球化學(xué)過程（Liang et al, 2020）。海洋中的許多過程能夠產(chǎn)生LMWOAs，例如浮游植物的光呼吸作用（Steinberg et al, 1984）、溶解有機(jī)物的光化學(xué)降解（Tedetti et al, 2006）和微生物作用下的長鏈脂肪酸的降解（Xiao et al, 2014） ，以及表層沉積物的擴(kuò)散（Miller et al,1979）等。雖然LMWOAs的產(chǎn)生途徑有很多，但在海洋中濃度通常很低，主要是因?yàn)長MWOAs的生物可利用性很高，容易被生物消耗。作為生物碳源的LMWOAs通過同化作用轉(zhuǎn)化為生物體的組成部分，生物體的排泄物和自身大分子有機(jī)物的分解又能將LMWOAs釋放出來（Xiao et al, 2014）。但是，劉宗麗等（2013）和Lü等（2020, 2022）在對(duì)膠州灣表層海水的調(diào)查中檢出LA、AA、FA，發(fā)現(xiàn)它們對(duì)溶解有機(jī)碳（Dissolved Organic Carbon，DOC）的貢獻(xiàn)高達(dá)近20%，認(rèn)為膠州灣周邊活躍的人類活動(dòng)可能是影響其水體LMWOAs濃度和分布的主要因素。Ho等（2002）發(fā)現(xiàn)在海洋表層和界面層中，高達(dá)15%～46%的碳供應(yīng)通過AA代謝；Heuer等（2009）研究表明，海洋沉積物中AA的碳同位素組成高度可變。這些研究均表明，在受人類活動(dòng)影響較大海域的水體和沉積物中，LMOWAs可能成為海洋活性有機(jī)碳的重要組成部分，并卷入了多種有機(jī)碳的生物地球化學(xué)過程。因此，研究LMWOAs復(fù)雜的生物與海洋環(huán)境相互作用的過程，對(duì)了解海洋活性有機(jī)碳循環(huán)具有重要意義。

相比于其他地表環(huán)境，海洋中LMWOAs的相關(guān)研究很少，并且主要集中于近岸海域水體和沉積物中。Mueller和John（1987）在蘇格蘭淺海沉積物孔隙水中檢測到AA、丙酸、2-丁酸。Albert等（1995）調(diào)查了黑海海水和表層沉積物，僅能檢測到LA、AA和FA三種LMWOAs。Tedetti等（2006）在西北地中海地表和深海海水樣本檢測到含有C2-C5的二元羧酸和醛酮羧酸。Liang等（2020）以膠州灣為研究對(duì)象，證實(shí)了LMWOAs是影響該區(qū)域海水酸化的重要因素。周玉娟等（2013）定性、定量分析了春季美國東岸納拉甘西特灣表層海水的LMWOAs，僅檢出AA和FA。Lü等（2020，2022）調(diào)查長江口和鄰近東海海水發(fā)現(xiàn)，LMWOAs的高濃度區(qū)域出現(xiàn)在河流入?？诟浇?，且與季節(jié)性缺氧區(qū)域、富營養(yǎng)化區(qū)域具有高度一致性。

迄今為止，國內(nèi)外對(duì)海洋沉積物、沉積物間隙水和海水中LMWOAs的濃度、分布等都進(jìn)行了一些初步的探究。與國外相比，國內(nèi)LMWOA的相關(guān)研究起步更晚，目前的研究主要集中于近海水體。到目前為止，對(duì)LMWOAs在海水中的動(dòng)態(tài)過程，特別是其轉(zhuǎn)化速率的考察幾乎沒有文獻(xiàn)報(bào)道。針對(duì)當(dāng)前的研究現(xiàn)狀，本文選取常年受到自然過程和人類活動(dòng)顯著影響的膠州灣海域作為研究對(duì)象，探究秋季膠州灣海水LMWOAs的分布特征，以及它們和其他海水基本參數(shù)之間的關(guān)系，首次對(duì)微生物影響下膠州灣LMWOAs的產(chǎn)生和消耗速率空間變化特征和可能的影響因素開展初步、系統(tǒng)的研究。本文內(nèi)容有助于進(jìn)一步了解活性有機(jī)物在海洋中的動(dòng)態(tài)過程，也為海洋有機(jī)碳循環(huán)研究提供了新的視角和方法。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

膠州灣（120°04′～120°35′E，36°00′～36°30′N）位于黃海西北部、山東半島南岸，是一個(gè)扇形半封閉天然海灣（Zheng et al, 2019）。膠州灣東西寬約28 km，南北長約30 km，海灣內(nèi)平均水深為6～7 m，從西北向東南水深逐漸增加，灣口處水深最深（王軻, 2021）。膠州灣所在的青島地區(qū)屬于典型的暖溫帶季風(fēng)氣候，四季變化分明，降水量季節(jié)分布極不均勻，夏季降水量往往達(dá)到全年的70%（Yao et al, 2017）。沿岸有十幾條大小河流，總年均入海水量達(dá)6×108m3，其中李村河、婁山河、海泊河、墨水河的上游幾乎干涸，城市里的生活污水和工農(nóng)業(yè)廢水主要通過這些河道的中下游排放入海（王剛, 2009; 盛茂剛等, 2014）。青島市圍繞膠州灣形成了從沿岸向外輻射的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，包括工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、港口運(yùn)輸和貿(mào)易、旅游觀光、水產(chǎn)養(yǎng)殖和居民生活區(qū)域，膠州灣的生態(tài)環(huán)境狀況與人類活動(dòng)緊密相關(guān)（鐘美明, 2010; 岳玲莉等, 2016）。

1.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在準(zhǔn)備采樣和樣品分析之前，所用無刻度的玻璃器皿需要經(jīng)過10%的鹽酸洗液浸泡，依次使用自來水、蒸餾水、Milli-Q水洗凈，干燥后在馬弗爐中450 ℃下灼燒4 h。其他無法灼燒的器皿、瓶蓋等，經(jīng)10%鹽酸洗液浸泡，并通過超聲清洗機(jī)（SB-5200，寧波新芝）超聲處理后，依次用自來水、去離子水、甲醇、二氯甲烷、正己烷洗凈，烘干后備用。

1.3 樣品采集與保存

海水樣品于2022年11月30日采集，15個(gè)取樣站位如圖1所示，各站位具體信息見表1。在15個(gè)站位均采集表層、底層海水，對(duì)水深大于10 m的站位（C2、C3、D2、E1、E3）增加中層海水的采集，并且每隔10 m增加一個(gè)采樣層。使用2.5 L不銹鋼采水器采集樣品。海水溫度由采水器所攜帶的顛倒溫度計(jì)直接讀出。取到目標(biāo)水層的水樣后，立即測定其溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）濃度，之后進(jìn)行分樣。用于測定LMWOAs的海水樣品用40 mL棕色玻璃瓶采集，回到實(shí)驗(yàn)室經(jīng)0.22 μm聚醚砜濾膜過濾后冷凍保存；用于海水培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的樣品，用300 mL鹽水瓶采集后，冷藏避光保存；用于營養(yǎng)鹽分析的樣品，用100 mL聚乙烯塑料瓶采集，經(jīng)過0.45 μm醋酸纖維濾膜過濾后冷凍保存。所有參數(shù)的分析在回到陸地實(shí)驗(yàn)室后的一周內(nèi)完成。

表1 膠州灣采樣站位基本參數(shù)Table 1 Basic parameters of sampling stations in the Jiaozhou Bay

