西太平洋海域現場培養實驗中揮發性鹵代烴濃度的變化及其影響因素

韓鈺，何真，劉珊珊，高旭旭，楊桂朋,3*

( 1. 中國海洋大學 化學化工學院，山東 青島 266100；2. 海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室，山東 青島 266100；3. 青島海洋科學與技術試點國家實驗室 海洋生態與環境科學功能實驗室，山東 青島 266237)

1 引言

揮發性鹵代烴（Volatile Halogenated Hydrocarbons,VHCs）是大氣中一種重要的痕量氣體，可以破壞臭氧層，并且可以吸收紅外輻射，產生溫室效應[1]。海洋中的VHCs 不僅對海洋生態系統有重要的影響，還會通過海?氣界面釋放到大氣中，改變全球氣候環境[2]，VHCs 的研究已成為國內外學者研究的熱點。

VHCs 的主要天然來源是海洋[3]。研究發現，海洋中浮游植物釋放是VHCs 的重要來源[4]。Carpenter等[5]研究表明浮游植物產生的溴仿約占世界含量全球釋放量的70%。Scarratt 和Moore[6]研究發現產生CH3Br 和CH3Cl 的主要途徑是通過浮游植物的釋放。此外，在海洋表層水中，一些VHCs 是通過光化學作用產生[7]。由于人類活動的加劇，化石燃料的燃燒，導致大氣中CO2的濃度不斷升高[8]，促使海水吸收CO2的含量增加，引起海洋酸化，且海水酸化作為影響海洋生態系統的重要因素之一，對海洋生物產生深遠影響[9]。Webb 等[7]研究表明，海洋酸化會促進浮游植物對CH3I 和CHCl3的釋放，然而Hopkins 等[10]卻發現了不同的結果，認為酸化使CH3I 含量下降。營養鹽作為藻類暴發水華的主要因素之一，影響著藻類的生長發育，已有文獻表明微量元素Fe 的含量對藻類吸收營養鹽的利用有著很大的影響[11]，因此關于營養鹽和微量元素Fe 耦合作用的研究有著十分重要的作用，并且鐵作為浮游植物生長的必要元素，在浮游植物某些重要代謝過程中如光合作用、呼吸作用以及固氮作用等起到不可忽視的作用[12]，與此同時，微量元素Fe 影響浮游植物新陳代謝，葉綠素的含量也受到微量元素Fe 的調控[13]。文獻報道，鐵元素的加入促進浮游植物對CH3I 和CH3Cl 的釋放，但影響程度不大[14]。沙塵沉降為海洋中浮游植物提供N、P、Fe 等營養元素，促進其生長，因此沙塵也是導致海藻暴發的主要因素之一[15]。目前關于營養鹽、微量元素Fe 和酸化之間耦合作用對浮游植物生長及其釋放VHCs 的研究報道還較少，本文通過現場培養實驗，研究海洋酸化、營養鹽、微量元素和沙塵對浮游植物釋放CH3I、CHCl3、C2HCl3和CH2Br2的影響，為估算海洋生物釋放VHCs 的比例提供科學依據。

2 材料與方法

2.1 培養實驗

甲板培養實驗于2018 年10 月11 日至11 月2 日在“科學”號船上完成，取E130-4 站位（21°N，130°E）表層海水進行培養，海水用200 μm 篩絹過濾。培養裝置為20 L 的聚丙烯培養桶（Nalgene，美國），實驗設計為對照組（M1）和添加實驗組（M2、M3、M4、M5 和M6）。實驗組添加物質如表1 所示，進行甲板培養，使用現場海水控溫培養。實驗中，將高純CO2氣體通入海水中，制得飽和CO2海水，利用飽和CO2海水進行pH 調節，具體方法見文獻[16]；利用氣溶膠采樣器在花鳥島采集沙塵氣溶膠樣品，處理方式見文獻[17]，采樣后稱重密封于滅菌容器中，于?20℃冷凍保存、備用。

2.2 樣品的采集與分析

2.2.1 VHCs 樣品的采集與分析

實驗中VHCs 樣品為隔天取樣，取樣時間為9:00。利用一次性注射器取培養水，沖洗135 mL 棕色玻璃瓶及聚四氟乙烯蓋子3 次，將注射器頂端插到瓶底，控制流速讓培養水注入，注意速度要快但不能產生氣泡和較大旋渦，當水裝滿且溢出瓶體積一半時，加入1～2 滴NaN3抑制劑來抑制瓶內生物的生長繁殖，用瓶蓋器將瓶蓋壓緊，保證不頂空，待返回陸地實驗室后測定，海水樣品保存方法的準確性和可靠性實驗表明樣品濃度30 d 內不發生明顯變化[18]。

