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青岛近海有机碳的分布特征及影响因素 青岛近海有机碳的分布特征及影响因素 摘要 海洋有机碳循环是全球碳循环的重要组成部分。认识海洋中溶解有机碳 ( d o c ) 、颗粒有机碳( p 0 c ) 及沉积物中有机碳( o c ) 的分布、迁移和转化对海洋有 机碳循环研究具有重要意义。 本课题来源于山东省9 0 8 专项近岸海域生物生态和化学调查项目。论文根据 国内外对陆架边缘海溶解有机碳、颗粒有机碳及沉积物中有机碳的研究现状，通 过总有机碳分析仪测定了青岛近海春夏秋冬四个季节d o c ，p o c 的浓度及秋季表 层沉积物中有机碳( o c ) 的浓度，并结合水文、化学、生物学等参数，分析了青岛 近海t s m ( 悬浮颗粒物) 、d o c 、p o c 及沉积物中o c 的分布特征及影响因素， 估算了p o c 的逗留时间及浮游植物有机碳对p o c 的贡献。主要研究结果如下： 1 溶解有机碳：青岛近海d o c 浓度呈现夏季虽高，春季和秋季次之，冬季最 低的趋势，与浮游植物繁殖的季节变化规律一致。夏季d o c 的分布与陆岸 排放，石油烃污染，生物活动及水团结构有关，垂直分布为表层高，底层低， 并出现分层现象，。冬季和春季d o c 的平面分布类似，均呈现近岸高，远岸 低的分布趋势，海湾附近海域均出现高值。秋季d o c 的分布兼有夏季型和 冬季型两种分布特征。春秋冬季，d o c 的平面分布与t s m 的平面分布特征 类似，表明春秋冬季d o c 受陆源的影响较大，表中底层的平面分布特征类 似，基本呈垂直均匀分布，与海水的垂直均匀分布一致。由于沉积物再悬浮 的影响，底层d o c 的浓度有时会大于表层和中层。d o c 的周日变化受潮汐 和生物活动的共同影响，在表层和中层较有规律，底层由于沉积物再悬浮的 影响，规律不明显。 2 颗粒有机碳；青岛近海p o c 质量浓度呈现夏季最高，春季和秋季次之，冬 季最低的趋势，与浮游植物繁殖的季节变化规律一致。青岛近海p o c 的平 面分布规律是近岸大于远岸，湾附近海域较高，p o c 的平面分布与t s m 的 平面分布类似，表明青岛近海p o c 主要来自陆源，在浮游植物大量繁殖的 季节，生物活动对p o c 的贡献不可忽视。在垂直方向上，p o c 质量浓度变 青岛近海有机碳的分布特征及影响因素 化不大，夏季由于强烈的生物活动使得表层和中层p o c 浓度大于底层的， 在其它季节由于沉积物再悬浮的影响，底层会出现高值。夏季p o c 的周日 变化由生物活动控制，冬季由潮汐控制。 3 青岛近海夏季d o c 与a o u ( 表观耗氧量) 呈负相关关系，1 0 m 层以下d o c 降解所消耗的氧占a o u 的1 6 9 ，这可能是因为在水体中还存在其它的耗 氧过程，如沉降颗粒物的氧化和生物的呼吸作用等。d o c 与c h l a ( 叶绿素 a ) 的相关性较差，只是在夏季稍好一些( i 卜0 2 3 ) ，表明浮游植物生物量 的增加不一定造成d o c 的积累。 4 不同季节p o c 质量浓度与t s m 质量浓度均呈正相关关系，冬季的相关性最 好( r = o 8 2 ) ，夏季的相关性最差( r = 0 3 8 ) 。p o c 浓度与c h l - a 浓度之间 均呈正相关关系，夏季的相关性最好( i # 0 5 6 ) ，夏季和冬季浮游植物有机 碳对p o c 的贡献分别为2 6 9 和4 1 ，表明青岛近海以碎屑有机碳为主。d o c 浓度和p o c 浓度呈正相关关系，冬季的相关性大于夏季的相关性，这是由 于冬季d o c 和p o c 均主要来自陆源，夏季p o c 受生物活动的影响较大， d o c 受生物活动的影响稍小一些。青岛近海p o c 的逗留时间较短，年平均 值为1 0 3 8 d ，表明青岛近海p o c 的再生速率快，具有相对较高的生物活性。 5 沉积物中的有机碳：青岛近海表层沉积物中c 的主要成分为i c ( 无机碳) ， 平均占t c ( 总碳) 量的5 6 ，o c 仅占t c 量的4 4 。青岛近海表层沉积 物中o c 的分布从近岸到远岸有增加的趋势，胶州湾内o c 的质量分数较高。 表层沉积物中o c 的分布与沉积物类型有关，砂质区o c 含量较低，粘土质 区o c 含量较高。青岛近海表层沉积物中o c 质量分数与i c 质量分数呈负相 关关系，可能是有机碳促进了无机碳的溶解。表层沉积物有机碳质量分数与 底层悬浮颗粒物中p o c 呈一定的正相关关系，相关系数不大表层沉积物 的有机碳由底层悬浮颗粒物沉降而来，但在进入沉积物后，部分有机碳可能 发生了降解。 