圖1 膠州灣采樣站位Fig. 1 Location of sampling stations in the Jiaozhou Bay

1.4 LMWOAs濃度測定

采用改進(jìn)后Albert等（1997）的方法，通過高效液相色譜（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）儀（Agilent-1100，美國Agilent公司）定性、定量分析海水樣品中的LMWOAs。樣品分析前，先配制濃度為0.00、1.00、5.00、10.00、20.00、30.00、40.00、50.00、60.00、80.00、100.00 μmol·L?1的乳酸鈉、乙酸鈉和甲酸鈉混酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。移取2 mL標(biāo)準(zhǔn)溶液于4 mL棕色硅硼酸玻璃瓶中，各加入200 μL體積比為1∶1的鹽酸吡啶溶液，0.1 mol·L?1的2-硝基苯肼溶液（NPH，美國Sigma公司）和0.3 mol·L?1的2-二甲基氨丙基碳化二亞胺（EDC，美國Sigma公司）溶液，搖勻后在黑暗中反應(yīng)2 h。之后，加入200 μL 0.4 g·mL?1的氫氧化鉀溶液，混勻后在70 ℃恒溫金屬?。℉B120-S，大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）中加熱10 min，取上層清液，并經(jīng)過0.22 μm聚醚砜濾膜過濾到2 mL棕色進(jìn)樣瓶，之后用HPLC分析，分析時(shí)使用Agilent Eclipse XDB-C8（4.6 mm×150 mm×5 μm）反相色譜柱，檢測波長為400 nm。流動(dòng)相A的組成為2 mmol·L?1溴化十四烷基甲胺（TDTMABr，美國Sigma公司）、2 mmol·L?1氫氧化四丁胺（TBAOH，美國Sigma公司）、2.5%正丁醇、50 nmol·L?1乙酸鈉，磷酸調(diào)節(jié)pH至4.5左右；流動(dòng)相B為50 mmol·L?1的TDTMABr。進(jìn)樣體積為100 μL。海水樣品的衍生化過程與上述標(biāo)準(zhǔn)溶液的衍生化過程相同。

利用梯度洗脫程序?qū)?biāo)準(zhǔn)溶液和海水樣品進(jìn)行洗脫，初始流動(dòng)相為100% A，5 min內(nèi)由100% A轉(zhuǎn)變?yōu)?00% B，5～25 min保持100%B，最后再由100%B轉(zhuǎn)變?yōu)?00%A。確定LA、AA和FA的保留時(shí)間分別在7.1 min、9.2 min、11.0 min左右，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液3種酸的濃度和峰面積繪制工作曲線。3種酸工作曲線的相關(guān)系數(shù)R2均高于0.999，在0～100 μmol·L?1范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系，能夠有效測定海水中LMWOAs的濃度，它們的檢出限和工作曲線方程如表2所示。海水樣品中3種酸的濃度由其峰面積和工作曲線確定，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。

表2 LA、AA和FA的工作曲線和檢出限Table 2 Calibration curves and detection limit of LA, AA and FA

1.5 避光條件下的加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)測定海水LWMOAs的凈轉(zhuǎn)化速率

將用于培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的海水注滿300 mL的鹽水瓶，蓋上塑料頂蓋并用鋁蓋壓緊，從海上帶回實(shí)驗(yàn)室后在4 ℃條件下保存。培養(yǎng)前根據(jù)現(xiàn)場水溫，將采集的鹽水瓶樣品分為平均水溫11.4 ℃和7.3 ℃兩組，并在恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。由于海水中LMWOAs濃度較低，為了降低實(shí)驗(yàn)誤差，采取加富培養(yǎng)法，向樣品中加入均為所采集樣品最高濃度2倍的LA、AA和FA。同一培養(yǎng)溫度下的樣品分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，對(duì)照組先加入1 mL飽和HgCl2溶液（消除微生物影響），再加入根據(jù)海水樣品體積和最高濃度配制的LA、AA和FA的混酸溶液，對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)組只加入濃度和體積與對(duì)照組相同的混酸溶液。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組都設(shè)置2組平行樣。用玻璃注射器分別從實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的鹽水瓶中采集2 mL水樣于4 mL棕色硅硼酸玻璃瓶中，用于分析樣品的初始LMWOAs濃度。采集完成后，將實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組樣品同時(shí)放入培養(yǎng)箱進(jìn)行恒溫避光培養(yǎng)，記錄培養(yǎng)開始時(shí)間，24 h后培養(yǎng)結(jié)束，再次分別從實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組取2 mL樣品，測定樣品培養(yǎng)后的LMWOAs濃度。在每次完成樣品采集后，按照1.4中的測定方法，在1 h內(nèi)立即開始樣品衍生化，使用HPLC儀測定其中的LMWOAs濃度。

微生物影響下LMWOAs的轉(zhuǎn)化速率（V（LMWOAs）m，單位為μmol·L?1·d?1）、LWMOAs的總轉(zhuǎn)化速率（V（LMWOAs）s，單位為μmol·L?1·d?1）和對(duì)照組非生物因素影響下LMWOAs的轉(zhuǎn)化速率（V（LMWOAs）n，單位為μmol·L?1·d?1）可以通過培養(yǎng)中LMWOAs濃度的增加或降低與培養(yǎng)時(shí)間的比值計(jì)算得到，并分別用V（LA）x、V（AA）x、V（FA）x和V（TOA）x（x=m, s, n）分別表示海水中LA、AA、FA和TOA的轉(zhuǎn)化速率，差值的正值表示凈產(chǎn)生，負(fù)值表示凈消耗。計(jì)算公式如下：

式中：C為實(shí)驗(yàn)組培養(yǎng)24 h后各LMWOAs的濃度，C0為實(shí)驗(yàn)組培養(yǎng)開始時(shí)各LMWOAs的濃度，C′為對(duì)照組培養(yǎng)24 h后各LMWOAs的濃度，C0′為對(duì)照組培養(yǎng)開始時(shí)各LMWOAs的濃度，單位均為μmol·L?1；t為培養(yǎng)時(shí)間，單位為d。

1.6 海水樣品營養(yǎng)鹽及其他參數(shù)的分析

1.6.1 營養(yǎng)鹽測定

冷凍的海水樣品于分析前24 h在室溫下解凍平衡并搖晃均勻，準(zhǔn)備上機(jī)測定前將其灌裝至潤洗后的10 mL硬質(zhì)塑料進(jìn)樣管內(nèi)。使用營養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀（AA3，德國Seal公司）先測定標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，確定標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性和精密度，標(biāo)準(zhǔn)曲線R2＞0.999后，依據(jù)GB 17378.4—2007《海洋監(jiān)測規(guī)范第4部分：海水分析》（全國海洋標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC 283）, 2007）測定海水樣品中銨鹽N ）、亞硝酸鹽、硝酸鹽和磷酸鹽四項(xiàng)營養(yǎng)鹽的濃度。

1.6.2 水體其他基本參數(shù)測定

在海上取得水樣后，立即測定其DO濃度并同時(shí)測定其水溫和鹽度。使用配置有溶解氧電極（DO-957-Q，上海雷磁）的便攜式溶解氧測定儀（JPB-607A，上海雷磁）測定水樣的DO濃度；使用電子溫度計(jì)（RTS-208，深圳瑞斯特）測定其溫度，并根據(jù)顛倒溫度計(jì)的溫度進(jìn)行比較和校正；使用帶有自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)墓P式鹽度計(jì)（5052，上海三信）測定鹽度。

1.7 數(shù)據(jù)處理

使用Ocean Data View（ODV）繪制膠州灣采樣站位圖和海水樣品LMWOAs（LA、AA、FA、TOA）的濃度和LMWOAs轉(zhuǎn)化速率的水平變化圖；使用IBM SPSS Statistics 25軟件對(duì)樣品各參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析；使用Tbtools軟件作相關(guān)性熱圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 秋季膠州灣海水LMWOAs的分布特征

在秋季的膠州灣海水中可以檢出LA、AA、FA三種LMWOAs，它們?cè)诒韺雍偷讓雍Ｋ姆植继卣魅鐖D2所示。

圖2 秋季膠州灣表層和底層海水LMWOAs水平分布Fig. 2 Horizontal distributions of LMWOAs in the surface and bottom seawater of the Jiaozhou Bay during autumn

