（海洋化学专业论文）长江口及其毗邻海区溶解有机碳和颗粒有机碳的分布.pdf

摘要 海洋有机碳循环是全球碳循环研究的重要组成部分。认识海洋中的溶解有机 碳和颗粒有机碳的分布、迁移和转化对海洋有机碳循环研究具有重要意义。本文 利用总有机碳分析仪和元素分析仪测定了长江流域、徐六泾、长江口、东海水体 中的溶解有机碳和颗粒有机碳，分析了有机碳在研究区域内的分布特征及控制因 素，并在此基础上构建了东海陆架的溶解有机碳的箱式模型。具体研究成果如下： 2 0 0 3 年和2 0 0 6 年长江主流中溶解有机碳和颗粒有机碳浓度随距河口的距离 的增加而增加，且2 0 0 3 年浓度高于2 0 0 6 年。2 0 0 6 年中下游地区悬浮物中有机 碳含量的高值，来源于河流中现场生产的贡献。长江的支流受人文活动影响较大， 其有机碳浓度多高于长江主流。通过徐六泾的月观测估算了2 0 0 3 年一2 0 0 6 年的氏 江有机碳通量，分别为4 0 1 ，2 8 3 ，3 6 8 ，2 0 7 x 1 0 6t y 。结果表明长江有机碳通 量洪季大于枯季，以颗粒态为优势形态。但由于三峡工程的影响，颗粒有机碳通 量急剧减少，溶解有机碳通量和颗粒有机碳通量的比值逐渐接近1 。 2 0 0 5 年8 月航次中，底层水体的溶解有机碳和颗粒有机碳浓度的最高值均 出现在长江口最大浑浊带内。表层有机碳浓度从河流向外海递减。2 0 0 6 年长江 口溶解有机碳和颗粒有机碳浓度均呈现6 月 8 月 1 0 月的季节变化趋势。表层 水体的溶解有机碳和颗粒有机碳浓度与现场叶绿素a 浓度显著相关，其浓度大于 中层和底层水体。浮游植物对颗粒有机碳的贡献率6 月最低，8 月和1 0 月大体 相当。颗粒有机碳的降解消耗溶氧可能是长江口底层水体发生季节性缺氧的原因 之一。 溶解有机碳和颗粒有机碳在东海陆架的分布特征表明溶解有机碳的分布主 要受水文结构控制，而颗粒有机碳主要受生物因素控制。利用箱式模型计算了东 海陆架区的溶解有机碳的收支，发现东海陆架是北太平洋溶解有机碳的净源。东 海陆架区不同水体( 台湾暖流水、长江水、黑潮水、高生物量地区水体) 溶解有机 碳的生物可利用性实验表明，高生物量水体的溶解有机碳最易被生物所利用，台 湾暖流水次之，长江水和黑潮水的溶解有机碳浓度在实验期间无显著变化。 关键词：溶解有机碳；颗粒有机碳；东海；长江口 a b s t r a c t o r g a n i cc a r b o nc y c l ei nt h eo c e a nr e p r e s e n t sa ni m p o r t a n tp a r ti nt h eg l o b a l c a r b o nc y c l e i ti so fg r e a ts i g n i f i c a n c et om a k ea w a r eo ft h ed i s t r i b u t i o n s t r a n s p o r t a t i o n sa n dt r a n s f o r m a t i o n s o fd i s s o l v e do r g a n i cc a r b o n a n dp a r t i c u l a t e o r g a n i cc a r b o ni nt h eo c e a n i nt h ep r e s e n tt h e s i s ，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 ) a n dd i s s o l v e do r g a n i cc a r b o n ( d o c ) i nw a t e rw e l ed e t e r m i n e du s i n gas h i m a d z u t o c - v c p h 和v a r i oe l1 1 1c h o n st h es a m p l e sw e r ec o l l e c t e df r o mt h es a m p l i n g l o c a t i o n si nt h ec h a n g j i a n gd r a i n a g eb a s i n ，x u l i u j i n g ，c h a n g j i a n ge s t u a r y , a n dt h e e a s tc h i n as e a t h em a i np u r p o s e so ft h i sc u r r e n ts t u d ya r et oe l u c i d a t e t h e d i s t r i b u t i o n s ，t h ed o m i n a n tf a c t o r so fd i s s o l v e do r g a n i cc a r b o na n dp a r t i c u l a t eo r g a n i c c a r b o ni