关键词：溶解有机碳：颗粒有机碳；悬浮颗粒物；青岛近海 青岛近海有机碳的分布特征及影响网索 t h ed i s t r i b u t i o na n di n f l u e n c ef a c t o r so fo r g a n i cc a r b o ni n q i n g d a oc o a s t a lw a t e r s a b s t r a c t o c e a no r g a nicc a r b o nc y c l ei sv e r yi m p o r t a n ti nt h eg l o b a lc a r b o n c y c l e u n d e r s t a n dt h ed i s t r i b u t i o n ，t r a n s p o r t i o na n dt r a n s f o r m a t i o no fd o c ，p o ca n d o r g a n i cc a r b o ni ns e d i m e n ti so fg r e a ti m p o r t a n c ei no c e a no r g a n i cc a r b o nc y c l e t h i sp a p e rb a s e e do nt h ep r o g r e s so f d o c ，p o ca n do r g a n i cc a r b o ni ns e d i m e n t i ns h e l fa n dm a r g i n a ls e a s ，u s i n gt 0 t a lo r g a n i cc a r b o na n a l y s e r , w ed e t e r m i n e dd o c ， p o ca n do r g a n i cc a r b o ni ns e d i m e n t si nq i n g d a oc o a s t a lw a t e r s i nc o m b i n a t i o nw i t h h y d r o p h i c a l ，c h e m i c a la n db i o l o g i c a ld a t a s ，w ea n a l y s e dt h ed i s t r i b u t i o na n d i n f l u e n c e f a c t o r so fd o c ，p o ca n do r g a n i cc a r b o ni ns e d i m e n ti nq i n g d a oc o a s t a lw a t e r s w e a l s oe s t i m a t e dt h er e s i d e n c et i m eo fp o ca n dt h ec o n t r i b u t i o no fp h y t o p l a n k t o n o r g a n i cc a r b o nt op o c i nq i n g d a oc o a s t a lw a t e r s n l em a i nr e s u l t sa r ef o l l o w i n g ： 1 d i s s o l v e do r g a n i cc a r b o n ：t h ec o n c e n t r a t i o no fd o ci nq i n g d a oc o a s t a lw a t e r s i st h eh i g h e s ti ns u n u n e r , f o l l o w e db ys p r i n ga n da u t u m na n dt h el o w e s ti nw i n t e r , i nc o n s i s t e n tw i t hp h o t o p l a n k t o ng r o w t hs e a s o n a lv a r i a t i o n i ns u m m e r , i tw a s r e l m e dw i t ht e r r e s t r i a li n p u t s ，o i lp o l l u t i o n , b i o g i c a la c t i v i t ya n dw a t e rm a s s ，a n d w a sh i g hi ns u r f a c ew a t e r sa n dl o wi nb o r o mw a t e r s t h ew i n t e rh o r i z o n t a l d i s t r i b u t i o nr e s e m b l e ds p r i n g ，w h i c hw a sh i g hn e a rt h ec o a s ta n dl o wo f f s h o r e 1 f l l ed i r t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fd o ci na u t u m nw a sb e t w e e ns u m m e ra n d w i n t e r i ns p r i n g ，a u t u m na n dw i n t e r , t h ed i s t r i b u t i o no fd o cr e s e m b l e dt s m ， i