對于地表覆蓋分類數據的更新，通常利用本年度符合時相要求的最新影像資料，與往期影像進行對比發現變化，必要時應結合外業核查，對種植土地、林草覆蓋、房屋建筑（區）、道路、構筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地表和水體等內容進行監測更新。在成果數據中經常會出現以下幾類質量問題。

本實驗測定營養鹽利用Seal Analytical AA3 營養鹽自動分析儀（德國）進行。具體實驗方法見文獻[19]。

2.2.2 營養鹽的分析

這些豐富的比賽不僅能鍛煉學生的膽量，而且能提高學生的學習興趣，在玩樂中提高朗讀水平，在閱讀中加大識字量，提高書寫質量。

本實驗測定VHCs 的方法是利用吹掃?捕集法進行預濃縮，然后利用安捷倫6890 氣相色譜進行測定。用氣密性注射器準確取100 mL 的樣品于吹掃?捕集的氣提室（恒溫40℃）中，用高純氮吹掃12 min，吹掃出的物質經過填有無水高氯酸鎂和氫氧化鈉的干燥管后，并利用液氮（?190℃）冷阱捕集12 min，然后再利用沸水解吸2 min，最后進入氣相色譜中進行分析。利用外標法進行定量分析，表明該方法的檢出限為0.01×10?12～0.22×10?12mol/L，相對標準偏差為1.83%～3.97%。具體分析方法見文獻[18]。

本實驗測定葉綠素a 利用10 mL 90%的丙酮溶液在低溫避光下萃取濾膜24 h，在4 000 r/min 轉速下離心10 min，取上清液使用F-4500 分子熒光光度計（Hitachi，日本）進行測定[20]，測定過程中的激發波長為436 nm，發射波長為670 nm。

氮、磷和微量元素Fe 的添加，不僅影響浮游植物初級生產力，并且使浮游植物釋放VHCs 的濃度發生變化。本實驗添加高濃度微量元素Fe（50 nmol/L），導致CH3I 的濃度明顯降低。文獻曾報道，低濃度鐵有利于浮游植物對CH3I 的釋放[30]。由圖1 可知，與M2 號培養桶相比，M5 號培養桶內對營養鹽的吸收明顯，由此推測培養前期CH3I 和C2HCl3出現高值（圖3a，c），可能與浮游植物吸收利用營養鹽有關。由圖3 可知，微量元素Fe 和N/P（16∶1）添加的培養桶中CH3I、C2HCl3和CH2Br2的濃度大于僅添加微量元素Fe 的培養桶（M5 號高于M2 號），但M5 號培養桶中葉綠素a 的濃度與M 2 號培養桶相當（圖2），表明營養鹽的添加使浮游植物的種群結構發生改變[23]，進而導致其VHCs 的差異。由文獻[32]可知，營養鹽添加量較低時，主要優勢藻種為米氏凱倫藻、東海原甲藻和中肋骨條藻，隨添加量升高，其優勢藻種變為東海原甲藻，由此可見，與M2 號培養桶相比，M5 號培養桶中營養鹽的添加導致水中優勢藻種的改變，進而導致VHCs 釋放量的改變。

隨著民主化進程的加快和信息時代的來臨，民意對社會生活的方方面面的作用、影響日益凸顯。近年來，許霆案、鄧玉嬌案、藥家鑫案等案件的審理更是把民意與法律的關系推上了前所未有的高度。可見，在法律運作過程中，除了權力、人情等干擾因素，民意也逐漸滲透到各個環節，影響著法治進程。何為民意?從字面上理解，應為民眾的意志、意愿、想法。其中已經制度化的民主政治的理念無需贅述，還有一些非制度的民意，即社會輿論、社會影響、民風民俗、人情世故等等。進而言之，民意在法學領域，更準確地應當表現為公共認同問題。本文擬從公共認同的角度來談談刑事立法政策的完善和發展問題。

