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黄东海叶绿素a 和溶解有机碳分布特征 及固碳强度初探 摘要 随着经济的发展以及人类活动的增加，我国陆架边缘海尤其是黄东海海洋环境质 量进一步恶化，海洋生态环境失衡，发生大面积赤潮等一系列问题。本文根据2 0 0 6 年夏季( 6 月2 8 日7 月1 5 日) 和2 0 0 7 年冬季( 1 月2 2 日2 月1 3 日) 对黄东海海 域现场调查资料，围绕水文、化学等要素的分布情况探讨了黄东海海域叶绿素a 和溶 解有机碳的分布特征及浮游植物固碳作用对溶解有机碳分布的影响状况，得出以下主 要结论： 在整个调查海域，夏季叶绿素a 的含量变化较大( 0 0 1 1 3 8 1 t g l ) ，其大面分布呈 现由近岸向外海降低的趋势。受长江冲淡水和上升流的影响，叶绿素a 的高值区主要 分布在长江口和闽浙沿岸附近，黑潮区流域叶绿素a 的含量最低。在各断面分布上， 叶绿素a 呈现明显的层化现象，高值区出现在近岸真光层以浅的海域。 冬季叶绿素a 浓度整体较低，变化范围较小。从平面分布上看，冬季叶绿素a 的高 值区域比夏季明显南移，主要分布在2 8 0 n 以南海域。在断面上，冬季水体垂直涡动强 烈，叶绿素a 分布比较均匀。 影响黄东海海域叶绿素a 分布的主要因素是营养盐、光照、温度等，这几个要素在 不同季节、不同断面的影响程度也不同。其中影响夏季s 0 3 断面表层、s 0 7 、s 0 8 、s 1 0 断面陆坡区叶绿素a 分布的主要因素是营养盐，浊度( 光照条件) 对s 0 4 断面、s 0 5 断 面近岸叶绿素a 分布的影响较大，而温度是影响冬季叶绿素a 分布的主要因素。 夏季由于长江冲淡水向东北方向偏转与南黄海水混合，以及南黄海本底d o c 的浓 度较高等原因，d o c 在整个调查海域呈现北高南低的特征。在各断面上，夏季d o c 高值区基本上出现在5 0 m 以浅的海域，d o c 分布呈现明显的层化现象，从表层到底层 含量变化较大。 冬季溶解有机碳的大面分布比较均匀，只在南部出现一稍高海域。在断面上，冬 季d o c 高值区多出现在沿岸，由于垂直混合作用，d o c 随着深度的增加一般没有明显 的变化。夏季由于近岸陆源的输入及近岸浮游植物量较多分解释放放的d o c 较多， d o c 的浓度尤其是在较浅的海域高于冬季，随着深度的加深这种浓度的差别减小。 夏季东海近海海域浮游植物固碳强度的分布呈现近岸高外海低的趋势，冬季则呈 现南部高北部低的特征。夏季东海近海海域浮游植物固碳强度明显高于其它东中国海 域，而冬季稍低于整个东海海域，这与东海海域所处的海域位置及受到的流系特点有 关。 浮游植物现场生产对d o c 分布的影响状况方面，叶绿素口和d o c 断面分布相似的 海域仅出现在远海。远海海域远离近岸，水体相对稳定，溶解有机碳的含量主要来自 浮游植物的现场生产作用。从所有断面上看，叶绿素a 的高值区处，虽然不是d o c 的 高值区，但d o c 的浓度一般相对较高，说明在整个海域，浮游植物现场生产对d o c 分布都有重要作用，但由于各断面不同程度的受到水动力作用，使d o c 与叶绿素口的 分布特征有一定差异。 ： 关键词：叶绿素口；溶解有机碳；分布特征；固碳作用；黄东海； t h ep rim ar ys t u d yo fdis t rib u tio no f c hlo r o p h yi i a ， dis s oiv e do rg a nicc a r b o niny eilo w e a s to hin as e aa n dt h e c a r b o nfix e dp r o d u c t io no fp h y t o pia n k t o n a b s 仃a c t w r i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n dt h ei n c r e a s i n gi n f l u e n c eb yh u m a na c t i v i t i e s ，t h e q u a l i t yo fm a r i n ee n v i r o n m e n te s p e c i a l l yi ny e l l o w e a s tc h i n as e at e n d sm o r es e r i o u s t h a ne v e tb e f o r e t h i si n d u c e ds e v e r a l s e r i o u sp r o b l e m si nm a r i n ee n v i r o n m e n ta n d e c o s y s t e ms u c ha st h ew o r s i n go fs e aw a t e r , u n b a l a n c eo fm a r i n ee c o s y s t e ma n dh i g l l f r e q u e n c eo