nt h es t u d ya r e a s m o r e o v e r , ad i s s o l v e do r g a n i cc a r b o nb u d g e tf o re a s tc h i n a s e as h e l fi se v a l u a t e db yb o x m o d e li nt h i sw o r k d o ca n dp o cs a m p l e sc o l l e c t e di nt h ec h a n g j i a n gd r a i nb a s i ni n2 0 0 3a n d2 0 0 6 w e r ea n a l y z e d i ts u g g e s t e dt h a tt h ec o n c e n t r a t i o no fp o ca n dd o ci nt h em a i n s t e a mi n c r e a s e dd o w n s t r e a mt o w a r d st h ec h a n g j i a n ge s t u a r y , a n dt h ec o n c e n 打a f i o n s o fs a m p l e si n2 0 0 3w e r eh i g h e rt h a nt h o s ei n2 0 0 6 t h ep o cc o n t e n ti ns u s p e n d e d p a r t i c l e s o c 呦a r ep a r t i c u l a r l yh i g hi nt h em i d d l ea n dl o w e rr e a c h e s o ft h e c h a n g i i a n gd r a i nb a s i n ，w h i c hm a yb ed e r i v e df r o mt h ep r i m a r yp r o d u c t i o no ft h e p h y t o p l a n k t o n i nf i v e r s i n c e g r e a t l yi n f l u e n c e db yt h eh u m a na c t i v i t i e s ，t h e t r i b u t a r i e so fc h a n g j i a n gr i v e rs h o w e dh i g h e rc o n c e n t r a t i o n so fd o ca n dp o ct h a n t h em a i ns t r e a m t h ea n n u a lt o cf l u x e sw e r ee s t i m a t e dt ob e4 0 1 x 1 0 6 t ，2 8 3 1 0 6 t ， 3 6 8 x 1 0 6 ta n d2 0 7 x 1 0 6 tf r o m2 0 0 3t o2 0 0 6i nx u l i u j i n g ，r e s p e c t i v e l y i ts u g g e s t e d t h a tt h ea n n u a lf l u x e so ft o ci nt h ew e ts e a s o na r eh i g h e rt h a nt h o s ei nd r y , w h i l et h e p o cf l u x e so c c u p i e st h ep r e d o m i n a n c e ad r a m a t i cd r o po f t h ep o cf l u x e sa sw e l la s as h a r pi n c r e a s ei nt h er a t i o so fd o cf l u x e st op o cf l u x e sw a ss h o w e dd u r i n gt h e o b s e r v e dp e r i o da f t e rt h ec o m p l e t i n go ft h r e e - g o r g e sd a m ，w h i c hc o u l dh a v e s i g n i f i c a n te f f e c t so nt h et r a p p i n ga n dd e g r a d a t i o no f p o c d o ca n dp o cs a m p l e sc o l l e c t e di nt h ec h a n g j i a n ge s t u a r yf r o mf o u rc r u i s e si n 2 0 0 5a n d2 0 0 6w e r ea n a l y z e d n e a rb o r o mw a t e rc o l l