由膠州灣秋季表層海水中LA的分布（圖2a、圖2d）可見，表層LA濃度為未檢出～（0.55±0.05）μmol·L?1，高值區(qū)位于洋河河口附近和西部灣口附近，最高值出現(xiàn)在E1站位，A1站位未檢出LA。底層海水中LA濃度介于（0.20±0.22）～（0.54±0.04） μmol·L?1，分布特征和表層類似，高值區(qū)位于洋河、李村河河口海域和灣口西部，最高值和最低值分別位于C5和E3站位。

由膠州灣秋季表層和底層海水中AA的分布（圖2b、圖2e）可知，表層海水AA濃度介于（1.22±0.01）～（3.39±0.08） μmol·L?1，在紅島附近、洋河和李村河河口附近海域出現(xiàn)高值，最高濃度出現(xiàn)在B2站位，最低濃度出現(xiàn)在B1站位。底層海水中AA的濃度范圍為（0.98±0.04）～（2.73±0.16）μmol·L?1，分布特征與表層相似，高值區(qū)出現(xiàn)于紅島附近海域，以及李村河、海泊河和洋河河口附近海域，最高值出現(xiàn)在紅島附近的B3站位，最低值出現(xiàn)在A2站位。

由膠州灣秋季表層和底層海水FA的分布（圖2c、圖2f）可知，表層海水FA濃度為未檢出～（3.35±0.07） μmol·L?1，高值區(qū)位于紅島以及灣口西岸附近，最高值出現(xiàn)在B2站位，在A2和D1站位未檢出FA。底層海水FA濃度范圍為未檢出～（1.17±0.06） μmol·L?1，水平分布特征與表層海水有一定的差異，其高值區(qū)分布于灣口東部和洋河河口附近海域，最高值和最低值分別位于E3和A2站位。

由膠州灣秋季表層和底層海水TOA（LA、AA、FA的濃度之和）的分布（圖2h、圖2i）可知，表層TOA濃度范圍為（1.64±0.04）～（7.19±0.03） μmol·L?1，在紅島附近和灣口東部沿岸附近海域出現(xiàn)高值區(qū)。底層海水TOA濃度范圍為（1.27±0.11）～（3.82±0.23） μmol·L?1，在紅島沿岸、灣口東部以及洋河、大沽河、李村河入?？诟浇Ｓ驖舛容^高，最高值出現(xiàn)在B3站位，最低值出現(xiàn)在A2站位。

從膠州灣表層和底層LMWOAs的水平分布特征來看，其高值區(qū)主要出現(xiàn)在紅島養(yǎng)殖區(qū)近岸、東西沿岸河口附近海域以及灣口附近，這些區(qū)域受人類影響較為劇烈，直接或間接向海水中引入了大量的陸源有機(jī)物，這些有機(jī)物通過微生物的呼吸作用降解，產(chǎn)生大量LMWOAs等中間產(chǎn)物，由于近岸海域DO濃度較低，對(duì)這些中間產(chǎn)物進(jìn)一步利用的速率降低，較多的LMWOAs被保存下來，使這些區(qū)域存在較高濃度的LMWOAs（Mueller et al, 1987）。

秋季膠州灣15個(gè)站位不同水層LMWOAs的平均濃度如表3所示?？傮w上，所有水層中LMWOAs的平均濃度存在AA＞FA＞LA的特征，AA、FA、LA占TOA（LA+AA+FA）的平均比例分別為63.99%、24.49%和11.52%。在日常的生產(chǎn)生活中，AA作為最重要的有機(jī)酸，存在大量的人為來源。在膠州灣周圍，人口眾多，并存在大量的化工、食品、釀酒等企業(yè)（呂麗娜, 2017），直接產(chǎn)生大量的AA或者AA的前體物質(zhì)，持續(xù)不斷地成為膠州灣海水AA的重要來源，導(dǎo)致膠州灣海水中的AA相比于FA和LA，具有更高的濃度。除了較為豐富的人為來源，膠州灣海水DO濃度較高，其中的浮游生物能夠?qū)⒂醒鹾粑a(chǎn)生的丙酮酸和乙酰輔酶A轉(zhuǎn)化為AA，為海水中的AA提供重要的生物來源。另外，秋季膠州灣海水3種LMWOAs的平均濃度均呈現(xiàn)表層高于底層的特征，表明表層海水較強(qiáng)的光化學(xué)降解作用使其中的溶解有機(jī)物降解產(chǎn)生LMWOAs，成為表層海水LMOWAs的重要來源，提高了表層海水LMWOAs的濃度（Bertilsso et al, 2000）。此外，秋季膠州灣海水AA和TOA的平均濃度在表層海水最高，在20 m水層最低。與表層海水相比，20 m水層光降解強(qiáng)度減弱，較低的溫度也降低了該水層浮游動(dòng)物的活力；與底層海水相比，20 m水層受作為LMWOAs重要來源的沉積物再懸浮作用的影響較小。同時(shí)，AA是秋季膠州灣海水TOA的主要成分。在多種因素的作用下，AA和TOA濃度在20 m水層出現(xiàn)最低值。與AA相比，F(xiàn)A和LA濃度的垂直變化呈現(xiàn)不同的趨勢。FA的平均濃度在10 m水層最高，在底層最低；LA的平均濃度基本不受水深變化影響。到目前為止，海水中FA的產(chǎn)生機(jī)理和源匯狀況仍然缺乏相關(guān)研究，而LA主要是各種生物呼吸作用糖酵解過程的產(chǎn)物（Brooks et al, 2022; Wu et al, 2023），其在各水層濃度的一致性，表明整個(gè)膠州灣水體生物呼吸作用的強(qiáng)度相近，基本上不受水深和溫度差別影響。

表3 秋季膠州灣不同水層中LA、AA、FA和TOA的平均濃度Table 3 Mean concentrations of LA, AA, FA and TOA in different water layers of the Jiaozhou Bay during autumn

本研究與以往研究中海水LMWOAs濃度的對(duì)比結(jié)果（表4）表明：本研究中LMWOAs在膠州灣表層水的高值區(qū)域和3種酸占TOA的平均比例，與2010年10月（劉宗麗等, 2013）、2012年5月（周玉娟, 2013）和2014年（呂麗娜, 2017）在膠州灣的調(diào)查結(jié)果相近。但本研究中各LMWOAs的平均濃度和最高濃度均低于2017年之前對(duì)膠州灣表層海水LMWOAs的分析結(jié)果。這一方面與近年來青島市加大環(huán)境治理力度，膠州灣環(huán)境有所改善、海水中有機(jī)污染組分降低，陸地來源的LMWOAs減少有關(guān)（宋金明等, 2020）；另一方面與膠州灣海水中的LMWOAs存在顯著的季節(jié)性變化（Albert et al,1997; Lü et al, 2022）有關(guān)，以往對(duì)膠州灣海域的年度調(diào)查中發(fā)現(xiàn)其表層海水LMWOAs濃度往往在春季最高，秋、冬季節(jié)較低（Lü et al, 2017）。

表4 本研究與其他海域海水LMWOAs濃度的對(duì)比Table 4 Comparison of LMWOAs concentrations in the seawater between the Jiaozhou Bay and other sea areas