3 結果分析

3.1 營養鹽濃度的變化

M2 和M5 號培養桶內CH3I、C2HCl3和CH2Br2濃度低于對照組，其中CH2Br2濃度降低最為明顯，CHCl3的濃度相對升高（圖3），實驗結果與丁瓊瑤[30]研究黃、東海藻類釋放VHCs 結果相似，微量元素Fe 加富會影響VHCs 凈釋放量。由圖3 可知，實驗組（M2 和M5）中4 種VHCs 的濃度均在培養第12 天前后出現高值，而對照組（M1）卻出現低值。M2 號培養桶在培養前期和后期CHCl3的濃度均出現高值，且培養前期M2 和M5 號培養桶CHCl3的釋放趨勢相似，培養第5 天M2 號培養桶中CHCl3濃度達到峰值，但M5 號培養桶中CHCl3濃度下降（圖3b）。通過比較圖2 發現，在相應培養期間內，M5 號培養桶中葉綠素a 濃度并沒有呈現相應的低值，這說明葉綠素a 的濃度可能不是VHCs 濃度變化的一個限制性因子，VHCs 濃度變化可能還受到微量元素、營養鹽等其他因素共同作用的影響[4]。

除M5 號培養桶外，對照組和實驗組PO4-P 的濃度都較低，并且沒有較為明顯消耗速率的改變（圖1b）。在培養前期，M5 號中PO4-P 濃度值較高，初始濃度最高可達0.69 μmol/L，隨后消耗率幾乎呈直線下降，可達97.3%，此趨勢是對孫萍[24]研究浮游植物對營養鹽響應這一結論的驗證，原因可能由于M5 培養桶中加入了N/P 為16∶1 的營養鹽，故PO4-P 初始濃度值較高，但很快PO4-P 被浮游植物消耗利用，呈直線下降趨勢。

表 1 實驗組和對照組添加物濃度及pHTable 1 Concentrations of additives added to M2 to M6, the condition of M1, and pH

3.2 葉綠素a 濃度的變化

由圖4 可知，與對照組相比，M3 和M4 號培養桶中浮游植物對CH3I、C2HCl3和CH2Br2的釋放呈現不同程度的抑制作用，其中對CH2Br2的抑制作用較為明顯，抑制率分別為76.9%和64.3%，這與Hopkins 等[31]研究結果類似，酸化導致CH2Br2凈含量下降。而M3 和M4 號培養桶中浮游植物對CHCl3的釋放呈現促進作用，且藻類釋放CHCl3的濃度遠遠高于CH3I、C2HCl3和CH2Br2。通過比較圖3 和圖4 可知，實驗組（M2～M5）CHCl3濃度變化趨勢相似，且峰值出現時間相同，即M2 和M3 號培養桶在培養第5 天和第12 天達到高峰與次高峰，M4 和M5 號培養桶在培養第3 天、第7 天和第12 天出現峰值。由圖2 和圖3可知，在M4 號培養桶中，CH3I 和CH2Br2的濃度在指數生長期達到峰值，且M3 號培養桶內VHCs 與葉綠素a 的濃度變化趨勢不一致，表明生物量的變化不能簡單反映VHCs 凈釋放量的改變。

3.3 VHCs 在微量元素Fe、微量元素Fe 和N/P（16∶1）耦合作用條件下濃度的變化

西太平洋屬寡營養鹽海域，除M6 組外，其他實驗組和對照組NO3-N 的濃度均較低（圖1a），此結果與衣曉燕等[21]研究結果一致，因沙塵含有較高濃度的N、P 營養物質和Fe 等痕量金屬元素[22]，故沙塵的加入使無機氮含量上升明顯[21]。M5 培養桶在培養前期出現高值，隨后濃度開始降低，通過比較可知，富鐵和N/P（16∶1）協同作用的條件下，浮游植物不斷吸收利用NO3-N，這與侯繼靈[23]的實驗結果相似。

3.4 VHCs 在酸化、酸化和微量元素Fe 耦合作用條件下濃度的變化

圖 1 對照組（M1）及實驗組（M2～M6）培養桶中營養鹽濃度變化Fig. 1 Variations in the concentrations of NO3-N and PO4-P in control group (M1) and experimental groups (M2?M6)

圖 2 對照組（M1）及實驗組（M2～M6）培養桶中葉綠素a 濃度變化Fig. 2 Variations in the concentrations of Chl a in control group (M1) and experimental groups (M2?M6)