e c t e df r o mt h et u r b i d i t y m a x i m u mz o n ei nt h ec h a n g j i a n ge s t u a r ys h o w e dt h eh i g h e s td o ca n dp o ca m o n g a l lt h en e a rb o t t o ms a m p l e si na u g u s t2 0 0 5 ，w h i l ead e c r e a s i n gt e n d e n c yf o rb o t h d o ca n dp o cw e r ef o u n di nt h es u r f a c ew a t e r t h er e s u l t so ft h et h r e ec r u i s e si n 2 0 0 6i n d i c a t e ds i m i l a rt e m p o r a lv a r i a t i o n so fd o ca n dp o c ( j a n e a u g o c t ) a g o o dc o r r e l a t i o ns h i pw a se x p e c t e db e t w e e np a r t i c u l a t eo r g a n i cc a r b o na n dc h la i n t h es u r f a c ew a t e r , a n dl o w e rp o cw a sf o u n di nt h em i d d l ea n dn e a r - b o t t o mw a t e r o r g a n i cc a r b o nd e r i v e df i o mp h y t o p l a n l c o nm a k eac o m p a r a b l ec o n t r i b u t i o nt op o c i na u g u s t a n do c t o b e r , r e l a t i v et oal o w e ro n ei nj u n e o x y g e nc o n s u m m a t i o nc a u s e db yp a r t i c u l a t e o r g a n i cc a r b o nd e g r a d a t i o nm a yb eo n eo ft h er e a s o n sf o rt h es e a s o n a lh y p o x i ai nt h e n e a r - b o t t o mw a t e ro f c h a n g j i a n ge s t u a r y t h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i co fd o ca n dp o ci nt h ec o n t i n e n t a ls h e l fo ft h e e a s tc h i n as e ar e v e a l e dt h a tt h ed i s t r i b u t i o no fd o cw a sc o n t r o l l e db yt h eg e o g r a p h y a n dh y d r o l o g yf a c t o r s ，w h i l et h ed i s t r i b u t i o no fp o cb e i n gg r e a t l y i m p a c tb y b i o c h e m i c a lf a c t o rs u c ha sc h la ad o cb u d g e tw a se s t i m a t e df o rt h es h e l fo fe a s t c h i n as e aa n dt h er e s u l ts u g g e s t e dt h es h e l f t ob ean e ts o u r c eo fd o co f f s h o r e f o u r t y p e so fw a t e rd e r i v e df r o mt h et a i w a nw a r mc u r r e n t ，c h a n g j i a n gr i v e r , t h ek u r o s i o w a t e ra n dp r o d u c t i v ea r e aw e r es a m p l e df o ri n c u b a t i o nt oe x a m i n et h eb i o a v a i l a b i l i t y o f t h ed o ci ne a c hw a t e rt y p e t h ed o cc o n c e