fh a b t w oc r u i s e sw e r ec a r r i e do u ti ny e l l o w e a s tc h i n as e ad u r i n gs u i n m e r ( 2 8 t hj u n e - - 15 mj u l y ) a n dw i n t e r ( 2 2 mj u n u a r y 1 3 t hf e b r u a r y ) i nt h i st h e s i s ，t h ef i e l d d a t aa sw e l la sh y d r o g r a p h i c a l ，c h e m i c a lf a c t o r sw e r ea n a n l y z e df o rt h ep u r p o s eo ft h e s t u d yo nt h ed i s t r i b u t i o no fc h l o r o p h y l la ，d i s s o l v e do r g a n i cc a r b o n ( d o c ) ，a n dt h ee f f e c to f t h ec a r b o nf i x e dp r o d u c t i o no fp h y t o p l a n k t o n ( c f p ) t ot h ed i s t r i b u t i o no fd o c t h em a i n c o n c l u s i o n sw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w i n g s ： t h ec o n c e n t r a t i o no fc h l o r o p h y l lac h a n g e dg r e a t ( o 0 1 1 3 8 1 i _ t g l ) i ns u m m e r i nt h e h o r i z o n t a ld i s t r i b u t i o n ，t h ev a l u eo fc h l o r o p h y l law a sd e c r e a s e df r o mt h es h o r et ot h e o p e ns e ai ns u m m e r a f f e c t e db yc h a n gj i a n gr i v e ra n dt h eu p w e l l i n gw a t e r , t h ea r e ao f h i g hv a l u e sw a s n e a rt ot h ee s t u a r yo fc h a n gj i a n ga n dt h ea l o n g s h o r eo fm i n z h e ，t h ea r e a o fl o wv a l u e se m e r g e di nt h ek u r o s i ow a t e r a n dt h es e c t i o n a ld i s t r i b u t i o no fc h l o r o p h y l la i ns u m m e rd i s p l a y e dl a y e rc h a r a c t e r i s t i c t h ev a l u eo fc h l o r o p h y l lai nw i n t e rw a sl o wi nm o s to ft h es u r v e ya r e a ，a n dt h er a n g e o fi tw a ss m a l l ( o 0 4 2 5 6 i - t g l ) ，t h ea r e ao fh i g hv a l u e sc e n t r a l i z e da ts o u t ho f2 8 0 n t h e s e c t i o n a ld i s t r i b u t i o no fc h l o r o p h y l lac h a n g e dl i t t l ef r o ms u r f a c et ot h eb o t t o mi ne a c h s e c t i o ni nw i n t e r t h em a i nf a c t o r sa f f e c tt h ed i s t r i b u t i o no fc h l o r o p h y l lai ny e l l o w - e a s tc h i n as e aw a s n u t r i e n t s ，i n s o l a t i o n ，t e m p e r a t u r ea n ds oo n t h ef a c t o r sm a d ed if f e r e n te f f e c t i o ni n d i f f e r e n ts e a s