n d i c a t e dt h a td o cw a sm a i n l yc o n t r o l l e d b y t e r r e s t r i a l i n p u t s ，v e r t i c a l d i s t r i b u t i o no fd o cw a su n i f o r m ，d u et os e d i m e n tr e s p e n s i o n ，d o ci nb o t t o m w a t e r sw a ss o m e t i m e sh i g h e rt h a ns u r f a c el a y e ra n dm i d d l el a y e rw a t e r s t h ed i e l c h a n g e so fd o c w e r ee o n t r o l e db yt i d ea n d b i o l o g i c a la c t i v i t y 2 p a r t i c u l a t eo r g a n i cc a r b o n ：t h cc o n c e n t r a t i o no fp o ci nq i n g d a oc o a s t a lw a t e r s i st h eh i g h e s ti ns u m m e r , f o l l o w e db ys p r i n ga n da u t u m na n dt h el o w e s ti nw i n t e r , t i i 青岛近海自机碳的分布特征及影响因素 i nc o n s i s t e n tw i t hp h o t o p l a n k t o ng r o w t hs e a s o n a lv a r i a t i o n t h eh o r i z o n t a l d i s t r i b u t i o no fp o ci nq i n g d a oc o a s t a lw a t e r ss h o w e dt h a th i g hv a l u eo fp o c w a sf o u n dn e a rt h es h o r ea n dt h ev a l u ed e c r e a s e ds e a w a r d t h ep o c h o r i z o n t a l d i s t r i b u t i o nr e s e m b l e st s md i s t r i b u t i o n ，i n d i c a t e dt h a tp o cw a sm a i n l yf r o m t e r r e s t r i a l i n p u t d u r i n gt h es e a s o n o fr a p i dg r o w t h o fp h y t o p l a n k t o n ，t h e c o n t r i b u t i o no fb i o l o g i c a la c t i v i t yt ot h ep o cw a sn o ti g n o r e d t h ev e r t i c a l d i s t r i b u t i o no fp o cc h a n g e dl i t t l e i ns u m m e r , b e c a u s eo fs t r o n gb i o l o g i c a l a c t i v i t y , t h ec o n c e n t r a t i o no fp o cw a sh i 曲i nt h es u r f a c ea n dm i d d l el a y e ra n d l o wi nt h eb o t t o ml a y e r , w h i l ei no t h e rs e a s o n s ，b e c a u s eo fs e d i m e n tr e s u s p e n s i o n , t h ec o n c e n t r a t i o no fp o ci nb o t t o mw a t e r sw a ss o m e t i m e sh i g h i ns u m m e r , d o cw a si n v e r s e l yc o r r e l a t e dw i t ha o u ，t h ec o n t r i b u t i o no fd e c o x i d a t i o nt oa o ub e l o wlo r el a y e ri s16 9 p r o b a b l yd u et oo x i d a t i o no f o t h e r s u b s t r a t e s t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nd o c a n dc