n t r a t i o nd e c r e a s e df a s t e s ti nt h ew a t e r d e r i v i n gf r o mt h ep r o d u c t i v ea r e af o l l o w e db yt h et a i w a nw a r mw a t e rs a m p l e h o w e v e r , t h ed o cc o n c e n t r a t i o nr e m a i n e ds t a b l et i l lt ot h ee n do f t h ei n c u b a t i o n k e y w o r d ：d i s s o l v e do r g a n i cc a r b o n ( d o c ) ，p a r t i c l eo r g a n i cc a r b o n ( p o e ) ，e a s t c h i n as e a ( e s c ) ，t h ec h a n g i i a n ge s t u a r y 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：盐蛊日期：旦 ：6 ：生 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定 学位论文作者签名：1 祭品导师签名：嚷七 日期：12 ：! ：日期： 1 2 ：! ! ! ! 三 第一章文献综述 第一章文献综述 作为生命的基本元素，碳是生物圈物质和能量传递的关键。近几十年来，由 于大量使用化石燃料产生的温室效应、全球变暖等环境问题，使全球碳循环备受 关注( 图1 1 ) ，其中海洋碳循环更成为全球变化研究的核心所在。占全球表面积 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 一5 0 ( s i e g e n t h a l e ra n d s 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，或进入沉积物中最终被埋藏，或在海洋中循环，或被重新释放 到大气中。卜世纪9 0 年代以来围绕着海洋碳循环进行的各项重大国际合作计划 ( j g o f s ，g l o b e c ，l o c i z ，s o l a s ) 清晰了这一过程的轮廓，但其过程与机制仍 有待进一步深入研究。 图1 1 全球碳循环框式图 方框中左边数字表示各碳库的平均储量( 1 0 9t c ) ，右边括号中数字为平均每年因人为输入 导致的增加量，横线上的数字为各碳库问的年平均通量( 1 0 9t c a ) ，修改自f a s h a me ta 1 ， 2 0 0 1 ；戴民汉e ta i ，2 0 0 4 。 在全球碳循环的框架中，陆源物质借由“陆地生态系统一河流一河口一近海 一远洋”这一传输途径的向外输送，是联系海洋和陆地两大生态系统的重要纽带。 本文将沿徇这一路径，简要回顾河流、河口陆架、大洋这些区域系统内溶解有机 碳( d o c ) 和颗粒有机碳( p 0 c ) 的分布迁移特征及可能的控制因素。 第一章文献综述 1 。1 河流系统中的有机碳 河流连接着陆地和海洋两大生态系统，是陆源物质向海输送的重要途径，对 海岸带及邻近的海洋系统影响深远。河流的有机碳通量是流域内地貌、生态、水 文过程的历史“见证”，更记录着人类活动( 如砍伐森林、大规模农业耕作、采矿、 灌溉、筑坝、跨流域调水等) 对流域地表自然状态的改变。许多学者估算了全球 河流每年的入海有机碳通量( 表1 1 ) ，尽管数量上有一定差异，但都处于同一数 量级上。虽然河流的有机碳通量较之全球碳循环其他环节的通量是很小的，但此 通量仅由河流向海洋流动，对于深入研究因为化石燃料使用而释放的过剩c 0 2 的归宿至关重要。 表i - i 全球河流入海有机碳通量估算( 单位：1 0 9t c ) 0 叩表示文中未报道此工作 通过s c o p 卧烈e p 计划的实施，人们对河流有机碳的来源、转化及行为等 方面的知识大大丰富，以下简单叙述近年来的研究进展。 1 1 1 河流有机碳的一般特征 河流中有机碳主要包括腐殖质、多糖、多肽、胶体物质、碳氢化合物、氨基 酸和酯类( s c h l e s i n g e r a n d m e l a c k , 1 9 8 1 ) 等，d o c 和p o c 是其两种基本存在形式， 其来源可分为自生源和外来源两类。土壤有机质的降解产物是河流d o c 的主要 外源，而自生源d o c 则来自河流内的浮游植物。外源p o c 主要来源于土壤的机 械侵蚀，植物的种子、叶、茎；自生源p o c 为光合作用产生的颗粒物。同时人 类生产、生活的排废物及河流中底沉积物的再悬浮释放也是有机质的重要外源之 一( 高全洲和沈承德，1 9 9 8 ) 。一般来说，自生源p o c 仅占很小份额，但在某些河 流中自生源p o c 的贡献却十分显著。 