實驗組葉綠素a 的濃度均高于對照組，且在9～13 d出現峰值（圖2）。實驗結果表明，M3 和M4 號實驗組中葉綠素a 濃度均較高，且M4 號高于M3 號，這與欒學泉與蘇忠亮[25]的海洋藻類對海洋酸化響應的研究結果一致。原因可能是海水pH 降低，為海洋浮游植物進行光合作用提供了充足碳源，且CO2濃度升高，提高了CO2與O2的比值，從而抑制了光呼吸作用，減小了能量的消耗[26]，從而促進了浮游植物的生長。微量元素Fe 是影響海洋浮游植物光合作用的重要因素之一[27]，其通過光合系統和電子傳遞系統來對葉綠素的合成和光合作用產生影響[28]，故微量元素Fe 的加富促進了浮游植物的生長繁殖。這也是實驗組M2和M5 培養桶中葉綠素a 濃度高于對照組的原因。此外，由圖2 可知，M2 和M5 號培養桶葉綠素a 含量相近，說明微量元素Fe 加富時，營養鹽的添加未能顯著促進浮游植物生長，推測這與生物體代謝等因素有關。沙塵的添加（M6）使得葉綠素a 濃度明顯升高（圖2），這與Tan 等[29]研究結果一致，表明沙塵可以促進浮游植物的生長繁殖[15]，我們的結果進一步表明沙塵是控制浮游植物生長的重要因素。

3.5 沙塵對浮游植物釋放VHCs 的影響

沙塵的添加對浮游植物釋放CH3I、CHCl3、C2HCl3和CH2Br2均呈現不同程度的抑制作用（圖5），其中對CH2Br2的抑制作用最為明顯（抑制率為72.9%），而對C2HCl3的抑制作用最弱（抑制率為37.6%），與其他實驗組（M2～M5）相比，沙塵的添加（M6）使CHCl3濃度明顯降低，其最大值為3.0×104pmol/L，較其他實驗組降低約83.6%，且M6 號培養桶中CH3I、CHCl3和C2HCl3的濃度在培養后期均出現高值。由圖5 可知，沙塵添加組（M6）中CH3I 的變化趨勢與對照組（M1）相似，而CH3I、CHCl3和CH2Br2在培養前期（第5 天）均出現升高的趨勢，比較圖2 發現，在相應時期內，浮游植物進入指數生長期，且實驗組（M6）VHCs的濃度在浮游植物生長指數期和穩定期出現峰值，推測VHCs 濃度的變化可能與浮游植物生長有關。

4 討論

4.1 微量元素Fe 和營養鹽的交互作用對浮游植物釋放VHCs 的影響

圖 3 對照組（M1），Fe 添加組（M2）及Fe 和N/P（16∶1）添加組（M5）培養桶內CH3I （a）、 CHCl3 （b）、 C2HCl3 （c）和CH2Br2 （d）濃度變化Fig. 3 Variations in the concentrations of CH3I （a）, CHCl3 （b）, C2HCl3 （c） and CH2Br2 （d） in control group (M1), Fe addition group(M2) and Fe and N/P (16∶1) addition group (M5)

2.2.3 葉綠素a 的分析

4.2 酸化和微量元素Fe 的交互作用對浮游植物釋放VHCs 的影響

自19 世紀80 年代以來，大氣中CO2濃度不斷升高，30%由人為產生的CO2被海洋吸收[33]，使海水中H+濃度增加，CaCO3飽和度降低，有研究推測[34]，微量元素Fe 的加富會一定程度中和大氣中的CO2，改變浮游植物生長環境，這會影響浮游植物對VHCs 的凈釋放。通過文獻比較[7,10]，酸化對浮游植物產生VHCs的研究結果并不一致，可能是受到實驗規模、種群結構的組成及實驗周期等因素的影響。本實驗發現，酸化和微量元素Fe 共同作用的培養桶（M4）中CH3I、C2HCl3和CH2Br2的凈釋放量略高于僅酸化的培養桶（M3），推測微量元素Fe 的加富，不僅使光能轉化效率提高[27]，改變海水中生物群落結構，而且浮游植物對環境的變化存在生理反饋[4]，酸化和微量元素Fe 影響浮游植物對VHCs 的產生機制，從而影響VHCs 的含量。由圖4d 可知，酸化、酸化和微量元素Fe 耦合作用均明顯抑制浮游植物對CH2Br2的釋放，推測CH2Br2濃度的降低不僅僅受酸化的影響，還受到細菌等其他因素的降解作用[35]。實驗組（M2～M5）CHCl3濃度變化趨勢及出現峰值時間相似（圖3b，圖4b），可能是實驗組（M2～M5）環境的改變影響浮游植物細胞內親核取代反應產生CHCl3的時間相近。