o n s ，d i f f e r e n ts e c t i o n s n u t r i e n tw a st h em a i nf a c t o rt h a ta f f e c t e dt h e d i s t r i b u t i o no fc h l o r o p h y l lao nt h es u r f a c eo fs e c t i o n 3a n dt h es l o p ea r e ao fs e c t i o ns 0 7 ， s 0 8 ，s io i nt h ea l o n g s h o r eo fs e c t i o ns 0 4a n ds 0 5 ，t h em a i nf a c t o rw a si n s o l a t i o n t e m p e r a t u r ew a s t h em a i nf a c t o ri nw i n t e r t h ec o n c e n t r a t i o no fd o cw a sg e n e r a l l yh i g hi nn o r t ha n dl o wi ns o u t ho ft h es u r v e y a r e ai ns u m m e r t h eh i 曲c o n c e n t r a t i o na r e a si nd i f f e r e n ts e c t i o n sw e r ec e n t r a l i z e da t5 0 m u pt ot h es h a l l o ww a t e r , w h i c hs h o w e dt h el a y e rc h a r a c t e r i s t i c i nw i n t e r ，t h ec o n c e n t r a t i o no fd o cw a se q u a li nt h eh o r i z o n t a ld i t r i b u t i o no fm o s t s u r v e ya r e a , o n l yas l i g h t l yh i g h e ri nt h es o u t ha r e a a st ot h es e c t i o n a ld i s t r i b u t i o no fd o c ， t h eh i g hv a l u ea r e a sm o s te m e r g e di nt h ea l o n g s h o r e f o rt h ee f f e c to fv e r t i c a lm i x i n g ，t h e c o n c e n t r a t i o no fd o c c h a n g e dl i t t l ea st h ei n c r e a s i n go fd e p t hi nw i n t e r t h ec o n c e n t r a t i o n o fd o cw a sh i g h e ri ns u m m e rt h a ni nw i n t e re s p e c i a l l yi nt h es h a l l o wa r e a , t h i sd i f f e r e n c e m i n s h e da s t h ei n c r e a s i n go ft h ed e p t h t h ed i s t r i b u t i o no fi tw a sd e s c e a s e df r o mt h es h o r et ot h eo p e ns e ai ns u m m e r , w a s g e n e r a l l yh i g hi nt h es o u t ha r e aa n dl o wi nt h en o r t ha r e ai nw i n t e r t h ev a l u eo fc f p i n c o a s t l ew a t e ro fe a s tc h i n as e aw a sh i g h e rt h a no t h e rc h i n as e ai ns u m m e r , a n ds l i g h t l y l o w e rt h a nt h ew h o l ee a s tc h i n as e a , w h i c hw a sa t t r i b u t e dt ot h el o c a t i o no fe a s tc h i n a s e aa n dt h ec h a r a c t e r i s t i co ff l o w s t h es i m i l a ra r e a so ft h ed i s t r i b u t i o no fc h l o r o p h y l laa n dd o co n l