h l aw a sp o o r , i n d i c a t e dt h a tt h e i n c r e a s eo fp h y t o p l a n k t o nb i o m a sd i dn o tr e s u l ti nd o ca c c u m u l a t i o n p o cw a sw e l lc o r r e l a t e dw i t l lt s mf o ra l ls e a s o n s t h ec o r r e l a t i o ni nw i n t e rw a s b e t t e rt h a ni ns u m m e r p o cw a sc o r r e l a t e dw i t hc h l - 巩t h ec o n t r i b u t i o no f p h y t o p l a n k t o nt oi n s i t up o cw a s2 6 9 a n d4 10 i ns u m m e ra n dw i n t e r , i n d i c a t e dt h a ti tw a sm a i n l yd e t r i t u so r g a n i cc a r b o ni nq i n g d a oc o a s t a lw a t e r s t h er e s i d e n c et i m eo fp o ci nq i n g d a oc o a s t a lw a t e r sw a ss h o r t ，a v e r a g i n g 10 38 d ，i n d i c a t e dt h a tt h er e g e n e r a t e dr a t ew a sf a s ta n dr e l a t i v eh i g hb i o r e a c t i v i t y o r g a n i cc a r b o ni ns e d i m e n t ：t h em a i nf o r mo fc w a so ci ns u r f a c es e d i m e n to f q i n g d a oc o a s t a lw a t e r s ，a c c o u n t e df o r5 6 o ft c t h ed i s t r i b u t i o no fo c w a s l o wn e a rt h es h o r ea n di n c r e a s e ds e a w a r da n dw a sr e l a t e dw i t hs e d i m e n tt y p e ，t h e o cc o n t e n tw a sh i g h e ri nc l a yt h a ni ns a n d t h eo cw a si n v e r s e l yc o r r e l a t e d w i t hi c ，p r o b a b l yd u et oo cf a c i l i t a t ei cs o l u b i l i t y t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e n b o t t o np o c a n do ci ns u r f a c es e d i m e n tw a sp o o r , i n d i c a t e dt h a tb o t t o mp o c e n t e r e di n t os e d i m e n tw i t hd e g r a d a t i o n k e y w o r d s ：d is s o i v e do r g a n i oc a r b o n ；p a r t i c u i a t eo r g a n i cc a r b o n ：t o t a i s u s p e n d e dm a t t e r ：0 in g d a oc o a s t a1w a t e r s i v 文 禾 i 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 f 洼! 垫遗直墓他盂垂挂别直明的：奎拦互窒上或其他教育机构的学位或证书 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：貔威薛 签字日期：渺穿年f 月1e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学 技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络 向社会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：漆葳梅 导师签字： 机心 青岛近海有机碳的分布特征及影响因素 - j 刖舌 大气中二氧化碳等温室效应气体的增加以及随之产生的气候效应，是当今人 类面临的全球重大环境问题，由此引发科学界对全球碳循环研究的重视。