在由陆向海的输送过程中p o c 和d o c 会发生相互转化( s c h l e s i n g e ra n d m e l a c k , 1 9 8 1 ) ，河流流程长短及流速快慢等因素将影响转化的量及方向。一般说 来，河流向海的碳输送中，在大河流域以d o c 为主，较小河流以p o c 为主 ( m e y b e c k , 1 9 8 2 ) 。但许多东亚季风区大河，如长江、黄河，大量的悬浮物载体的 输出，使p o c 浓度显著增加，p o c d o c 能达到3 和7 5 ( c a u w e ta n dm a c k e n z i e ， 2 第一章文献综述 1 9 9 3 ) 。p o c d o c 的比值与流域内的侵蚀方式密切相关：流域内淋溶作用越强， d o c 浓度越高，反之，冲刷有利于p o c 的产出。某些湖泊的d o c p o c 比值可 达1 0 ( 高全洲和沈承德，1 9 9 8 ) 。 1 1 2 河流的有机碳通量 目前河流有机碳通量的实测计算主要通过假设被测组分浓度在采样间隔期 内恒定，乘以对应时间段内的流量或输沙量来获得，分析手段的准确性及采样频 率很大程度上决定了通量估算的可靠。i 生( f e r g u s o n ，1 9 8 7 ) ，表1 - 2 列出了伞球主要 河流的有机碳通量。 表1 - 2 全球主要河流的有机碳通量( d a g ge ta 1 ，2 0 0 4 ) 综合多条河流的研究结果得到的经验公式为研究河流有机碳的产生和输出 以及全球尺度的有机碳通量提供了极大便利( l u d w i ge ta 1 ，1 9 9 6 ；s c h l e s i n g e ra n d m e l a c k ，1 9 8 1 ) 。l u d w i ge ta 1 ( 1 9 9 6 ) 分析了全球2 9 条河流，认为河流的d o c 通量 与流域的地形呈反比，正比于径流深度及土壤的有机碳含量( 1 1 式，其中c 。】 为土壤有机碳的百分含量) 。坡度和缓的地形有利于降水在流域内滞留，加强淋 溶作用，有利于d o c 的产出。而p o c 通量则与悬浮物浓度及其有机碳含量成正 向变动( 1 - 2 、1 - 3 式，其中s l 为总悬浮物通量) 。悬浮物中有机碳的百分含量( p o c 1 随着悬浮物浓度( t s m ) 的增加呈递减趋势，这个结果在世界的多条河流中均有报 第一章文献综述 道( o a oc ta 1 ，2 0 0 2 ；s e m p e r ee ta 1 ，2 0 0 0 ) ，主要是由于t s m 浓度的增加使自生源 p o c 产出减少，同时增加的矿物质又稀释了悬浮物中的有机质( l u d w i ge ta 1 ， 1 9 9 6 ) a f o o c = o 0 0 4 0 q - 8 7 6 s + 0 0 9 5 c , a ar - - o 9 0 ，p o 0 0 1 ，n = 2 9 f m c = s l x p o c p o c - = - 0 1 6 0 ( 1 0 9 t s m ) 3 + 2 8 3 ( 1 0 9 t s m ) 2 1 3 6 ( i o g t s m ) + 2 0 3 t - - 0 8 ，p o 0 0 1 ，n - 1 9 ( 1 - 1 ) ( 1 - 2 ) ( 1 - 3 ) 但对于不同地区及气候条件，这些经验公式往往有很大的局限性。例如亚洲 季风流域，其雨热同季的气候特征加之地形坡度大，构造运动活跃，悠久的农业 耕作历史使亚洲季风流域在有机碳的侵蚀通量上与气候变化和地势起伏都较和 缓的欧美非季风流域大相径庭。已有的建立在非季风流域的研究基础上的理论模 型并不适用于这一区域。但亚洲季风区是p o c 通量的主要输出区域( 泥沙输出占 河流输出总量的7 0 ，p o c 通量约占4 凹旬，因此进一步完善季风区特异性通量 模式对全球碳循环模型的建立及全球河流碳通量的估算不可或缺( 高全洲和陶贞， 2 0 0 3 ) 。 河流的有机碳不仅反映着流域的自然状态，人类活动对流域地表的改造作用 也会在河流的有机碳通量中得以体现。流域内土地利用类型的改变如砍伐森林、 农业耕作，将增大土壤的机械侵蚀，使河流的有机碳输出通量大大增加。印度河 上各种人工蓄水设施的兴建，大量颗粒物被拦蓄、改造，使其颗粒有机碳通量与 其它季风区河流相比明显减少而d o c 通量显著增加( i a e k k o ta n d a r a i n ，1 9 8 6 ) 。三 峡大坝蓄水后，长江的颗粒有机碳通量显著减少，溶解有机碳通量与颗粒有机碳 通量的比值持续增加( 林晶c ta 1 ，2 0 0 7 ) 。 通过一系列的研究，人们对河流有机碳的知识已大大丰富，但对许多过程的 认知还远远不够：对于河流物质由陆向海的输运过程中的复杂变化，如颗粒态和 溶解态的相互转化，有机碳与无机碳以及碳元素与其它营养元素之间的相互耦合 等变化的机制和过程仍缺乏清晰的答案；河流系统在全球碳循环中的作用( 源汇) 还有待于今后的进一步确认；受人类活动干扰的河流有机碳通量将对近岸甚至是 大洋的生态环境和生态系统产生怎样的影响还未可知。 