河口區(qū)是連接陸地和海洋的橋梁,是元素生物地球化學(xué)循環(huán)研究的熱點(diǎn)區(qū)域。探索河口系統(tǒng)中有機(jī)質(zhì)的特征及其歸宿對(duì)于評(píng)估區(qū)域以及全球尺度上“碳埋藏”的效率具有至關(guān)重要的意義。特別是富營(yíng)養(yǎng)化造成的河口初級(jí)生產(chǎn)力的變化會(huì)顯著地改變有機(jī)質(zhì)的來源和性質(zhì),影響有機(jī)質(zhì)在河流一河口運(yùn)輸過程中的微生物降解和改造過程以及碳埋藏效率和通量,是當(dāng)前全球碳循環(huán)研究的熱點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié)。本論文以小清河-萊州灣為研究靶區(qū),對(duì)表層沉積物中有機(jī)質(zhì)的分子組成特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析,探討了小清河口-萊州灣沉積有機(jī)質(zhì)來源、成分的空間性和季節(jié)性分布特征及其控制因素;采用理化指標(biāo)和微生物群落多樣性、功能基因豐度相結(jié)合的手段剖析了初級(jí)生產(chǎn)力疊加效應(yīng)的背景下河口有機(jī)質(zhì)快速周轉(zhuǎn)的分子機(jī)制;最后以潮汐作用下寡營(yíng)養(yǎng)岸灘周期性海上溢油輸入為楔機(jī),模擬了極端條件下有機(jī)碳動(dòng)態(tài)輸入過程對(duì)微生物菌群結(jié)構(gòu)和功能的定向調(diào)控作用。主要認(rèn)識(shí)有如下:1.小清河-萊州灣水體總有機(jī)碳(TOC)含量顯著高于長(zhǎng)江、黃河、珠江等河流,總氮含量嚴(yán)重超標(biāo),沉積有機(jī)質(zhì)具有多源復(fù)合特征。高豐度地質(zhì)構(gòu)型甾烷、萜烷、以及多環(huán)芳烴的檢出指示古老地層或化石燃料等成熟有機(jī)質(zhì)的輸入特征;糞甾醇分布特征揭示了流域內(nèi)畜禽養(yǎng)殖廢水以及未經(jīng)處理直接排放的工業(yè)污水是其污染重要特征之一。2.小清河-萊州灣沉積有機(jī)質(zhì)源的分布呈現(xiàn)出顯著的空間性和季節(jié)性差異�？臻g上受鹽度控制,從河流至河口,陸源有機(jī)質(zhì)輸入減少,海相藻類初級(jí)生產(chǎn)力輸入增加,有機(jī)碳同位素從-26.1‰增加至-23‰。季節(jié)上表現(xiàn)為夏季受高初級(jí)生產(chǎn)力影響,藻類生源有機(jī)質(zhì)顯著增加,低碳數(shù)正構(gòu)烷烴相對(duì)比例提升約30%。類脂組分烴類氣相色譜中不可辨析化合物(UCM)的分布揭示春季和夏季沉積物有機(jī)質(zhì)經(jīng)歷了不同生物降解過程,春季樣品UCM出現(xiàn)在高碳數(shù)部分,更多的是指示成熟有機(jī)質(zhì)古生物降解過程;夏季樣品不僅在高碳數(shù)區(qū)域存在UCM,而且在低碳數(shù)部分出現(xiàn)一個(gè)更為顯著的UCM,可能代表了原地藻類生產(chǎn)力有機(jī)質(zhì)被降解的過程。3.小清河-萊州灣沉積物中微生物群落結(jié)構(gòu)空間異質(zhì)性明顯。河流站位以β變型菌 Betaproteobacteria、梭菌 Clostridia 和放線菌 Actinobacteria 占優(yōu)勢(shì),黃桿菌Flavoftbacteria和藍(lán)細(xì)菌Cyanobacteria則在河口區(qū)明顯富集。泉古菌Crenarchaeota,Thermoloasmatain和一些屬于MBGB和MCG組在內(nèi)的其他類群在夏季沉積物中相對(duì)豐度迅速提升,是兩個(gè)季節(jié)微生物多樣性差異的主要貢獻(xiàn)者。統(tǒng)計(jì)結(jié)果揭示有機(jī)碳的“量”是春季微生物群落結(jié)構(gòu)最主要的制約因子,有機(jī)碳的“質(zhì)”是夏季微生物群落最主要的制約因子,并且微生物群落分布具有季節(jié)性差異大于空間性差異特征。4.小清河口微生物菌群對(duì)有機(jī)碳降解潛力呈現(xiàn)出夏季高于春季。夏季樣品中好氧烷烴和芳烴降解的基因富集,且基因表達(dá)量與易降解有機(jī)碳的絕對(duì)濃度和相對(duì)含量均呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān),表明沉積微生物對(duì)夏季高初級(jí)生產(chǎn)力產(chǎn)生的烴類組分具有良好的響應(yīng),其機(jī)理可能與“激發(fā)效應(yīng)”有關(guān)。5.以潮汐作用下寡營(yíng)養(yǎng)岸灘周期性海上溢油輸入為原位實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)烴類降解效率與降解基因豐度存在顯著耦合效應(yīng),進(jìn)一步揭示有機(jī)碳輸入可以定向的調(diào)控岸灘微生物群落結(jié)構(gòu),導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)降解菌群的典型演替特征:以烷烴降解菌海洋螺菌目Oceanospirillales和放線菌目Actinomycetales逐漸演替為交替單胞菌目Alteromonaiidales、根瘤菌目 Rhizobiales 和色菌目 Chromatiales。從一個(gè)側(cè)面驗(yàn)證了自然環(huán)境中“激發(fā)效應(yīng)”的存在。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X52;X172
【部分圖文】：