ya p p e a r e da tt h e o p e ns e a , f o ri tw a sf a rf r o mt h ea l o n g s h o r e ，t h ew a t e r sk e p ts t a b l ea n dt h em a i ns o u r c eo f d o ci ni tw a sc f p s e e nf r o ma l lt h es e c t i o n s ，w h e nt h ev a l u eo fc h l o r o p h y l law a sh i g h ， t h ed o cw a sr e l a t i v eh i 曲t o o b u ti n f l u e n c e db yt h ee f f e c to fh y d r o d y n a m i ci nt h es u r v e y a r e a , t h ed i s t r i b u t i o no ft h e mw a sd i f f e r e n t k e y w o r d s ：c h l o r o p h y l la ；d i s s o l v e do r g a n i cc a r b o n ；d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c ； c a r b o nf i x e dp r o d u c t i o no fp h y t o p l a n k t o n ；y e l l o w - e a s tc h i n as e a ； i v 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( 洼；垫遗查甚他盂墨挂别直明数：奎拦亘窒 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：参i l i 子 签字日期：珧年月p 日 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： 士严字 签字日期：砷辱占月，汨 导师签字：之秘 签字日期：砷彰年厂月莎日 黄东海叶绿素口和溶解有机碳分布特征及尉碳强度初探 0 前言 近年来社会经济高速发展，人类生活水平迅速提高的同时却大大加重了环境的 负荷，海洋环境中由于大部分陆源污染物超标排海，使临近海域污染程度和范围进一 步加重和扩大，温室效应、全球变暖等问题的进一步加强都是环境恶化的结果。环境 的进一步恶化不仅影响生态系统的平衡，而且在一定程度上危害人类自身的健康。海 洋是碳的重要储库，海洋中碳总量为大气的5 0 倍，对于调节大气中含碳量起着重要作 用。现有研究表明，海水中溶解有机碳( d o c ) 是世界上最大的有机碳库之一，其总量 大致相当于全球大气中c 0 2 的含碳量，海洋中d o c 变化1 0 ，也就是7 0 0 g t c ，相当于 整个世界海洋年生产力，因而研究海水中d o c 的生物地球化学行为已经成为全球碳循 环研究热点之一。海洋中浮游植物通过光合作用不断吸收无机碳转化成有机碳，在其 生长过程中不断释放出溶解态的有机碳。叶绿素口是浮游植物量的代表，通过分析叶 绿素口的分布不仅能够了解海洋中富营养化的状况，而且能对浮游植物释放的溶解有 机碳状况有初步的了解。 本文研究目的在于探讨黄东海海域叶绿素a 和溶解有机碳的分布特征，并讨论浮 游植物的固碳作用对溶解有机碳分布的影响状况。 由于水平所限，本文在该领域的研究尚存在一定的不完善之处，特别是在浮游植 物现场生产对溶解有机碳分布的影响方面尚有待于进一步的深入。在此，真诚希望各 位专家、老师及同学们对本论文提出宝贵的意见。 黄东海叶绿素口和溶解有机碳分布特征及同碳强度初探 1 文献综述 1 1 海洋中的叶绿素a 1 1 1 海洋中叶绿素a 的来源及影响叶绿素a 分布的主要因素 叶绿素a ( c 5 5 h 7 2 m g n 4 0 5 ) 是一种络合镁盐，海洋中主要来自浮游植物、大型植 物，是各类海洋植物都有的色素，也是叶绿素中最丰富的一种。叶绿素a 在浮游植物 中约占总有机物干重的1 - - - 2 ，是海洋中浮游植物量的代表，也是赤潮监测等必要 项目。叶绿素口的分布与周围环境因子有密切的关系，这些复杂的环境因素包括温度、 光照、营养盐以及环流都影响着调查区叶绿素a 的时空变化。 营养盐对叶绿素a 分布的影响：营养元素是浮游植物生长的必需物质，海洋中营 养盐的浓度、存在形态及组成结构对海洋浮游植物的生长有很大的影响。海水中的营 养物质和其他微量元素连同某些有机物质的存在形式和浓度高低直接影响浮游植物 的生长、繁殖和代谢，它们是赤潮或水华形成和发展的物质基础( f o w l e r ，1 9 9 0 ；高素 兰，1 9 9 7 ) 。其中氮磷硅等都是浮游植物生长所必须的元素，氮在细胞代谢中是形成 氨基酸、嘌呤、氨基糖和胺类化合物的基本元素( s e p p a l a e ta l ，1 9 9 9 ) ，磷在生物体内 是合成a t p 、g t p 、核酸、磷酸、辅酶等化合物的基本元素( s e p p a l ae ta l1 9 9 9 ) ，硅 是合成细胞壁的必须元素( w ue ta i , 2 0 0 3 ) 。