1 2 河口及混合水中有机碳行为 河口是河流物质向海输送的必由之路，正确认识河口区有机碳的行为特征， 对于揭示陆源物质在河流和海洋两大生态系统中的迁移循环过程及目前尚不清 楚的边缘海在全球碳循环中的作用都有重要意义。作为咸淡水的交汇处，河口有 4 第一章文献综述 机碳的生物地球化学循环是一个远比海洋碳循环复杂的过程。首先，河口物质的 来源十分复杂，既有河流输送的陆源有机质，又受海源影响。同时研究表明在某 些河口，水体自身的生产力是河口有机质的重要来源。不同来源的有机碳其性质 各异，循环过程也不尽相同；其次河口水体受到海水和淡水的共同影响，水动力 及盐度变化梯度大，水体停留时间较短，物质周转速率快，生物地球化学过程复 杂而剧烈；第三河口地区多经济发达、人口密集，河口水质受人类活动影响很大 ( a b r i le ta 1 ，2 0 0 2 ；s a l i o te ta 1 ，2 0 0 2 ) 。因此河口有机碳表现出与大洋主体水域的有 机碳完全不同的生物地球化学，也常模糊甚至歪曲河流有机碳通量所携带的陆地 侵蚀信号( 高伞洲和陶贞，2 0 0 3 ) 。在强动力条件的河口水体中，有机碳的分布及 行为异常复杂，以下将针对其中几个因素做进一步探讨。 1 2 1 盐度的影响 河口区d o c 的行为保守与否是过去2 0 多年研究的热点，但至今仍未形成统 一意见。在世界的很多河口，如t a m a r e s t u a r y ( u k ) ，w i n y a h b a y ( u s a ) ，h u m b e r e s t u a r y ( u k ) 等，d o c 浓度和盐度都有较好的线性关系( a l v a r e z s a l g a d oa n dm i l l e r , 1 9 9 8 ；m i g u e le ta 1 ，2 0 0 3 ；m i l l e r , 1 9 9 9 ) 。早期的动力学研究认为d o c 和盐度的线 性相关是由河口区溶解有机物保守混合引起的( c a d 6 ea n dl a r m e ，1 9 8 3 ；m a n t o u r a a n d w o o d w a r d ，1 9 9 3 ) ，但a b r i l 认为d o c 与盐度间的线性关系并不代表d o c 的 保守行为，河流输送的溶解有机碳中不稳定态d o c 含量较高且变化很大，在河 口混合过程中可能就被消耗掉了。而河口区的表观保守表现可能是由河流的持续 输送与沉降消耗的动态平衡导致d o c 浓度值变化很小而产生的f a b i l le ta 1 ， 2 0 0 2 ) 。c a u w e t ( 1 9 9 1 ) j 甚过对k r k a 河口( y u g o s l a v i a ) 、c a l l a h a ne ta 1 ( 2 0 0 4 ) 对珠江 口的研究发现d o c 仅在一个小范围的盐度梯度内与盐度呈相关关系，若以整个 河口水体为研究对象，则没有明显的保守行为，河口区内部机理对d o c 的控制 远l l 夕i - 部混合重要。陆源腐殖质的絮凝( r o n a l da n do p s a h l ，2 0 0 1 ) 、p o c 向d o c 的转化( 王江涛e ta 1 ，1 9 9 8 ) 等都是引起水体中d o c 浓度偏离理论稀释线的原因。 河口p o c 以陆源有机碳为主，其分布与总悬浮颗粒物成正相关( m u r r e l la n d h o l l i b a u g h ，2 0 0 0 ) 。通常p o c 在盐淡水两端含量低，盐度2 6 时出现最大值， 在盐度 5 的区域内，随着盐度的增加，p o c 浓度减少( u n c l e se t a l ，2 0 0 0 ) ，这可 能是p o c 随泥沙絮凝沉降以及细菌对其的分解引起的。而d o c 的絮凝聚集转化、 底沉积物的再悬浮都将是河口p o c 的源。 1 2 2 最大浑浊带( x m z ) 的影响 河口区常存在局部河段，其断面含沙量稳定地高于上、下游河段几倍以至几 十倍，底部含沙量显著增高，且床面往往出现浮泥，这一区段通常被称为“最大 浑浊带”，是河口“过滤器”作用的突出表现( 沈焕庭e ta 1 ，2 0 0 1 ) 。t m z 的形成 第一章文献综述 是潮汐动力、重力环流、泥沙物理性质、不对称潮和层化等因素共同作用的结果 ( g o n ie ta 1 ，2 0 0 5 ；周华君，1 9 9 4 ) ，其位置随着涨落潮来回运动，质心随潮差和河 流径流而变化。最大浑浊带为溶解有机物与颗粒有机物转化的物理、化学、生物 反应提供了理想的场所，也使河口环境中有机物的迁移、归宿更趋复杂( g o n i e ta 1 ， 2 0 0 5 ) 。t m z 中的颗粒物大部分是河流输送的陆源物质，而t m z 内潜在的絮凝 沉降、细菌氧化分解等过程将截留大量河源p o c ( a b r i l e ta 1 ，1 9 9 9 ) ，d o c 则能逃 脱这种移出作用。