１．?１全球碳循環(huán)模型示意圖（計(jì)量單位：ＰｇＣ）。數(shù)據(jù)和圖片引用自Ｂｉａｎｃ）。??ｉｇｕｒｅ?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｇｌｏｂａｌ?ｃａｒｂｏｎ?ｃｙｃｌｅ?ｍｏｄｅｌ?（ｕｎｉｔ?ｏｒｅｍｅｎｔ：?ＰｇＣ）．?Ｄａｔａ?ａｎｄ?ｐｉｃｔｕｒｅｓ?ａｒｅ?ｍｏｄｉｆｉｅｄ?ｆｒｏｍ?Ｂｉａｎｃｈｉ?（２０１１）．??ｌ??

生產(chǎn)的有機(jī)碳在河口區(qū)經(jīng)過混合、埋藏、再懸浮、降解以及轉(zhuǎn)運(yùn)等一系列過程之??后，以可溶有機(jī)碳（ＤＯＣ）和顆粒態(tài)有機(jī)碳（ＰＯＣ）的形式輸送到海洋或者以Ｃ０２??的形式排放到大氣中，共同構(gòu)成了近海碳循環(huán)的通路（圖１．１）?（ＨｅｄｇｅｓａｎｄＫｅｉｌ，??１９９９，?Ｍｉｄｄｅｌｂｕｒｇ?ａｎｄ?Ｈｅｒｍａｎ，?２００７?）〇??陸源有機(jī)碳主要經(jīng)由河流－河口系統(tǒng)的運(yùn)輸進(jìn)而保存在海洋環(huán)境中，然而，??準(zhǔn)確的評(píng)估河口區(qū)有機(jī)質(zhì)的周轉(zhuǎn)效率和通量仍然是困擾海洋學(xué)界的難題之一，尤??其是陸源有機(jī)碳在河口的歸宿及控制因素在國(guó)際上仍存在廣泛爭(zhēng)議（Ｈｉｌｔｏｎｅ＾／．，??２０１０；?Ｃａｉ?２０１１；?Ｇａｌｙ＆Ｅｇｌｉｎｔｏｎ?２０１１；?Ｈｉｌｔｏｎ?衫２０１１）。針對(duì)?ＤＯＣ?而言，每年??河流輸入ＤＯＣ的總量足夠更新全球海洋中的ＤＯＣ?（自然更新周期約４０００－６０００??年，Ｗｉｌｌｉａｍｓ＆Ｇｏｒｄｏｎｌ９７０），但是海洋中陸源ＤＯＣ?（ＴＤＯＣ）只占了很小的部??分，表明?ＴＤＯＣ?的消耗速率遠(yuǎn)超預(yù)期（Ｈｅｄｇｅｓｅｆａ／．，?１９９７；Ｏｐｓａｈｌ＆Ｂｅｎｎｅｒｌ９９７；??Ｃｏｌｅ?２００７）。從ＰＯＣ的角度而言

氧條件下河口有機(jī)質(zhì)的保存機(jī)制提供了新的視角（Ｊｅｓｓｅｎｅｒｆｌ／．，２０１７）。越來越多??的工作表明，通過微生物生態(tài)學(xué)和分子地球化學(xué)結(jié)合的手段，加上信息學(xué)的技術(shù)??的功能預(yù)測(cè)成為研究河口碳循環(huán)機(jī)理的新的趨勢(shì)（圖１．３），形成了以有機(jī)化合物??定量和微生物高通量篩選為代表的研究思路。??１９６５?１９７０?１９７５?１９８０?１９８５?１９９０?１９９５?２０００?２００５?２０１０?２０１５??Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??Ｓ－Ｕｄ，ｅｓ?ｆｅｍｍｕｎｒｔｙ??晴咖‘?Ｇ?娜丨《?Ｍｅ，ａｂｏ，ｏｍ，ｃｓ??Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ?Ｅｃｏｌｏｇｙ?ｉＭｅｔａ－ｉ?Ｐｒ〇，ｅ〇ｍ＾??Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ?ｃｏｍｐｏｕｒ＞ｄｓ??ｆｒｏｍ?丨丨??Ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ?ｃｉａｔｓｔｔｉＧＣＭｓ．?ｌｃ?ｍｓ＞????，．?Ｔｈ９ｕｗｒ?ｃ＊?Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ??＾?＇：＾４－細(xì)咖贈(zèng)?＿，ｓ?—?二ｒｅ??ａｎａｌｙｓｉｓ?Ｉｓｏｔｏｐｅ?ｓ＾ｇｎａｔｕｒｔｓ?ｏｆ??Ｃｈ？ｍｉｃｊｌ?ｔｎｄｆｖｉｄｕＡｌ?ｃｏｍｐｏｉｍｄｓ??ｃｈａｒａｃｔｅｎｚａｔｉｏｎ?（ＮＭＲ）?（６Ｃ－ＩＲＭＳ）?Ｂ??Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ?ＲＰ
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2858925