郭全等( 2 0 0 5 ) 根据2 0 0 2 年，2 0 0 3 年对渤 海的调查发现叶绿素a 的浓度分布明显受营养盐分布和比例的影响。朱建荣等( 2 0 0 4 ) 通过对长江口外海区叶绿素口的分布及动力成因分析也发现营养盐是影响叶绿素口分 布的重要因素。光照、温度、溶解氧及透明度等水文条件也是影响叶绿素a 分布的重 要因素，周伟华等( 2 0 0 4 ) 在长江口邻域叶绿素a 和初级生产力的分布中指出叶绿素a 的分布与水文条件有关，在长江口附近海域光照成为影响叶绿素口分布的主要条件。 李云等( 2 0 0 7 ) 通过对长江口及毗邻海域的研究指出制约叶绿素口空间分布特征和季 节变化的因素有调查海区的流系特征、季风、营养盐、悬浮物等。刘玉等( 2 0 0 2 ) 在 研究珠江口邻近水域时发现，藻类生长与珠江口水域中的溶解氧的含量呈正相关，与 活性磷酸盐、硝酸盐则呈负相关，而叶绿素a 的周同变化特征主要与潮汐、温盐和跃 层有关。浮游动物摄食压力的作用：在较小的时空尺度内，浮游动物的摄食压力是浮 游植物生物量在垂直方向上发生变化的主要原因。浮游动物通过摄食将浮游植物中的 黄东海叶绿素a 和溶解仃机碳分布特征及同碳强度初探 叶绿素口转化、分解转变为脱镁叶绿素a 和脱镁叶绿酸a 。 1 】【2 海水中叶绿素a 分布的研究意义 叶绿素a 是浮游植物各门藻类都含有的光合作用色素，海洋浮游植物叶绿素a 的测 定一直是各海区海洋生物和海洋化学研究的重要参数。叶绿素a 是海洋浮游植物现存 量的一个良好指标( 邹景忠等，1 9 8 3 ) ，通过研究叶绿素a 的含量可以了解海洋中浮 游植物的量。近年来研究表明浮游植物不但在碳通量上( s a r m i e n t ，e ta 1 , 1 9 8 8 ) ，而且 在云反照率( c h a r l s o ne ta l , 1 9 8 7 ) 、海水光通量和热通量上改变着全球的气候 ( s a t h y e n d r a n a t h ，e ta l , 1 9 9 1 ) 。浮游植物的初级生产是海洋生态系统中有机物的最初来 源，担负着海洋中9 0 以上的有机物质的生产，是供养和维持海洋生物资源的物质基 础。据已有的估计结果，海洋浮游植物固碳量每年约3 6 8x 1 0 9t ，与陆地的初级生产 力总量相近，其中近海区域只占海洋总面积的1 0 ，其浮游植物年固碳量可占海洋浮 游植物总固碳量的3 0 ( l a l l icm ；e ta l ，1 9 9 7 ) ，在全球海洋固碳过程中有重要的作用。1 针绿素a 能快速测定，利用同化系数可将叶绿素a 含量换算为海洋初级生产力，能直接 揭示某海域海洋初级生产力的高低( 李宝华，2 0 0 4 ) ，海水中叶绿素口利用光能同化 j 瓷机碳的过程是整个海洋生态物质循环和能量流动的基础( 李宝华等，1 9 9 8 ) ，启动 。：| 4 了海洋生态系统的能量流和物质流，支持着大量的渔业生产量( 海洋学文集，1 9 9 9 ) 。 在2 0 世纪5 0 年代，浮游藻类的叶绿素尤其是叶绿素a 的含量已经被用作海洋食物量的 指示物( 焦念志等，1 9 9 8 ) ，由于其分布和变化与海洋环境理化因子有一定的相关性， 因此准确灵敏地测定叶绿素a 的含量，对于海洋渔业和养殖业的发展以及海洋生态环 境的保护有重要意义。此外还可以用叶绿素a 浓度评价水体富营养化的程度，水体富 营养化是随着水体中氮、磷等营养成份的增加，生物( 特别是浮游植物) 的生产量增加 的现象。因此可通过测定叶绿素a 的含量来表明水体中藻类现存量，是评价水体富营 养化程度最直接有效的方法。邹景忠等根据我国颁发的渔业水质标准和海水水质标 准，提出叶绿素al - - l o m g m 、初级生产力1 l o m g l 一h 1 作为富营养化的阈值。 1 1 3 海水中叶绿素a 的分析方法 浮游植物叶绿素a 含量是估算水体浮游植物生物量的重要指标，其测定方法主要 有分光光度法、荧光法、高效液相色谱法( h p l c ) 。叶绿素a 的监测方式是利用其本身 黄东海叶绿素口和溶解有机碳分布特征及同碳强度初探 的光吸收或荧光特性进行。分光光度法主要利用叶绿素a 在波长6 6 3 n m 处的吸收的特 性( 张志述，1 9 9 0 ；g r o n i g e r ，1 9 9 9 ) 进行分析。而叶绿素a 的荧光特性，则主要利用叶 绿素a 在4 2 0 n m 光源激发下，产生6 8 5 n m 左右的荧光进行检测( 夏达英等，1 9 9 9 ) 。其 中，分光光度法因其具有操作简便的特点被广泛应用，但用光吸收特性进行检测的方 式，存在灵敏度低、测量过程易受海洋中共存物质吸收的干扰、吸收谱带较宽和复杂 引致的光谱干扰等影响，在实际应用中受到很大的限制。