但不同河口t m z 的表观作用各不相同。a b r i l ( 2 0 0 3 ) 发现富营 养化的l o i r e 河口的有机质在t m z 被迅速矿化，消耗大量溶氧。b o d i n e a ue t a 1 ( 1 9 9 8 ) 对s e i n e 河口的研究指出在最大浑浊带的再悬浮过程中，间隙水中的 d o c 释放增加。在鸭绿江口的最大浑浊带内也发现了d o c 的高值，这可能是由 p o c 向d o c 的转化或沉积物间隙水的释放引起的( 王江涛e ta 1 ，1 9 9 8 ) 。而 d a n u b e b l a c ks e a 的d o c 在最大浑浊带基本保持恒定，p o c 随盐度的升高而降 低( b e c q u e v o r t ae ta 1 ，2 0 0 2 ) 。y e n i s e i 河最大浑浊带中p o c 和d o c 均未发生明 显变化，但其有机质组成更趋成熟( g e b h a r d te ta 1 ，2 0 0 5 ) 。与此同时最大浑浊带内 不断的沉降、再悬浮过程导致的颗粒物在密度和吸附性质上的差异也会直接影响 河口的生物地球化学循环( g o n ie ta 1 ，2 0 0 5 ) 。 此外，河口区活跃的生物活动附着在颗粒物表面的微生物的滋生繁衍加 速颗粒物中有机质的分解；高透光率地带旺盛的浮游植物生产；浮游动物在水柱 中的垂直迁移都将深刻地改变河流携带的陆源有机质的性质。 1 3 河口及陆架混合水中有机碳来源的识别 河口及陆架混合水中有机质的来源十分复杂，既有河流输送的天然陆源有机 物，又有现场浮游生物产生的有机质，在受人类活动影响较大的地区还包含着工 农业生产及生活污水的贡献。区分水环境中的不同来源的有机质对于解析物质的 迁移循环机制至关重要。c n 、稳定碳氮同位素、生物标志物等指标常被应用于 有机物的物源判别( h e d g e se ta 1 ，1 9 9 7 ；m c c a l l i s t e re ta 1 ，2 0 0 6 ；r a y m o n da n d b a u e r , 2 0 0 1 ) 。但c n 易被改造，有时无法提供准确的物源信息( 吴莹e ta 1 ，2 0 0 2 ) 。 与之相比，碳氮稳定同位素特别是碳同位素相对稳定，可通过测定生物体内稳定 同位素组成来分析鉴定有机质的来源。图1 2 显示了不同物质的特征碳同位素组 成。 稳定碳同位素可以有效地识别河流、河口体系中p o c 和d o c 的来源，同时 可以示踪其在海洋环境中的分解过程。o n s t a de ta 1 ( 2 0 0 0 b ) 研究了美国中部河流 颗粒有机物( p o m ) 的稳定碳同位素组成，其8 1 3 c 值变化范围是1 8 5 o - - 2 6 4 。 贫1 3 c 的悬浮物样品主要集中在c 3 植物占主要地位的科罗拉多河( 科罗拉多州河 6 第一章文献综述 段) 、格兰德河( 新墨西哥州河段) 、汤姆大蜜蜂河、俄亥俄河和康涅狄格河，而 富8 1 3 c 的p o m 样品集中于密苏里河、科罗拉多河( 德克萨斯州河段) 、布拉索斯 河、佩科斯河和密西西比河，这些河流流经的地区含有大量c 4 草本植物。 m i d d e t b u r ga n d n i e u w e n h u i z e ( 1 9 9 8 ) 利用碳、氮2 种同位素研究了s c h e l d e 河口的 悬浮颗粒物和沉积物，认为该河口的颗粒有机碳主要是内部来源，沉积物中的有 机质主要是陆源物质。w a n ge ta 1 ( 2 0 0 4 ) 结合了碳氮同位素和c n 的结果，发现 陆源有机质和污水排放对河e 1 及近岸区域的高分子量的溶解有机物( h m w - d o m ) 有显著贡献。 - 1 0 15 - 2 0 u - 2 5 3 0 3 5 陆地生态系缋 海洋生态系统 挚拳季蔷拳 图i - 2 不同物质的8 1 3 c 组成 了解陆源有机碳在陆架的分配、累积和迁移对于研究全球碳循环至关重要， 稳定同位素技术是进行这一研究的可靠工具。g o r d o ne ta 1 ( 2 0 0 1 ) 分析了 a t c h a f a l a y a 河西部路易斯安娜内陆架的沉积物样品的稳定同位素组成，发现泥流 在河流有机质的运输中起着重要作用，而且有机质的分配大体相近，仅在靠近河 流入口处有明显的季节变化。w ue ta 1 佗0 0 3 ) 利用东海p n 断面的悬浮物的稳定碳 氮同位素数据推断长江输出的陆源物质可以到达河口外2 5 0k m 处，生源有机质 的再矿化作用是陆架水体重要的有机碳来源。黄海悬浮物和表层沉积物的稳定碳 同位素研究指出：底层水体在陆源物质向南黄海中部深水区的输送过程起重要作 用，而黄海环流是决定南黄海沉积物搬运格局的重要控制因素( 蔡德陵等，2 0 0 d 。 