與不同海域海水LMWOAs的濃度比較，本研究的結(jié)果與周玉娟（2013）對(duì)2013年12月美國納拉甘西特灣表層海水中LMWOAs的檢測結(jié)果總體上最為接近；在其研究中，LA、AA的最高濃度分別為1.07、2.36 μmol·L?1，平均濃度分別為0.64、1.45 μmol·L?1。在其他海域，LMWOAs的濃度和分布都有各自的特點(diǎn)。例如，Albert等（1995）于1988年在黑海海水檢出LA、AA和FA，其中FA濃度較高，最高可達(dá)10 μmol·L?1，LA和AA大多介于0～4 μmol·L?1，與本研究的結(jié)果相近，但其一份采集自2000 m深度的缺氧海水樣品中，AA濃度高達(dá)60 μmol·L?1。Zhuang等（2019）在2015年和2016年墨西哥灣北部海域樣品的分析中發(fā)現(xiàn)海水中AA濃度≤2.4 μmol·L?1，與本研究的結(jié)果也比較接近。夏、秋季節(jié)長江口及其鄰近海域存在季節(jié)性缺氧，造成其海水LA、AA和FA的平均濃度均顯著高于膠州灣海水，并且秋季的LMWAOs平均濃度高于春季。這些研究結(jié)果表明缺氧環(huán)境對(duì)提高海水LMWOAs有重要作用。

2.2 膠州灣海水中LMWOAs的源與匯

海洋中LMWOAs的來源包括人為源和自然源。海水中LMWOAs的自然源包括光化學(xué)過程（Bertilsson et al, 2000）、微生物活動(dòng)（Xiao et al, 2010）、沉積物釋放（Miller et al, 1979）和海洋上層水體有機(jī)物的沉降分解等。海水中LMWOAs的人為源，主要是人類生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的有機(jī)污染物通過地表徑流、直接排放和大氣輸送等方式輸送到海洋環(huán)境后，進(jìn)一步降解產(chǎn)生的（Cao et al, 2018）。在人類活動(dòng)顯著的膠州灣近岸海域，河流輸入、生活污水、船舶壓艙水和洗艙水，以及工業(yè)污水的排放、海水養(yǎng)殖引入的餌料和生物排泄物、周邊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的污染物等，都向海水中輸入了大量有機(jī)物。這些有機(jī)物通過光化學(xué)反應(yīng)和微生物活動(dòng)產(chǎn)生LMWOAs，使膠州灣近海海水中LMWOAs的濃度明顯升高（Xiao et al, 2013）。Liang等（2020）研究表明，膠州灣跨海大橋修建后，大量車輛經(jīng)過跨海大橋時(shí)排放的尾氣也成為膠州灣海水LMWOAs的重要來源。河流輸入是膠州灣海水中LMWOAs的重要來源。這些LMWOAs既有由河流的微生物活動(dòng)、底泥釋放等自然過程產(chǎn)生的，也有由周邊生產(chǎn)、生活污水排放的有機(jī)物降解形成的，對(duì)膠州灣海水LMWOAs的濃度和分布起著重要的控制作用（Albert et al, 1995; Liang et al, 2020）。海洋中LMWOAs的主要去除路徑包括光化學(xué)過程和微生物的利用過程（Hernes et al, 2003）。在光輻射作用下，LMWOAs既可以通過光氧化過程轉(zhuǎn)化為無機(jī)碳，也可以通過光聚合過程形成難以生物降解的有機(jī)物大分子（Dahlén et al, 1996）。海洋中的微生物可以將AA作為碳源和能源（Zhuang et al, 2019），雖然目前沒有關(guān)于海洋微生物對(duì)其他LMWOAs產(chǎn)生和利用的相關(guān)研究，但它們可能與AA一樣作為碳源和能源參與海洋微生物的生命活動(dòng)。

2.3 膠州灣海水LMWOAs轉(zhuǎn)化速率的變化特征

海水中復(fù)雜的自然過程伴隨著LMWOAs的轉(zhuǎn)化，包括LMWOAs的產(chǎn)生和去除，對(duì)海水LMWOAs的濃度和分布產(chǎn)生顯著影響。Ho等（2002）和Zhuang等（2019）使用放射性示蹤法分別調(diào)查了海水中AA的吸收速率，以及AA的同化和氧化速率，并指出AA在海洋中的循環(huán)可能是海洋溶解有機(jī)碳循環(huán)的重要組成部分，且微生物在AA的循環(huán)中可能起到了重要作用。

本研究通過室內(nèi)避光加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究了膠州灣海水LMWOAs的轉(zhuǎn)化速率，避免了光照對(duì)海水LMWOAs產(chǎn)生和消耗的影響。在本研究中，海水樣品保留了絕大部分微生物，在1.5章節(jié)中所設(shè)定的培養(yǎng)條件下，不同站位和深度的海水中LMWOAs的轉(zhuǎn)化速率主要受到微生物因素和其他非生物因素的綜合影響。

2.3.1 秋季膠州灣海水中LMWOAs總轉(zhuǎn)化速率的變化特征

秋季膠州灣海水LMWOAs總轉(zhuǎn)化速率的水平變化特征如圖3所示，速率正值表明存在LMWOAs的凈產(chǎn)生，負(fù)值則表明存在LMWOAs的凈消耗。

圖3 秋季膠州灣表層和底層海水中LMWOAs的總轉(zhuǎn)化速率變化Fig. 3 Variations of the total conversion rate of LMWOAs in the surface and bottom seawater of the Jiaozhou Bay during autumn

秋季膠州灣V（LA）s在表層和底層海水的水平變化情況（圖3a和圖3d）為：V（LA）s在表層和底層海水的變化范圍分別為?1.45～?0.59和?1.81～0.36 μmol·L?1·d?1。表層海水V（LA）s凈消耗高值區(qū)出現(xiàn)在李村河河口和灣口東部海域，最高值位于B5站位；低值區(qū)出現(xiàn)在灣內(nèi)西部沿岸及紅島沿岸海域，最低值位于C1站位。底層海水V（LA）s凈消耗的高值區(qū)出現(xiàn)在灣內(nèi)西南部及紅島附近海域，最高值出現(xiàn)在D2站位，低值區(qū)出現(xiàn)在灣口東部，最低值位于E3站位。LA只在E3和D4站位存在凈產(chǎn)生。

秋季膠州灣海水V（AA）s在表層和底層海水的水平變化情況（圖3b和圖3e）為：V（AA）s在表層和底層海水的變化范圍分別為?2.89～3.92和?3.79～3.46 μmol·L?1·d?1。表層海水V（AA）s凈消耗的高值區(qū)出現(xiàn)在灣內(nèi)南部以及灣口位置，最高值位于E1站位；凈產(chǎn)生的高值區(qū)出現(xiàn)在洋河和李村河口附近海域，最高值位于C1站位。底層V（AA）s凈消耗高值區(qū)出現(xiàn)在灣內(nèi)西南部和灣口海域，最高值位于E3站位；凈產(chǎn)生高值出現(xiàn)在灣內(nèi)北部，最高值位于B5站位。

秋季膠州灣海水中V（FA）s的水平變化情況（圖3c和圖3f）為：V（FA）s在表層和底層海水的變化范圍分別為?4.71～?2.10和?4.32～?0.88 μmol·L?1·d?1。膠州灣表層海水V（FA）s凈消耗的高值區(qū)位于灣內(nèi)西南部沿岸海域，最高值位于D1站位；低值區(qū)分布于灣口東部和婁山河河口海域，最低值位于E3站位。底層海水V（FA）s凈消耗高值區(qū)分布于灣內(nèi)東西兩岸近岸海域，最高值位于B5站位；低值區(qū)分布于紅島附近海域，最低值位于B2站位。

秋季膠州灣表層和底層海水V（TOA）s的水平變化情況（圖3h和圖3i）為：V（TOA）s在表層和底層海水的變化范圍分別為?6.93～0.14和?7.05～0.26 μmol·L?1·d?1。表層海水V（TOA）s凈消耗的高值區(qū)位于膠州灣南部，最高值位于C5站位；低值區(qū)則分布于洋河河口和婁山河河口海域，最低值位于B5站位；只有C1站位存在TOA的凈產(chǎn)生。底層海水V（TOA）s凈消耗高值區(qū)分布于膠州灣南部，最高值位于E3站位；低值區(qū)分布于膠州灣北部和海泊河附近海域，最低值位于D4站位；只有A2和B3站位存在TOA的凈產(chǎn)生。