占全球 面积7 1 的海洋，每年吸收c 0 2 的量约占人为排放总量的3 0 0 旷5 0 ( s i e g e n t h a l e r a n ds a r m i e n t o ，1 9 9 3 ) ，是大气c 0 2 重要的汇。吸收进入海洋的碳经过一系列复杂 的生物地球化学过程，或在海洋中循环，或进入沉积物中最终被埋藏，或重新被 释放到大气中。海洋碳循环已经成为全球碳循环研究的重要内容，许多国际研究 计划均以此为核心研究内容，例如全球海洋通量联合研究( j g o f s ) ，全球海洋生 态动力学( g l o b e c ) 、陆海相互作用( l o c i z ) 以及上层海洋与底层大气研究计 划( s o l a s ) 等。 海洋有机碳循环是全球碳循环的重要组成部分。海洋中的有机碳是全球最大 的碳储库之一，主要包括溶解有机碳( d i s s o l v e do r g a n i cc a r b o n ，d o c ) 、颗粒有 机碳( p a r t i c u l a t eo r g a n i cc a r b o n ，p o c ) 以及沉积物中的有机碳( o r g a n i cc a r b o n ， o c ) 。认识海洋中溶解有机碳、颗粒有机碳及沉积物中有机碳的分布、迁移和 转化对海洋有机碳循环研究具有重要意义。 本论文根据2 0 0 6 年和2 0 0 7 年山东省9 0 8 专项春夏秋冬四个航次的悬浮颗粒 物、溶解有机碳、颗粒有机碳及秋季沉积物中的有机碳的资料，并结合水文、化 学、生物等参数，分析了青岛近海t s m ( t o t a ls u s p e n d e dm a t t e r ，悬浮颗粒物) 、 d o c 、p o c 及沉积物中o c 的分布特征及影响因素，估算了p o c 的逗留时间及浮 游植物有机碳对p o c 的贡献。希望能对我国近海碳循环的进一步研究提供基本的 资料。 由于本人能力和学识水平的限制，对问题的理解和认识比较肤浅，论文中尚 存在许多不足之处，恳请各位专家给予批评和指正。 青岛近海有机碳的分布特征及影响因素 1 文献综述 1 1 海洋碳循环研究的重要意义 碳是构成生命的基本元素，是承载生命活动能流、物流的最主要元素，几乎 所有的生物地球化学循环过程都与它有关，因而有关碳循环的研究是目前全球变 化研究中的热点。 人类活动使得大气中c 0 2 浓度从1 8 世纪末期的2 8 0 p p m 增加到了目前的约3 8 0 p p m 。可以预见在未来相当长的时间内，大气c 0 2 浓度还会不断增加，估计至1 1 2 1 世纪中叶，大气中c 0 2 将比工业革命前增加1 倍( 徐永福，2 0 0 7 ) 。c 0 2 是最重要 的温室气体之一，伴随着c 0 2 浓度的逐年增加，其所带来的温室效应已经成为影 响全球气候变化的一个重要而不可忽视的因素。由于“温室效应”的加剧，全球变 暖将可能造成两极冰川融化、海平面升高、陆地面积变小等一系列变化，这将对 全球生态系统和人类生存环境产生深远的影响，甚至是严重的威胁( 易家康， 2 0 0 5 ) 。图1 1 是碳的全球生物地球化学循环示意图( f a s h a m ，2 0 0 1 ) 。 图1 1碳的全球生物地球化学循环图( f 船h 锄e ta 1 ，2 0 0 1 ) ( c 单位为1 0 9 t ，通量为1 0 9 t a - 1 ，图中问号表示具体数量目前尚末确定) 海洋是一个巨大的碳贮存库，其总体是大气c 0 2 的汇，可吸收大量的人为 碳，从而缓和气候的变化。据估算，整个海洋含有的碳达3 9 x 1 0 ut ，约为大气中 青岛近海有机碳的分布特征及影响因素 7 5 x 1 0 t 的5 3 倍。目前，人类每年排入大气中的二氧化碳以碳计为5 5 x 1 0 9t ， 有约2 0 1 0 9t 被海洋吸收，占总排放量的3 5 ，陆地生态系统吸收占1 3 ，为 0 7 x 1 0 9 t 。也就是说海洋与陆地容纳了近一半人类排放的二氧化碳，另外的5 0 被释放到大气中( 孙云明，2 0 0 2 ) ，存储于海洋中的碳只要释放2 ，就将使大 气中的二氧化碳含量增加1 倍( 杨悦亮，2 0 0 4 ) ，海洋在缓和二氧化碳温室效应 方面的作用是不言而喻的。所以，海洋碳循环是全球变化研究的核心之所在，许 多国际研究计划均以此为核心研究内容，例如全球海洋通量联合研究( j g o f s ) ， 全球生态动力学( g l o b e c ) 、陆海相互作用( l o c i z ) 以及上层海洋与底层大气 研究计划( s o l a s ) 等( 李宁，2 0 0 5 ) 。 海洋碳循环涉及多种复杂的过程，图1 2 是海洋碳循环示意图，简单概括为： 通过海气相互作用，大气中的c 0 2 溶解进入海洋，再通过浮游植物的光合作用被 固定形成有机碳，并进入溶解颗粒有机碳的海洋转化过程( c h e n ，1 9 9 3 ) ，有机碳 通过浮游生物的呼吸作用和有机物质的腐败、分解作用，形成溶解无机碳，推动 水体中的溶解无机碳以c 0 2 的形式向大气释放( f e e l ye ta l ，2 0 0 1 ) 。 ( 编地 近渤 源 移艺 物 i 油 沉 移： 聚集吸附 通过细胞外酶腐解 绷胞仆癣 纯亡分解 泌 呼吸作阚 j i 矗物 纠j 物 微生物 需瓴的 扶荦l 呼吸 缺氧的 图1 2 海洋碳循环示意图( 张正斌和刘莲生，2 0 0 5 ) 青岛近海有机碳的分布特征及影响因素 1 2 海洋有机碳的研究现状及意义 海洋有机碳循环是海洋碳循环的重要组成部分，海洋有机碳的研究主要集中 在海水中及沉积物中。下面分别对其研究现状与进展进行总结。 1 2 1 海水中的有机碳 海水中的有机碳由三个部分组成，分别为溶解有机碳( d o c ) 、颗粒有机 p o c 1 和挥发态有机碳( v o c ) 。其中v o c 由于含量低，易挥发，没有统一、可靠 的取样、分离、保存等方法，因而未得到广泛深入的研究( 宋金明，1 9 9 7 ) 。而d o c 和p o c 由于其在海洋碳循环和全球生态环境中重要的地位和不可或缺的作用，且 方法已经很成熟，受到世界各国的科学家的广泛关注，得到了较为深入全面的研 究。 1 2 1 1 溶解有机碳 d o c 是海洋中最大的有机碳储库，占海洋有机碳含量的8 0 9 5 。海洋中 以d o c 形式存在的碳与大气中c 0 2 量相5 ( 7 5 0 1 0 b g ) ，可在1 0 0 0 1 0 0 0 0 年的时间 尺度影响大气中c 0 2 的含量( h e d g e s ，1 9 9 2 ) ，在海洋碳循环和海洋生态系统中起着 重要的作用( c a r l s o n ，19 9 4 ) 。浮游植物的光合作用，细菌的活动、生物的新陈代 谢以及陆源输入是其重要来源，除此以外颗粒有机碳向溶解有机碳的转化，大气 输送及沉积物间隙水的向上释放也是水体q b d o c 的重要来源( h e d g e s ，1 9 9 2 ) 。 d o c 的研究，在全球海洋通量中，对于了解海洋对大气二氧化碳的吸收、转移和 垂直迁移碳的能力具有重要的作用( 王江涛，1 9 9 9 ) 。 海水中d o c 组成异常复杂，是由不同数量和组分的氨基酸、核苷、碳水化合 物、油脂类、芳香烃、非芳香烃和大分子量腐殖酸等的混合物组成( 贺志鹏，2 0 0 6 ) 。 海水中溶解有机碳的研究，始于1 0 0 多年前n a t t e r e r 对希腊外海海水中d o c 的 测定。早期d o c 的研究侧重于测定方法的研究，依次经历了过硫酸钾法，紫外 过硫酸钾法，高温燃烧法。每一种新方法建立时，都获得了比以前方法更高的测 定结果，但随着方法的逐步完善，在对实验条件仔细控制的条件下，这三种方法 的测定结果相差不大。近年来由于仪器分析技术的发展，高温燃烧法由于操作方 便，分析精度高得到迅速推广，成为目前测定d o c 应用最广泛的一种方法( s h a r p 4 青岛近海有机碳的分布特征及影响因素 e ta l ，1 9 9 5 ；s h a r pe ta l ，2 0 0 2 ) 。近十几年来溶解有机碳的研究集中在来源、分布及 物质通量方面。关于溶解有机碳的分布，世界大部分海域( 大洋、近岸、河口等) 都有了报道。 表1 1 列出了世界不同海域表层和底层水体中d o c 的浓度。一般说来，d o c 在水平方向上的分布情况是近岸、河口区d o c 的浓度较高，而大洋区的d o c 浓 度较低，分布比较均匀，呈现出河口 近岸 大洋的趋势。一般情况下，靠近河口 附近的海区中的有机物质要高一些，因河流中的d o c 含量要比海洋高许多，近岸 区域中的d o c 含量高，不仅只是陆源人为输入和自然河流输入，而且由于近岸水 体深度较浅，浮游动植物易于生长，两栖动物存在，各种生物体也增加，因而 d o c 比远岸区域( 远海) 要高一些( 马士德，1 9 9 5 ) 。海水中的有机物能发生物理 迁移，平流作用使之由一个位置迁入另一个位置，涡动扩散将其由这一水团移入 另一水团。此外，d o c 的浓度还取决于颗粒物质的沉降和生物的垂直迁移，通常 在高生产力的或受陆地输入影响的近岸区d o c 的浓度较高，有机物的平均浓度随 离海岸输入源的距离和水深的增加而降低( 王江涛，1 9 9 4 ) 。 在大洋主体水域中，d o c 的含量较低，表层在4 5 岬o 广9 0 u m o 儿之间。表 层d o c 的浓度随纬度带的不同而有所差异：北极圈 亚热带 热带和温带 亚北极 区和亚南极区 南极圈。在赤道上升流区、南大洋区表层d o c 的浓度较低，赤道 上升流区可能是由于该区域底层较低的d o c 浓度被上升流带上来，稀释了表层 d o c 的浓度( o g a w a ，2 0 0 3 ) ，也可能是上升流区相对高的细菌周转速率导致的 ( s h i a h ，2 0 0 0 ) 。南大洋是全球最大的高营养盐、低叶绿素( h n l c l 海域，由 于痕量金属如f e 的的缺乏，其初级生产力较低，生物活动产生的d o c 较少，只是 在极锋区由于痕量金属的加入使得生产力提高。k a h l e re ta l ( 1 9 9 7 ) 提出细菌的消 耗可能限制了南大洋表层水d o c 的积累。 