叶绿素a 的荧光检测法比分 光光度法灵敏，需样品较少，而且不要求像分光光度法那样的波长分辨率，在4 2 0 n m 的激发波长和在6 8 5 n m 的发射波长测定便可获得最佳灵感度，且荧光发射谱线简单， 特别适应相对复杂的监测体系和低含量待测物质的分析( 夏达英，1 9 9 6 ) 。洁净天然 海水中的叶绿素a 的含量一般较低，浓度在0 1 0 p g l 到几个p g l 之间，富营养化的水域 其浓度也只有几十“g 几( 朱延彬，1 9 9 5 ) ，这要求检测方法有较高的灵敏度，因此叶绿素 口的测定更多的选择荧光测量的方法。测定时，先用滤膜过滤海水，使海水中含活体 叶绿素的各种浮游植物保留在滤膜上，再用适当的溶剂将叶绿素萃取出来，然后利用 叶绿素a 所具有的天然荧光进行测定。目前测定叶绿素a 时，用来萃取叶绿素a 的有机 溶剂主要有丙酮、乙醇和d m f ( n ，n 二甲基甲酰胺) 等，丙酮萃取法应用最为广泛。 本论文中叶绿素a 的测定选用荧光法，使用便携式荧光计( t u r n e r d e s i g n s m o d e l 1 0 ) 测定，测定之前先用标准品对荧光计标定，标准品浓度根据j e f f e r e y - h u m p h r e y ( 1 9 7 5 ) 的计算方程计算。 1 1 4 东中国海域叶绿素a 的研究状况 赵骞等( 2 0 0 4 ) 根据2 0 0 0 年8 月和2 0 0 1 年1 月对渤海叶绿素a 的调查发现，冬季渤 海各海域叶绿素a 的浓度都高于夏季，尤其以莱州湾最为明显，其冬季叶绿素a 的平均 浓度为2 9 0 2 p g l ，高于夏季的0 9 2 3 p g l ，大约是夏季的3 倍；其次是海峡口，冬季叶 绿素a 的浓度大约是夏季的2 倍。渤海中部、渤海湾、辽东湾冬季叶绿素a 的浓度略高 于夏季，认为是夏季浮游动物的摄食压力大造成叶绿素a 的浓度低于冬季。王俊等 ( 2 0 0 2 ) 在此海域的调查也显示该海域叶绿素a 的分布有明显的季节性变化，由春夏 秋逐渐降低。对于北黄海的调查，童万平等( 2 0 0 3 ) 根据1 9 9 8 年至1 9 9 9 年的调查资料 认为北黄海水域叶绿素a 含量在0 9 1 1 2 9 i ，t g l ，年平均值为0 5 4 p g f l ，呈春季含量高， 秋季含量低，冬夏季适中的分布特征。与各季度营养盐的来源与消耗具有密切关系， 黄东海叶绿素a 和溶解有机碳分布特征及固碳强度初探 与环境因素的作用只有在夏季才表现得比较明显。李宝华等( 1 9 9 8 ) 根据1 9 9 5 年9 月 份对南黄海的调查认为南黄海海域的叶绿素a 的含量较高，平均值在1 1 4 1 t g l ，其变化 范围为0 1 0 7 7 6 1 1 9 l ，最高值出现在次表层。作者认为光是浮游植物生长和繁殖的重 要因子之一。郑国侠等( 2 0 0 6 ) 在2 0 0 5 年秋季对南黄海的调查分析表明，南黄海表层 叶绿素a 含量的变化范围为0 11 2 3 8 r t g l ，平均浓度为0 6 6 9 9 l ，明显高于5 0 m 层的含 量。南黄海表层和次表层叶绿素a 分布趋势基本一致，均显现出西北高、东南低的趋势， 在近岸海域出现显著的高值带，在垂直分布上看，叶绿素a 的最高值也出现在次表层。 彭欣和宁修仁等( 2 0 0 6 ) 在2 0 0 4 年夏季对南海北部海域的调查发现南海叶绿素a 浓度 的范围为0 0 8 - - 1 5 5 0 i t g l ，最高值4 3 2 1 i g l ，平均浓度为( o 7 5 4 - 1 8 5 ) p g l 。叶绿素a 浓度的空间分布具有明显的区域性差异，其高值位于沿岸带，其次为陆架区，最小为 陆坡和深海区。表层叶绿素a 分布从珠江口向外海方向降低，在香港东南海域出现一 个检测不出的极低值区，5 0m 层的平面分布从调查海区的西北近岸向东南方向降低。 关于东海及其邻近水域中叶绿素口的分布情况已经做过一些研究( 沈新强等，1 9 9 5 ： 夏滨等，2 0 0 1 ) ，朱建荣( 2 0 0 4 ) 通过对长江口的现场观测资料分析表明长江口外海 区叶绿素a 高浓度区存在着两个源：一个存在于表层的羽状锋区，是由长江径流入海 携带大量营养盐造成富营养化和低浊度海水，从而产生良好的光透射，光合作用产生 叶绿素a ，另一个位于台湾暖流的温跃层中。周伟华等( 2 0 0 4 ) 对长江口邻近海域叶绿素 a m 分析发现表层周年叶绿素a 浓度的平均值为1 6 1 1 t g l ，各季节表层叶绿素a 的变化 呈夏春秋冬季逐渐降低的趋势，中层也有相同的分布趋势，而底层则春季最低，夏秋 冬春降低的趋势。春、夏季表层叶绿素a 浓度的高值区位于1 2 3 0 e 附近，而冬季则有所 内移。以上对东海的研究多数仅限于长江口外或赤潮高发区，不能对整个东海海域作 全面的分析。 1 2 海洋中的溶解有机碳 1 2 1 海水中溶解有机碳的组成来源和去除过程 海水中的溶解有机碳在操作上的定义为：通过一定孔径( 通常为0 7 0 9 r n ) 玻璃纤 维滤膜或( 0 4 5 9 m ) 银滤膜的海水所含有机物中碳的数量。