整體上，秋季膠州灣海水3種LMWOAs總轉(zhuǎn)化速率的水平分布各具特點(diǎn)，變化特征較為復(fù)雜，但總轉(zhuǎn)化速率的極值總是出現(xiàn)在近岸海域，同一種LMWOAs的總轉(zhuǎn)化速率在表層和底層海水空間變化趨勢存在較大差異。

秋季膠州灣所有水層海水LMWOAs的平均總轉(zhuǎn)化速率如表5所示。整體上，3種LMWOAs均被凈消耗，并且（FA）s＞（LA）s＞（AA）s。（LA）s在20 m水層凈消耗達(dá)到最大，在表層、底層和10 m水層變化不大。（AA）s在表層和底層海水表現(xiàn)為凈產(chǎn)生，在10 m和20 m水層表現(xiàn)為凈消耗，表層海水（AA）s凈產(chǎn)生低于底層海水，20 m水層（AA）s凈消耗高于10 m水層。（FA）s在所有水層中均為凈消耗，不同水層（FA）s凈消耗水平順序?yàn)?0 m層＞10 m層＞表層＞底層。（TOA）s在所有水層中也表現(xiàn)為凈消耗，且不同水層（TOA）s的變化順序與（FA）相同。由表5可見，秋季膠州灣海水中3種LMWOAs的平均總轉(zhuǎn)化速率凈消耗的最大值總是出現(xiàn)在20 m水層，而 凈消耗速率最小值或凈生成速率的最大值總是出現(xiàn)在底層。

表5 秋季膠州灣不同水層中的V （LMWOAs）s、V （LMWOAs）m、V（LMWOAs）n分布Table 5 The (LMWOAs)s, (LMWOAs)m and (LMWOAs)n in the different layers of the Jiaozhou Bay during autumn μmol·L?1·d?1

注：表中正值為凈產(chǎn)生，負(fù)值為凈消耗。

V（LMWOAs）s V（LMWOAs）m V（LMWOAs）n水 層V（TOA）n所有水層?0.88±0.43?0.07±2.33?3.15±0.85?4.10±2.55?2.17±3.50?0.85±2.47?2.48±2.03 ?5.50±5.201.29±3.430.78±1.14?0.67±1.711.40±4.23表層?0.91±0.280.17±2.16?3.25±0.66?3.99±2.21?2.90±5.18?0.81±2.41?2.02±2.13 ?5.72±7.021.99±5.240.98±1.44?1.23±1.861.74±6.3310 m層?0.80±0.24?1.50±1.57?3.62±0.63 ?5.9±1.21?1.09±0.77?1.75±2.13?3.13±1.29 ?5.98±2.770.30±0.690.25±1.29?0.49±1.460.06±1.9220 m層?1.20±0.82?3.63±1.23?3.97±0.87 ?8.5±0.46?1.98±0.65?4.05±2.09?4.88±0.75?10.91±0.690.78±0.170.41±0.861.22±0.132.41±1.16底層?0.84±0.570.64±2.29?2.84±1.02?3.02±2.48?1.83±1.19?0.16±2.46?2.42±2.06 ?4.41±3.521.00±1.250.80±0.75?0.42±1.591.38±1.98 V（LA）s V（AA）s V（FA）s V（TOA）s V（LA）m V（AA）m V（FA）m V（TOA）m V（LA）n V（AA）n V（FA）n

2.3.2 秋季膠州灣海水LMWOAs微生物轉(zhuǎn)化速率的變化特征

分析秋季膠州灣表層和底層海水中V（LA）m的變化情況（圖4a和圖4d）可知：V（LA）m在表層和底層的變化范圍分別為?10.71～0.27和?5.61～?0.57 μmol·L?1·d?1。V（LA）m凈消耗的最大值出現(xiàn)在A1站位，僅B2站位的微生物能夠凈產(chǎn)生LA。底層海水V（LA）m的最大值也同樣出現(xiàn)在A1站位，最小值出現(xiàn)在D4站位。在膠州灣表層和底層海水V（LA）m凈消耗的高值區(qū)域都分布在膠州灣西北部沿岸，表層海水V（LA）m凈消耗的低值區(qū)主要分布于洋河河口附近海域，底層海水V（LA）m凈消耗的低值區(qū)主要分布于洋河和海泊河河口附近海域。

圖4 秋季膠州灣表層和底層海水LMWOAs的微生物轉(zhuǎn)化速率變化Fig. 4 Variations of microbial conversion rate of LMWOAs in the surface and bottom seawater of the Jiaozhou Bay during autumn

由膠州灣秋季表層和底層海水V（AA）m的變化趨勢（圖4b和圖4e）可知：表層和底層海水V（AA）m的變化范圍分別為?4.49～4.04和?4.67～3.51 μmol·L?1·d?1。表層海水中，V（AA）m凈消耗的高值區(qū)分布在膠州灣南部和西南部沿岸，最高值位于D1站位；V（AA）m凈產(chǎn)生的高值區(qū)分布于洋河、李村河河口附近海域，最高值位于C1站位。底層海水V（AA）m凈消耗的高值區(qū)分布于膠州灣南部和東南部沿岸，最高值出現(xiàn)在E3站位，V（AA）m凈產(chǎn)生的高值區(qū)域分布于灣內(nèi)北部和東北部沿岸，最高值出現(xiàn)在B3站位。

分析秋季膠州灣海水中V（FA）m的水平變化特征（圖4c和圖4f）可知：V（FA）m在表層和底層海水的變化范圍分別為?6.46～2.33和?7.17～0.91 μmol·L?1·d?1。表層海水中，V（FA）m凈消耗的高值區(qū)分布于灣內(nèi)西南部，在D1站位出現(xiàn)最大值，在灣內(nèi)東北部的A2和B2站位的微生物能夠凈產(chǎn)生FA。底層海水中，V（FA）m凈消耗高值區(qū)位于李村河附近海域，最大值出現(xiàn)在C5站位，并且在A2和B2站位其微生物也能夠凈產(chǎn)生FA。

秋季膠州灣海水V（TOA）m的水平變化情況（圖4h和圖4i）顯示：V（TOA）m在表層和底層海水的變化范圍為?12.81～2.58和?10.43～1.30 μmol·L?1·d?1。表層海水中，V（TOA）m凈消耗的高值區(qū)位于膠州灣西北部沿岸，最高值位于D1站位；凈產(chǎn)生的高值區(qū)位于洋河河口和婁山河河口附近，最高值出現(xiàn)在B2站位。底層海水中，V（TOA）m凈消耗的高值區(qū)分布于灣內(nèi)南部沿岸和灣口西部，最大值出現(xiàn)在E3站位；僅在A2和B3站位的微生物可以凈產(chǎn)生TOA，其中A2站位凈產(chǎn)生速率最高。