大洋表层的d o c 的含量与分布主要由生物的现场生产所控制，这是由于光合 作用使表层水体海洋植物具有强的生产能力。植物的生产，动物的排泄等都对 d o c 的分布有着重大的影响。大洋底层d o c 的浓度基本维持在3 5 i _ t m o l l - - 5 0 t m o l l 的范围内。h a n s e l ( 1 9 9 8 a ) 对世界大洋深层水d o c 空间分布的分析表 明，沿着大洋环流的方向d o c 浓度逐渐降低，但在流经南大洋期间d o c 浓度并 没有明显的变化。在深层海水中，沉积物的再悬浮和颗粒物的溶解也影响d o c 青岛近海有机碳的分布特征及影响因素 南极普里兹湾及邻近海域 ( 6 2 0 - 6 9 0 s ，7 0 0 - 7 8 0 e ) b r a n s f i e l da n dg e r l a c h e s t r a i t s 威德尔海 南大洋( 4 9 。 - 6 6 。s ，6 2 。e ) 南大洋 ( 5 6 0 - - 6 5 0 s ，14 0 0 e ) 中印度盆地 赤道大西洋 赤道太平洋 赤道太平洋 东北太平洋 中大西洋海湾 w e s t e r na r c t i co c e a n 墨西哥湾 c h e s a p e a k eb a y c h u k c h is e a a r a b i a ns e a t h en o r w e g i a ns e a n o r t h e r na d r i a t i cs e a b a r e m ss e a b o t h n i a ns e a 黑海 s a r g a s s os e a 1 4 - - 1 8 l 4 0 邱雨生，2 0 0 4 ( 平均为5 2 ) 5 2 1 0 24 4 + 4 d o v a l ，2 0 0 2 4 5 6 0 5 2 6 3 4 5 5 5 5 2 1 9 1 6 5 - - 9 7 6 2 7 2 6 0 8 0 5 6 7 2 6 0 - 1 6 5 4 5 8 5 7 0 8 0 5 0 4 2 4 0 - 4 5 4 1 - 6 4 4 6 士7 3 5 3 9 3 8 4 0 3 7 4 9 士7 4 5 l5 7 - 3 7 41 4 4 3 3 5 5 0 9 04 5 5 0 6 5 1 0 04 2 + 1 4 5 3 1 4 9 1 5 1 + 4 0 6 2 7 5 2 5 0 - 4 0 0 1 7 0 2 8 01 1 8 6 0 - 7 04 4 + 0 6 w e d b o r g ，1 9 9 8 w i e b i n g a ，19 9 8 o g a w a ，1 9 9 9 s a r d e s s a i ，2 0 01 t h o m a s ，1 9 9 5 c a r l s o n ，1 9 9 5 p e l t z e r ，19 9 6 a in i n g ，2 0 0 0 v 1 a h o s ，2 0 0 2 w a n g ，2 0 0 6 g u o ，1 9 9 5 t h o m a s ，19 9 8 m a t h i s ，2 0 0 5 h a n s e l l ，19 9 8 b b q ) s h e i m ，19 9 7 p e t t i n e ，19 9 9 g a s p a r o v i c ，2 0 0 7 z w e i f e l ，19 9 5 d u c k l o w , 2 0 0 7 h a n s e l l ，2 0 0 1 6 青岛近海有机碳的分布特征及影响冈素 在垂直方向上，不同海区d o c 的分布具有一致性( c a r l s o na n dd u c k l o w ，1 9 9 5 ； c a u w e ta n dm i l l e r ，1 9 9 7 ) ，即1 0 0 米以上水体中d o c 浓度高，1 0 0 2 0 0 米有一个大 的跃层，跃层以下的深层水中d o c 浓度较低，变化范围小，性质较稳定。d o c 的这种垂直分布模式主要是生物过程和物理过程共同作用的结果( c a r l s o ne ta l ， 1 9 9 4 ) 。此外研究还表明d o c 的分布与水团的物理结构有很大关系，甚至是其分 布的主控因素( o g a w a e ta l ，2 0 0 3 ；s a n t i n e l l ie ta l ，2 0 0 6 ) 。s a n t i n e l l i ( 2 0 0 2 ) 报道了不 同的水团尤其是水体的垂直分层对d o c 分布的重要影响，而p e l t z e r ( 1 9 9 6 ) 贝j j 认为 生物作用与水体的物理参数分布对d o c 的分布有着重要的影响。b u s s m a n ( 2 0 0 0 ) 和o g a w a ( 2 0 0 3 ) 认为水体的密度对d o c 的分布有着重大的影响。