d o c 的组成十分复杂，在 己能分辨的组分中包括氨基酸、肽类、核苷酸、碳水化合物、酉旨类、芳香类和非芳 黄东海叶绿素口和溶解有机碳分布特征及固碳强度初探 香类烃以及高分子腐殖质等，目前只有1 0 0 o 2 0 的海洋有机物能够确定为某种特定的 组分，因此一般笼统的用有机碳的含量来表示海洋有机物的浓度( d u u r s m a ，e t a l ，1 9 8 1 ) 。 海洋中有机物主要有两种来源，即外部来源和内部来源。外部来源包括河流，大 气和海洋沉积物。从全球规模上看，有河流输入的溶解有机碳的含量比较低，但大型 河流的入海也会使d o c 有明显的增加( z u e i f e le ta 1 ，1 9 9 5 ) ，大气输送及沉积物间隙 水的向上释放也是水体中d o c 的重要来源( h e d g e s ，1 9 9 2 ) 。而对于底沉积物d o c 输 入通量的重要性评估，不同学者的结果差异较大，其中a l p e r i ne ta l ( 1 9 9 9 ) 估算在水 深小于2 0 0 0 m 区域，沉积物的d o c 通量为4 0 t g c y ，对全球底层海水d o c 通量贡献不 大，但b u r d i g e ( 1 9 9 9 ) 的结果则高达1 8 0 t g c y ，与全球河流输送的d o c 量相当，因 此有待于进一步深入研究。 海洋中有机物可由化学过程或生物过程而产生，这是其内部来源。主要是浮游植 物通过光合作用合成有机物的释放，是海洋中有机物的主要来源，浮游植物和浮游动 物将溶解的有机物释放出来，浮游动物摄食时可导致藻细胞受损，从而使细胞的可溶 组分漏入环境中，浮游生物死亡后，其尸体的自溶和腐解过程将导致可溶性化合物的 生成。o g a n a 等( 1 9 9 7 ) 在1 9 9 7 对南大洋溶解有机碳的垂直分布进行了检测，表层中 的溶解有机碳与表层的叶绿素a 含量接近，次表层的最高。这种分布形势与该地区海 水中的叶绿素a 的分布情况一致，表明了d o c 浓度与初级生产力正相关，进一步支持 了海洋中的d o c 主要来源于海洋绿色植物的光合作用的观点。 海洋中的有机物质主要通过三种机制从海水中移出：由于物理形态改变而导致 的移出即物理移出：海水中的有机物可通过转变为气相或固相而从海洋水体中去除， 可在生产过程、发生化学分解或生物学分解过程中产生挥发性有机物，并通过海气界 面逸入大气中，也可以转化为颗粒有机物而移出。另外这三者之间可以相互转化，造 成不同状态有机物浓度的增加或降低。化学移出：有机物所参与的单纯的化学反应 很少，生化产物的化学分解通常是缓慢的，只有表层的光化学分解可能起到一定作用。 生物学移出：海水中的有机物移出主要为微生物将其氧化为二氧化碳或形成颗粒有 机物被生物体利用。 黄东海叶绿素口和溶解有机碳分布特征及同碳强度初探 1 2 2 海水中溶解有机碳的研究意义 碳是生态系统中重要的生命元素之一，研究海洋中的有机碳对海洋生产力具有重 要意义，海洋中溶解有机碳约占总有机碳的9 0 ( h u n g ；e ta l , 2 0 0 0 ) ，是海洋中有 机碳的主要存在形式，这一巨大的含量使d o c 在海洋碳循环中位于一个关键的地位， d o c 是表征水体中有机物含量和生物活动水平的重要参数，对于化学海洋学和生物 海洋学的研究具有重要意义：对d o c 的研究可对海洋生产力、海洋化学的研究提供 基本的参数；在研究总有机碳的通量、分布、作用和循环中占重要的部分；海水中的 d o c 还是一种关于污染和生物活动水平的综合指标，判断海洋污染程度等。现有研 究表明，海水中溶解有机碳( d o c ) 是世界上最大的有机碳库之一( h u n g ；e ta l , 2 0 0 0 ) ， 海洋中以d o c 形式存在的碳与大气中c 0 2 量相当( 7 5 0 x 1 0 1 5 9 ) ，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 ) 。海洋中d o c 变化1 0 ，也就是 约7 0 0 g t c ，就相当于整个世界海洋年生产力( d u u r s m a , e ta t , 1 9 8 1 ) d o c 随水体分 层和生物活动的变化而变化，体现了海洋水体生产、消费和物质形态转化的过程。除 j 此之外，它对于海洋中发生的生物过程( 生产力、异养) 、化学过程( 金属络合，光 ，。 化学，交换吸附) 和地质过程( 沉积，再迁移) 都有着重要的影响，因此海水中溶解 。r 有机碳的研究是生物地球化学的重要内容，在全球海洋通量研究( j g o f s ) 中，对于 了解大气中的c 0 2 的吸收、迁移和垂直迁移碳的能力有非常重要的作用，近十几年的 研究已对溶解有机碳在海洋和全球的碳循环中的重要作用达成共识。 1 2 3 海水中溶解有机碳的分析方法 海水中d o c 的测定，一般包括三个步骤：样品的预处理，包括水样品过滤、酸 化和除去无机碳；海水中d o c 的氧化，氧化产物为c 0 2 ；氧化或还原产物的检测， 生成的c 0 2 多用红外气体分析仪检测或将c 0 2 还原为c h 4 ，再用火焰离子化检测器 定量测定c h 4 。 