圖4的結(jié)果表明，秋季膠州灣海水中，微生物生產(chǎn)和消耗LMWOAs過程同時(shí)進(jìn)行。不僅在同一站位3種LMWOAs凈產(chǎn)生和凈消耗的分布區(qū)域存在較大差異，而且同一種LMWOAs的微生物轉(zhuǎn)化速率在水平方向上變化趨勢復(fù)雜，在較小的范圍內(nèi)往往出現(xiàn)劇烈的變化。例如，在膠州灣西北部海域，從A1到C2站位，在5 km左右的范圍內(nèi)，V（LA）m從凈消耗的最高值變成了凈產(chǎn)生的最高值。秋季膠州灣海水中V（LA）m、V（AA）m、V（FA）m和V（TOA）m在空間分布上的變化和差異可能是多種微生物參與的結(jié)果，導(dǎo)致海水中LMWOAs的微生物轉(zhuǎn)化過程具有局部性、多樣性的特點(diǎn)，使LMWOAs的微生物轉(zhuǎn)化速率在較小的范圍內(nèi)呈現(xiàn)大幅度變化。Zhuang等（2019）對(duì)墨西哥灣海水AA周轉(zhuǎn)率的研究發(fā)現(xiàn)，海水中有SAR11-α變形菌和R.莢膜菌等多種高豐度的異養(yǎng)微生物，并可能參與AA代謝，這與本研究對(duì)LMWOAs可以參與海洋微生物生命活動(dòng)的結(jié)論一致。水平方向上的V（AA）m與2.3.1章節(jié)中生物因素和非生物因素綜合影響下的V（AA）s相比，在表層和底層海水的凈產(chǎn)生和凈消耗的區(qū)域分布幾乎一致，表層海水中，它們凈產(chǎn)生速率的高值區(qū)都位于洋河、李村河河口，凈消耗速率的高值區(qū)都在灣內(nèi)南部及灣口海域，底層海水中，它們凈產(chǎn)生速率高值區(qū)都在灣內(nèi)北部及紅島附近，凈消耗速率的高值區(qū)都在灣口附近海域，說明在本研究設(shè)定的避光培養(yǎng)條件下，微生物活動(dòng)可能是影響LMWOAs轉(zhuǎn)化速率的主要因素。

由秋季膠州灣15個(gè)站位不同水層V（LA）m、V（AA）m、V（FA）m和V（TOA）m的平均速率（表5）可知，3種LMWOAs在膠州灣海水微生物的作用下，整體上都出現(xiàn)凈消耗，其消耗速率大小為（FA）m＞（LA）m>（AA）m。在不同深度的海水中，LMWOAs的平均微生物凈消耗速率有一定差距，其凈消耗水平為：對(duì)于（LA）m，表層＞20 m層＞底層＞10 m層；對(duì)于（AA）m，20 m層＞10 m層＞表層＞底層；對(duì)于（FA）m，20 m層＞10 m層＞底層＞表層；對(duì)于（TOA）m，20 m層＞10 m層＞表層＞底層?？梢姡?0 m和10 m層海水中的微生物消耗AA和FA最快，這是因?yàn)檫@2種成分占TOA的比例較高，超過了90%，導(dǎo)致中層海水的微生物能以較快的速率消耗TOA。這些結(jié)果表明，對(duì)微生物而言，表層海水的陽光、海-氣交換過程和底層海水的沉積物的再懸浮過程都可能導(dǎo)致表層、底層的海水環(huán)境不斷出現(xiàn)顯著變化，其環(huán)境的穩(wěn)定性整體上不如中層海水，進(jìn)而影響表層和底層海水微生物的群落結(jié)構(gòu)和豐度。微生物需要對(duì)這種不斷變化的環(huán)境進(jìn)行調(diào)整適應(yīng)，影響了它們對(duì)有機(jī)物的利用，從而在整體上降低了它們對(duì)AA和FA的消耗能力。

2.3.3 秋季膠州灣海水LMWOAs非生物轉(zhuǎn)化速率的變化特征

秋季膠州灣在表層和底層海水V（LA）n的水平變化情況（圖5a和圖5d）顯示：V（LA）n在表層和底層海水的變化范圍分別為?0.87～10.12和?0.05～5.13 μmol·L?1·d?1。表層海水中，V（LA）n凈產(chǎn)生高值區(qū)出現(xiàn)在灣內(nèi)西北部海域，最高值位于A1站位；凈消耗的高值區(qū)出現(xiàn)在大沽河河口附近的B1、B2站位，并在B2站位達(dá)到最高。底層海水V（LA）n的分布與表層海水類似，其凈產(chǎn)生高值區(qū)同樣出現(xiàn)在灣內(nèi)西北部海域，最高值位于A1；僅在C3站位存在LA的非生物凈消耗。

圖5 秋季膠州灣表層和底層海水LMWOAs的非生物轉(zhuǎn)化速率變化Fig. 5 Variations of abiotic conversion rates of LMWOAs in the surface and bottom seawater of the Jiaozhou Bay during autumn

秋季膠州灣海水V（AA）n在表層和底層海水的水平變化情況（圖5b和圖5e）顯示：V（AA）n在表層和底層海水的變化范圍分別為?0.65～5.24和?0.70～2.22 μmol·L?1·d?1。表層海水中，V（AA）n凈產(chǎn)生的高值區(qū)出現(xiàn)在曹汶河河口附近，最高值位于D1站位；凈消耗的高值區(qū)出現(xiàn)在灣內(nèi)東部海域，最高值位于D4站位。底層海水中，V（AA）n凈產(chǎn)生高值區(qū)出現(xiàn)在灣內(nèi)西北部和灣口位置，最高值位于B2站位；凈消耗高值區(qū)出現(xiàn)在灣內(nèi)中央，最高值位于C3站位。

秋季膠州灣海水中V（FA）n的水平變化情況（圖5c和圖5f）顯示：V（FA）n在表層和底層海水的變化范圍分別為?5.00～2.07和?2.73～3.21 μmol·L?1·d?1。在表層海水，V（AA）n凈產(chǎn)生的高值區(qū)位于灣內(nèi)西南部沿岸以及灣口位置，最高值位于E1站位；凈消耗高值區(qū)位于紅島附近和中央海域，最高值位于B2站位。底層海水V（AA）n凈產(chǎn)生高值區(qū)分布于灣內(nèi)東岸，最高值位于C5站位；凈消耗高值區(qū)分布于灣內(nèi)北部海域，最高值位于A2站位。

秋季膠州灣表層和底層海水V（TOA）n的水平變化情況（圖5h和圖5i）顯示：在表層和底層海水的變化范圍分別為?4.80～10.61和?1.21～5.66 μmol·L?1·d?1。表層海水V（TOA）n凈消耗的高值區(qū)位于洋河河口和灣內(nèi)中央位置，最高值位于B2站位；凈產(chǎn)生的高值區(qū)分布于灣內(nèi)西北部，最高值位于A1站位。底層海水V（TOA）n凈消耗高值區(qū)分布于膠州灣東北部，最高值位于A2站位；凈產(chǎn)生的高值區(qū)分布于膠州灣西北部和海泊河河口附近海域，最高值位于C5站位。

秋季膠州灣海水的非生物過程，在部分區(qū)域凈產(chǎn)生LWMOAs，在另一部分區(qū)域凈消耗LMWOAs，以凈產(chǎn)生為主。V（TOA）n的水平分布變化特征較為復(fù)雜，同一種LMWOAs的非生物轉(zhuǎn)化速率在表層和底層海水的變化特征呈現(xiàn)出一定的差異，表明秋季膠州灣表層和底層海水可能存在不同的產(chǎn)生和消耗LMWOAs的非生物過程。

由秋季膠州灣不同水層V（LA）n、V（AA）n、V（FA）n和V（TOA）n的平均速率（表5）可知：在所有水層中，LA和AA都出現(xiàn)非生物的凈產(chǎn)生，且（LA）n>（AA）n；除20 m水層外，F(xiàn)A都有非生物的凈消耗。在不同深度的海水中，（LA）n和V（AA）n的凈產(chǎn)生水平從大到小依次為：表層＞底層＞20 m層＞10 m層；不同水層中（FA）n的凈消耗水平從大到小依次為：表層＞10 m層＞底層?？傮w上，非生物過程使TOA在所有水層中出現(xiàn)凈產(chǎn)生，（TOA）n的變化順序?yàn)椋?0 m層＞表層＞底層＞10 m層。