進一步完善軍民融合發展的法規體系。從國家層面應盡快頒布“軍民融合促進法”，并結合已經頒布的《中華人民共和國國防法》《中華人民共和國國防動員法》，制訂完善促進各動員領域軍民融合發展的專項法規，加快“國防勤務法”“民用資源征用法”“國民經濟動員法”“信息動員條例”“裝備動員條例”等立法進程，推進《中華人民共和國國防教育法》《中華人民共和國人民防空法》修訂工作；在企業法、金融法、基本建設法、交通法、投資法、物權法等法律法規中，補充民營企業參與國防建設、經濟建設貫徹國防要求等條款，增強法律法規的執行力和可操作性。

4.3 沙塵對浮游植物釋放VHCs 的影響

圖 4 對照組（M1），酸化組（M3）及Fe 和酸化組（M4）培養桶內CH3I （a）、 CHCl3 （b）、 C2HCl3 （c）和CH2Br2 （d）濃度變化Fig. 4 Variations in the concentrations of CH3I （a）, CHCl3 （b）, C2HCl3 （c） and CH2Br2 （d） in control group (M1), acidification group(M3) and Fe and acidification group (M4)

因沙塵中含有大量的營養元素，所以沙塵的添加對初級生產力和VHCs 的釋放存在不可忽略的影響。研究表明，受人為活動影響較小的西北太平洋，營養鹽的輸入主要來自大氣沉降[36]，而浮游植物產生VHCs 的途徑分為兩種，其中一種是單鹵化物通過浮游植物細胞內甲基轉移酶甲基化產生[37]，另一種則是多鹵化物通過酶鹵化反應產生[38]，由圖5 可知，沙塵的加入抑制浮游植物對VHCs 的釋放，推測可能與產生途徑受到影響有關，進而影響VHCs 的凈釋放量。沙塵的添加使海水中氮的濃度上升（圖1a），而這并沒有在VHCs 的產生中得到類似的增量，推測含氮量較高時，浮游植物生理代謝發生變化，N 的富集抑制了浮游植物的固碳作用，這可能導致浮游植物對VHCs 的釋放量降低。在培養后期（第12 天前后），實驗組（M2～M6）4 種VHCs 的濃度均存在升高趨勢，對照組（M1）存在低谷，推測隨著浮游植物的生長和VHCs 氣體的產生，培養環境發生改變（如壓力升高、營養物質濃度降低等），使浮游植物細胞內產生某種應力效應或防御機制[39]，這可能導致實驗組和對照組VHCs 的濃度在培養第12 天存在相反的變化，而沙塵對浮游植物釋放VHCs 的作用機制仍需進一步研究。

新的教材比較注重知識的來龍去脈。例如，在教學正數和負數這一節時，書中先講到數的產生是由古代人結繩記事開始，又講到壇子空了產生了“0”，后來又由于分物﹑測量產生了分數等。這些新奇的數學故事擴展了學生的知識面，激發了學生的學習興趣。這時如果運用多媒體輔助教學，給學生提供一些圖文并茂的古人有關計數的故事，學生就會更加積極好學。

（3）根據國內通用富硒標準對重點區進行了硒含量評價，劃分出了富硒土壤區，其中高硒區域主要分布在新關鎮、新鋪鄉與易家渡鎮等鄉鎮。

圖 5 對照組（M1），沙塵添加組（M6）培養桶內CH3I （a）、 CHCl3 （b）、 C2HCl3 （c）和CH2Br2 （d）濃度變化Fig. 5 Variations in the concentrations of CH3I （a）, CHCl3 （b）, C2HCl3 （c） and CH2Br2 （d） in control group (M1) and dust addition group (M6)

5 結論

本文通過船基現場培養實驗研究了微量元素Fe（50 nmol/L）、酸化（pH=7.9）、酸化（pH=7.9）和微量元素Fe (50 nmol/L)耦合作用、微量元素Fe（50 nmol/L）和N/P（16∶1）耦合作用及沙塵(4 mg/L)對浮游植物釋放CH3I、CHCl3、C2HCl3和CH2Br2濃度的影響，結果表明微量元素Fe、微量元素Fe 和酸化耦合作用以及微量元素Fe 和N/P（16∶1）耦合作用的條件，均對浮游植物釋放CH3I、C2HCl3和CH2Br2呈現不同程度的抑制作用，對CHCl3的釋放呈現促進作用；沙塵的添加對VHCs 的4 種成分釋放呈現不同程度的抑制作用。沙塵條件下氮類營養鹽（NO3-N）濃度較高；微量元素Fe 和N/P（16∶1）耦合作用條件下PO4-P 濃度較高。5 個不同的實驗條件下葉綠素濃度均較高，其中以沙塵以及微量元素Fe 和酸化耦合作用的條件最為明顯。