海水中d o c 的研究虽然开始比较早，但由于氧化条件和检测手段的不断提高， 分析方法不断改进，主要有以下几种： ( 1 ) 硫酸钾湿式氧化( p e r s u l f a t eo x i d a t i o nm e t h o d ) ：把海水用h 3 p 0 4 酸化至p h2 3 ， 通n 2 吹走无机碳。加入k 2 s 2 0 8 ，在密封的玻璃安培瓶中，经1 3 0 。c j j l l 热处理几 小时。产生的c 0 2 由非色散红外分析仪测定。该方法氧化率及测定效率都比 7 黄东海叶绿素a 和溶解有机碳分布特征及同碳强度初探 k m n 0 4 、k 2 c r 2 0 7 高，但氧化仍不完全，需要较高的温度，而且较高浓度的氧化 剂容易引起较大的空白。 ( 2 ) 紫外光氧化法：b e a t t i e 等于1 9 6 2 年首先提出( b e a t t i e ；e ta l ，1 9 6 2 ) 。a r m s t r o n g 等( a r m s t r o n g ；e ta l l 9 6 6 ) 于1 9 6 6 年应用于海水体系原理：样品加入氧化剂( h 2 0 2 或k 2 s 2 0 8 ) ，用水银灯发射的高强度紫外光照射水样，产生的c 0 2 可用电导法、 红外分析和连续光电法测定。此法氧化也不完全，对不同有机物氧化率不一样， 但易实现自动化分析。 ( 3 ) 高温氧化法( h t o ) ：先将样品酸化，高温燃烧( 6 0 0 9 0 0 c ，0 2 氛中) 剩下的 海盐。使用这种方法测到的海洋中t o c 的量比过硫酸钾法的得到的结果高 1 0 2 0 ，但高分子量的有机物仍然不能完全氧化。 ( 4 ) 高温催化氧化法( h t c o 法，h i g ht e m p e r a t u r ec a t a l y t i co x i d a t i o n ) - 将10 0 - - - 2 0 0 i - t l 除去无机碳的海水注射到燃烧管中，催化剂为浸渍在a 1 2 0 3 表面上的p t 。海水中 有机物被定量氧化为c 0 2 ，燃烧产生的干扰物质，如硫、氯化物在通过氧化铜和 s u l f i x 时被除去。磷酸和硝酸银的混合溶液可防止c 0 2 被水再吸收，并可除去其 它干扰物质。c 0 2 中的水蒸气被两个冷凝器和过氯酸镁干燥全部除去，最后用红 外气体分析仪测c 0 2 。此法能快速、精确测定海水中浓度范围在0 2 4 m g l 的 d o c ，测定结果比硫酸钾湿式氧化法高2 3 倍，被证明是氧化水体中有机物最充 分的方法( s h a r pe ta 1 ，1 9 9 5 ) ，本文溶解有机碳选用该方法测定。为克服其重现 性差的问题，实验中样品至少平行测三次，确保相对偏差小于2 。 1 2 4 海水中溶解有机碳的研究状况 海水中的d o c 的空间分布主要与其来源及本身性质密切相关。一般说来d o c 的空 间分布呈现河流 河i z l 近岸 远洋的趋势。在海洋中近岸的浓度大于远海主要是由于 受人类活动的影响，营养盐比较丰富，生物活动比较旺盛，且人类活动也向海水中排 放大量的有机物使近岸有机物的浓度一般比较高，河流输入也是造成近岸d o c 浓度较 高的一个重要原因。各大洋由于远离河口，人为输入量很少，d o c 浓度一般较低且范 围相对较窄，表层水d o c 浓度在0 2 4 0 6 m g l ，深层水在0 3 6 0 9 6 m g l 。垂直分布上， 不同海区具有一致性( 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 ) ：1 0 0 m 以浅 水体中d o c 浓度高，1 0 0 、2 0 0 m 有一个大的跃层，深层水d o c 浓度低且恒定。d o c 的 黄东海叶绿素a 和溶解有机碳分布特征及同碳强度初探 这种垂直分布模式是由生物过程和物理过程共同作用的结果( c a r l s o ne ta 1 ，1 9 9 4 ) 。 d o c 的时间分布，一般认为与季节有关，b 、g r s h e i m 和m y k l e s t a d ( 1 9 9 7 ) 研究发现：d o c 浓度在冬季最低，春季开始增长，夏季达到最大值后又逐步减小。从表层到底层这种 变化逐渐减小，在深层水中季节变化很小。 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 l a 1 2 0 0 3 ；s a n t i n e l l ie ta 1 ，2 0 0 6 ) ，由于平流作用，近岸d o c 会向远海迁移，由于沉降和 涡动扩散作用，d o c 又会由表层向深层转移，造成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。 表1 1 是东中国及世界不同海域溶解有机碳浓度的变化范围及平均值，从表中可 以看出不同海域及其河口d o c 浓度范围变化比较大。大洋及远海的浓度一般比较低 ( 不超过l i n g l ) ，溶解有机碳的浓度表层和底层的差别不大。近海的浓度比大洋浓 度稍高一些，河口区