秋季膠州灣海水LMWOAs的總轉(zhuǎn)化速率、微生物轉(zhuǎn)化速率和非生物轉(zhuǎn)化速率的平均值（表6）反映了膠州灣LMWOAs轉(zhuǎn)化的整體情況。膠州灣海水中的微生物在避光條件下，對(duì)3種LMWOAs都以較高的速率凈消耗，說明這3種有機(jī)酸都是微生物新陳代謝過程重要的碳源。而非生物過程能夠凈產(chǎn)生LA和AA兩種有機(jī)酸，是秋季膠州灣海水LMWOAs的重要來源。在本研究設(shè)定的培養(yǎng)條件下，光化學(xué)反應(yīng)生成LMWOAs的過程被屏蔽。在排除光化學(xué)反應(yīng)后，化學(xué)過程成為秋季膠州灣海水生產(chǎn)LMWOAs的主要過程。在適宜的海水溫度和壓力條件下，能夠生成LMWAOs的化學(xué)反應(yīng)也需要酶的催化，因此，胞外酶可能成為這些化學(xué)反應(yīng)的催化劑。除了海水中已經(jīng)存在的胞外酶，在本研究中，當(dāng)海水中的微生物被HgCl2殺死后，死亡細(xì)胞中大量的酶會(huì)被釋放到海水中，這些酶的一部分尚具有活性，短期仍然可能催化相應(yīng)的生物化學(xué)反應(yīng)生成或消耗一些LMWOAs。AA和LA是呼吸作用重要的中間產(chǎn)物，能夠由多種不同的底物如糖酵解過程的丙酮酸、三羧酸循環(huán)的乙酰輔酶A等在酶的催化下產(chǎn)生；由于這3種LMWOAs可以作為微生物生命活動(dòng)的碳源和能源，微生物的死亡會(huì)顯著減少對(duì)LMWOAs的消耗，導(dǎo)致AA和LA在研究海域整體上的凈產(chǎn)生。與AA和LA不同，在非生物因素影響下，F(xiàn)A的平均轉(zhuǎn)化速率仍然表現(xiàn)為凈消耗。FA是C1化合物，截至目前的研究表明，海水中產(chǎn)生FA的過程是甲烷的氧化過程（趙慧敏等, 2016）。劉曉娜等（2023）證實(shí)在藻類的生長過程中，也能夠釋放FA。對(duì)照組海水樣品的微生物都被殺死，避光條件下藻類也無法生長，另外甲烷氧化成FA的過程需要多種酶進(jìn)行多步反應(yīng)才能完成，與之相比，F(xiàn)A氧化成二氧化碳的過程步驟要少得多，較少的酶參與就可以完成。因此，對(duì)照組樣品中FA更傾向于被消耗生成二氧化碳，所以FA的產(chǎn)生過程相對(duì)于LA和AA受到微生物死亡的影響更加顯著，使研究海域海水的FA在整體上出現(xiàn)凈消耗。綜合表6的結(jié)果顯示，秋季膠州灣海水中，微生物的利用是LMWOAs重要的匯，而非生物過程是LMWOAs重要的源。整體上，如果沒有光照的影響，膠州灣海水是LMWOAs的匯。

表6 微生物和非生物過程影響下秋季膠州灣海水LMWOAs的平均轉(zhuǎn)化速率Table 6 Average conversion rates of LMWOAs in the seawater of the Jiaozhou Bay during autumn under different microbial and abiotic processes μmol·L?1·d?1

2.4 膠州灣海水不同LMWOAs之間的關(guān)系

2.4.1 利用FA與AA濃度的比值判定LMWOAs的來源

以往的研究表明，大氣降雨中FA和AA的濃度普遍存在良好的相關(guān)性，說明它們?cè)诃h(huán)境中可能有相同的來源或者被相似的影響因素所控制（徐剛等, 2009; 鄒長偉等, 2023）。江偉等（2008）基于氣液平衡的原理，系統(tǒng)地計(jì)算出與大氣相平衡的液相中FA與AA濃度比值（F/A）的理論值，目前F/A的值已被成功應(yīng)用于評(píng)估雨水（徐剛等, 2009; 李一蘭等, 2018）和表層海水（Albert et al, 1995; Lü et al, 2020）中低分子量有機(jī)物的主要來源。Albert等（1995） 和Lü等（2020）分別調(diào)查了黑海、長江口和東海海水的LMWOAs，結(jié)果顯示受人類活動(dòng)影響較小的黑海中央海域F/A值介于2～4，而長江口附近F/A值遠(yuǎn)低于2。本研究采用Lü等（2020）所使用的理論值（F/A=2.0）來確定LMWOAs的來源。若F/A＜2.0，說明LMWOAs主要來源于人類活動(dòng)；若F/A＞2.0，則說明LMWOAs主要源于天然過程。

分析各站位膠州灣秋季表層海水中的F/A值（圖6）可知，膠州灣15個(gè)站位所采集海水的F/A值均小于2，表明膠州灣表層海水的LMWOAs主要來自人類活動(dòng)。膠州灣沿岸存在密集的居民區(qū)、化工廠、農(nóng)業(yè)區(qū)和水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)，以及眾多的港口碼頭，不斷向海水中輸入大量的有機(jī)物，成為膠州灣LMWOAs的重要來源，由于人類活動(dòng)產(chǎn)生了大量的AA或者AA的前體物質(zhì)，使得膠州灣海水中AA濃度總是大于FA濃度，所以，由F/A比值遠(yuǎn)低于2推斷出膠州灣海水LMWOAs主要來源于人類活動(dòng)的結(jié)論是合理的。

圖6 秋季膠州灣表層海水中FA和AA濃度的比值Fig. 6 Ratio of FA to AA in the surface seawater of the Jiaozhou Bay during autumn

2.4.2 LMWOAs濃度及其轉(zhuǎn)化速率間的相關(guān)性

對(duì)膠州灣秋季所有水層中LMWOAs的濃度、LMWOAs的總轉(zhuǎn)化速率、微生物轉(zhuǎn)化速率和非生物轉(zhuǎn)化速率作相關(guān)性分析，參數(shù)間的皮爾遜（Pearson）相關(guān)系數(shù)（r）如圖7所示。r的大小表示線性相關(guān)程度，正、負(fù)號(hào)分別表示相關(guān)關(guān)系的正、負(fù)； 利用p值判斷不同參數(shù)之間的差異顯著性，p＜0.05表明兩個(gè)參數(shù)之間存在顯著差異，p＜0.01表明兩個(gè)參數(shù)之間存在極顯著差異。

圖7 秋季膠州灣海水LMWOAs濃度及轉(zhuǎn)化速率間的相關(guān)分析Fig. 7 Correlation analysis between LMWOAs concentrations and conversion rates in the seawater of the Jiaozhou Bay during autumn

LMWOAs濃度間的相關(guān)性分析結(jié)果（圖7）表明，膠州灣海水中LA與AA（p＜0.05，r=0.38）、AA與FA（p＜0.05，r=0.39）的濃度之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系，說明LMWOAs在秋季膠州灣海水中有相似的來源，這與Liang等（2020）認(rèn)為2017年膠州灣海水中AA和FA的濃度間存在極強(qiáng)的正相關(guān)性，且二者均有相似起源過程的結(jié)論一致。

LMWOAs的轉(zhuǎn)化速率之間的相關(guān)性分析結(jié)果（圖7）表明，膠州灣秋季海水的V（AA）s與V（FA）s（p>0.05），V（AA）n與V（FA）n（p>0.05）不存在顯著相關(guān)性，但V（AA）m與V（FA）m（p＜0.01，r=0.42）存在極強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，這說明膠州灣海水中AA與FA存在相似的微生物新陳代謝過程，進(jìn)一步支持本研究得到的AA和FA有相似生物來源的結(jié)論。