t a n o u e ( 1 9 9 3 ) 和c a r l s o n ( 1 9 9 5 ) 分别对赤道太平洋和北太平洋d o c 的分布研究发现物理参数( 温 青岛近海有机碳的分布特征及影响因素 度、盐度和密度) 对d o c 分布的影响远大于生物作用，而在垂直方向上混合程度 是d o c 分布的决定性因素。 d o c 的季节变化，一般认为与浮游生物随季节的变化规律是一致的。 c o p i n m o n t e g u ta n da v r i l ( 1 9 9 3 ) 和c a r l s o n ( 1 9 9 4 ) j 通过对地中海和马尾藻海的连 续观察表明d o c 在春季积累，通过冬季的混合作用对流到深层水中，导致来自真 光层的每年的d o c 通量等于或大于每年的颗粒物通量。b o s r h e i ma n dm y k l e s t a d ( 1 9 9 7 ) 通过对挪威海的研究发现，d o c 浓度在冬季最低，春季开始增加，夏季达 到最大值，秋季又开始减小一直到冬季的最低值。从表层到底层这种变化逐渐减 小，而在深层水中季节变化很小。他认为d o c 的积累和消耗不但与物理过程如水 团混合有关而且也与生物的生产和消耗过程有关。 1 2 1 2 颗粒有机碳 海洋中p o c 的研究始于本世纪6 0 年代。早期的研究侧重于海水中p o c 的浓度 与分布，8 0 年代以来，逐步转向研究海洋中p o c 的来源、迁移、转化与归宿，海 水中p o c 的时空分布与控制过程，以及海洋中p o c 的水平与垂直通量( 刘文臣， 1 9 9 6 ) 等。 p o c 占海洋有机碳中总量的1 0 左右，在痕量元素特别是金属元素的迁移、 转化、清除等过程中均起着重要的作用，是生物食物链中一个重要的物质基础， 它与生物的生命过程、初级生产力密切相关，是评价海区生产力的一个重要参数 ( 刘占飞，2 0 0 0 ) 。同时它还是海水中碳固化和迁移输出的主要形式，因此了解 海水中p o c 的时空变化是进行碳循环研究的一项重要内容( 金海燕，2 0 0 5 ) 。 海水中的p o c 含量一般在几十到数百p g l 之间，包括生命部分与非生命两部 分，生命部分又称活体有机碳( b i o p o c ) ，生命部分包括微小型光合浮游植物以 及细菌、真菌、噬菌体、浮游动物、小鱼小虾、直至大到海洋哺乳动物；非生命 部分也称为碎屑有机碳( n o n b i o p o c ) ，包括陆源碎屑和海洋生物生命活动过程中 产生的残骸和粪便等( 刘子琳，2 0 0 4 ) 。p o c 中生命物质的比例通常用叶绿素、三 磷酸腺苷( a t p ) 和核酸来换算，各有利弊( 刘文臣，1 9 9 6 ) 。刘占飞等( 2 0 0 0 ) 通过c h l a 的换算表明台湾海峡夏季生命物质比例为1 6 9 ，冬季为1 0 7 。刘文 臣等( 1 9 9 7 ) 测定了春季和秋季东海水体中的a t p 含量，发现春季生命部分占p o c 总量的1 0 ，秋季占4 。金海燕等( 2 0 0 5 ) 对东海和黄海的研究发现p o c 中生命部 8 青岛近海有机碳的分布特征及影响因素 分的比例在0 5 8 2 2 之间。 p o c 的来源主要包括陆源输入( 通过河流及大气干湿沉降) 、生物生产及底 质再悬浮，此外d o c 的转化也是海洋中p o c 的一个重要来源。 海洋中p o c 无论是水平方向上或是垂直方向上的分布都是一个极其复杂的 过程。它们的含量分布受各种物理、化学和生物过程的影响，如陆地径流、沿岸 上升流、光照、营养盐及生物活动等。 一般而言，p o c 的水平分布呈现湾内高于湾外，近岸高于远海的分布特征， 上升流区域的p o c 含量也较高。表1 2 为不同海域中p o c 的浓度，从表1 2 中可以 看出，海水中p o c 的浓度远低于d o c 的浓度，与d o c 的分布趋势类似，大洋区 p o c 浓度较低，近岸海域、海湾及河口区较高，在近岸及海湾，p o c 主要受陆地 和海区生物活动所控制。河流及沙尘携带大量的陆源p o c 及营养盐到近海，极大 的促进了近岸浮游植物的初级生产和浮游动物的次级生产，从而导致水体中p o c 的大量增加。在大洋中，p o c 主要由生物活动产生。 表1 2 不同海域海水中p o c 的浓度 9 青岛近海有机碳的分布特征及影响因素 垂直分布上，在近岸浅海水域，由于上下水体混合均匀，水体中p o c 分布比 较一致；在外海深水区，p o c 则一般呈现出由上往下逐渐降低的趋势。在真光层， 浮游植物通过光合作用生产了大量的p o c ，在p o c 向下沉降过程中，随着深度的 增加，其不断地被浮游动物摄食和微生物分解。在海底水动力环境较强或底栖生 物扰动频繁的海区，由于沉积物的再悬浮，底部p o c 含量反而会增大。 p o c 的季节变化趋势为夏季大于冬季( 刘占飞，2 0 0 0 ) ，夏季高与浮游植物 的贡献大有关；受陆源影响大的海域秋季大于春季，非生命部分占主要部分( 刘 文臣，1 9 9 7 ) 。受陆源影响小的海域春季大于秋季，春季主要受生物活动的影响， 海水中生物的现场生产是其主要来源。 i 2 2 沉积物中的有机碳 海洋沉积物为海洋环境中的一个主要研究对象，其中的碳与水体、生物体以 及大气、入海河流等进行着不间断的交换，大气中的c 0