另外，膠州灣秋季海水V（AA）s和AA的濃度（p＜0.01，r=0.44）之間、V（AA）m和AA的濃度之間（p＜0.01，r=0.43）都存在極強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系。微生物凈產(chǎn)生AA速率越高的海域，其AA濃度越高，反之則越低，這表明秋季膠州灣海水中微生物的生產(chǎn)和消耗對(duì)其AA濃度有重要貢獻(xiàn)。而V（AA）m與V（AA）s（p＜0.01，r=0.89）之間也有極強(qiáng)的相關(guān)性，表明在避光培養(yǎng)時(shí)，受微生物影響的V（AA）m對(duì)總轉(zhuǎn)化速率V（AA）s起決定性作用，也就是說秋季膠州灣海水的微生物決定了AA的轉(zhuǎn)化。圖7的結(jié)果亦表明，3種LMWOAs的微生物轉(zhuǎn)化速率與其對(duì)應(yīng)的非生物轉(zhuǎn)化速率都存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明膠州灣海水產(chǎn)生或消耗LMWOAs的非生物過程與微生物過程密切相關(guān)。雖然微生物死亡導(dǎo)致微生物生物量減少，但其死亡釋放的酶促進(jìn)了海水LMWAOs的非生物轉(zhuǎn)化，促使3種LMWOAs的微生物轉(zhuǎn)化速率與其對(duì)應(yīng)的非生物轉(zhuǎn)化速率出現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。

2.5 LMWOAs的轉(zhuǎn)化速率與不同環(huán)境因素間的相關(guān)分析

秋季膠州灣海水中AA和FA的轉(zhuǎn)化速率受水深（Z）、溫度（θ）、鹽度（S）、DO和營養(yǎng)鹽等環(huán)境因素的影響顯著（圖8）。當(dāng)V（AA）s與其他參數(shù)呈顯著相關(guān)時(shí)，V（AA）m也總是與對(duì)應(yīng)參數(shù)呈現(xiàn)相似的相關(guān)性并具有相近的相關(guān)系數(shù)，而且V（AA）m與V（AA）s之間具有較高的相關(guān)性（圖7），這進(jìn)一步表明在排除光降解的條件下，V（AA）m是影響V（AA）s及其分布特征的主要因素。

圖8 秋季膠州灣海水 LMWOAs 轉(zhuǎn)化速率及環(huán)境參數(shù)間的相關(guān)分析Fig. 8 Correlation analysis between the conversion rates of LMWOAs and environmental parameters in the seawater of the Jiaozhou Bay during autumn

膠州灣海水水溫（θ）與V（AA）s（p＜0.01，r=?0.61）、V（AA）m（p＜0.01，r=?0.43）之間存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明原位海水溫度越高，AA的凈消耗趨勢越顯著。在秋末季節(jié)，不同水層的海水溫差較大，初級(jí)生產(chǎn)力較低，藻類來源的AA減少。較高的海水溫度能夠提高異養(yǎng)微生物的新陳代謝能力，有利于微生物通過呼吸作用加快利用作為碳源的AA，從而增加AA的凈消耗，使V（AA）s與V（AA）m出現(xiàn)負(fù)相關(guān)。海水DO濃度與V（AA）s（p＜0.01，r=?0.41）間存在極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明在DO濃度越低的海域，AA凈生成的趨勢越顯著，這與Lü等（2022）發(fā)現(xiàn)的長江口及其鄰近海域LMWAOs高值區(qū)域與缺氧區(qū)域總是重疊的結(jié)果相符，進(jìn)一步表明DO濃度較低的海水環(huán)境有利于AA的生成。

鹽度（S）與V（AA）s、V（AA）m之間呈顯著的負(fù)相關(guān)性（均為p＜0.05），表明隨海水鹽度的降低，AA的凈生成速率呈現(xiàn)增加的趨勢。膠州灣海水的鹽度實(shí)際上反映了其受周邊河水影響的情況。周邊河流的淡水輸入導(dǎo)致膠州灣河口周邊海水的鹽度降低。河水輸入向海水提供了大量的有機(jī)物，有利于LMWOAs尤其是AA的凈生成，使V（AA）s上升，這種相關(guān)性進(jìn)一步證明河流輸入是膠州灣LMWOAs的重要來源。

進(jìn)一步分析可知，秋季膠州灣海水4種營養(yǎng)鹽的濃度（包括NH+4-N、NO?2-N、NO?3-N和PO34?-P）與V（AA）s、V（AA）m和V（FA）m都呈顯著正相關(guān)關(guān)系（均為p＜0.05）（圖8），表明在營養(yǎng)鹽濃度較高的海水中，AA和FA都趨向于凈生成。營養(yǎng)鹽濃度較高的海域?yàn)楦∮沃参锏纳L提供了有利條件，從而能合成更多的有機(jī)物，在避光條件下，這些有機(jī)物成為微生物生產(chǎn)LMWOAs的重要來源，從而導(dǎo)致膠州灣海水AA和FA的凈產(chǎn)生趨勢隨海水營養(yǎng)鹽濃度的提高而更加顯著。另一方面，這4種營養(yǎng)鹽濃度與V（FA）n間卻存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（均為p＜0.05），說明在避光非生物因素影響下，較高的海水營養(yǎng)鹽濃度直接或間接促進(jìn)了FA的消耗；但是到目前為止，海水中甲酸的消耗途徑與營養(yǎng)鹽的關(guān)系尚未見文獻(xiàn)報(bào)道，需要在今后的工作中進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論

本研究利用在2022年11月30日采集的膠州灣海水樣品，分析了秋季膠州灣海水中LMWOAs的空間分布特征。通過加富培養(yǎng)法，研究了膠州灣海水中LMWOAs的轉(zhuǎn)化速率，利用相關(guān)分析探討了LA、AA和FA之間的關(guān)聯(lián)狀況，并對(duì)可能影響LMWOAs轉(zhuǎn)化速率的因素進(jìn)行了分析。主要結(jié)論如下：

1）2022年秋季的膠州灣海水中，存在LA、AA和FA三種LMWOAs，AA為其主要成分。膠州灣海水LMWOAs主要來源于人類活動(dòng)，其濃度的高值區(qū)普遍出現(xiàn)在紅島養(yǎng)殖區(qū)、灣口近岸和河口區(qū)域，且表層海水LA、AA和FA的平均濃度均高于底層。

2）在避光加富培養(yǎng)條件下，秋季膠州灣海水LMWOAs既存在凈產(chǎn)生，也存在凈消耗，它們的總轉(zhuǎn)化速率、微生物轉(zhuǎn)化速率以及非生物轉(zhuǎn)化速率呈現(xiàn)復(fù)雜的空間變化趨勢，往往在較小的范圍出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，具有局部性、多樣性特點(diǎn)，反映膠州灣水體的微生物多樣性。

3）秋季膠州灣海水微生物作用對(duì)3種LMWOAs都為凈消耗，非生物作用對(duì)FA為凈消耗，對(duì)LA與AA為凈產(chǎn)生，LMWOAs的微生物轉(zhuǎn)化速率與非生物轉(zhuǎn)化速率顯著負(fù)相關(guān)?？傮w上，膠州灣水體LMOWAs的微生物轉(zhuǎn)化速率對(duì)其總轉(zhuǎn)化速率有決定性的影響作用，3種LMWOAs的總轉(zhuǎn)化速率在秋季膠州灣海水中均為凈消耗。

4）FA和AA在秋季膠州灣海水中的轉(zhuǎn)化速率均受到DO、鹽度和營養(yǎng)鹽等的顯著影響，二者存在相似的微生物來源。水溫和鹽度的降低、營養(yǎng)鹽濃度的升高和周邊河流的輸入，都有利于促進(jìn)水體中微生物對(duì)FA和AA的凈產(chǎn)生，有利于非生物反應(yīng)對(duì)FA的凈消耗；DO濃度的降低，有利于促進(jìn)非光化學(xué)反應(yīng)下海水體系中AA的凈產(chǎn)生。