虽然稳定碳、氮同位素技术在物源识别上具有较大优势，但不同物源碳、氮 同位素值的不准确估计、值域的重叠以及生物地球化学过程对其的改造一定程度 上干扰了我们对有机质来源的认知。因此在实际的应用中常将稳定同位素与生物 标志物结合使用，以获得更为可靠的结果。 第一章文献综述 1 4 海洋中溶解和颗粒有机碳的分布特征及迁移循环 海水中的溶解有机碳和颗粒有机碳是生物圈最大的活性有机碳库( g a i n e r a n dr o n a l d ，1 9 9 6 ) ，约占全球活性有机碳库的1 6 ( h e d g e se ta 1 ，1 9 9 7 ) 。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 ”g ) ，可在1 0 0 0 1 0 0 0 0 年的时间 尺度影响大气中c o ：的含量( h e d g e s 。1 9 9 2 ) 。p o c 是海洋生物的重要食物来源， 它从真光层向下的垂直通量直接反映了海洋对气候的调节效率和调节量值。认识 水体中d o c 、p o c 的变化过程对研究海洋碳循环至关重要。 1 4 1 溶解有机碳 d o c 的组成十分复杂，在已能分辨的组分中包括氨基酸、肽类、核苷酸、 碳水化合物、酯类、芳香类和非芳香类烃以及高分子腐殖质等。 随着测定方法的不断改进及几次国际互校实验的进行，高温燃烧法和原有的 湿法测定取得了较为一致的结果。d o c 测定方法经过了百年的曲折之后，己逐 渐趋于成熟。高温燃烧法因其操作便捷，分析精度高而获得了广泛的肯定及应用 ( s h a r pe ta 1 。1 9 9 5 ；s h a r pe ta 1 ，2 0 0 2 ) 。 d o c 特别是活性d o c 与生物活动、浮游植物初级生产密切相关，其时空尺 度变化各异，尤其在真光层中。一般说来，d o c 的水平空间分布上呈现河流 河口 近岸 远洋的趋势。各大洋的d o c 浓度范围相对较窄，表层水浓度在 5 0 1 2 0 9 m ，深层水在3 0 8 0 9 m ( 表1 3 1 ，其表层d o c 浓度呈现一定的纬度带差异： 北极圈 亚热带 热带和温带 亚北极区和亚南极区 南极圈。就其垂直分布而言， 不同海区具有一致性( c a r l s o na n dp u c l d o w , 1 9 9 5 ；c a u w c 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，深层水d o c 浓度低且 恒定。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 1 ，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 c ta 1 ，2 0 0 3 ；s a n t i n e l l ic ta 1 ，2 0 0 6 ) 。 d o c 的时间分布，一般认为与季节有关。b o s r h e i ma n dm y k l e s t a d ( 1 9 9 7 ) 研究 发现，d o c 浓度在冬天最低，春天开始增长，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，而在深层水中季节变化很小。他认为d o c 的 累积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。 海洋中d o e 的主要来源是浮游植物光合作用的释放，而河流的输送相对较 少，但在大型河流的入海区域也会使临近水域的d o c 有明显增加( z u e i f e le ta 1 ， 1 9 9 5 ) 。除此以外颗粒有机碳向溶解态的转化，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 8 卜昏a【，一日苗一一o口雹客a_占=口目o昱 口ma_日吾王b丑一n66一手。一j0口目uo一u na_【，高茴旨l口口_i，言苟go占、n舟舟_【，育苗o；o口口a【，鼍苗ojo口mn_【一一工qg。苗a吼_【，高苗hgi-哥u口口口_【，一日苗口os一o 器aa_【g焉u q目一一qlioon。o冒口g点专回mao【g吾u口一面g宣器na一c2百u日一一。口wz 皇o n 呐寸寸寸一；一口n一，o虮乱no 寸n n寸寸寸寸一n寸一v o 卜n 婚n n 卜o o 噜卜口n o 卜。喀 z 。n o h 一 。避9n o n i 。g o o h n 口 手ni。一 o o 卜i 卜心 goooh g o o i z 。母m z 。n n nn 。o 口n n 参002l紫02 iu0葛j口o；8营事 每oncio!，一曩8营吕i霉董oo。o=一囊jo苫；fo一莹gu 。o葛。一腰s甍nbo i 鲁矗u一时芒01；口o 9803嘎ci p嚼菌詹荟口o一口pi苫 一日勺口暑j。邑们o目轺们肯qj官矗a)o日亮 。n喜兰p5口 。芝1 日o勺岛卫口q20 g o o o u一葛三_ 2ni芒。岩ri 呈t1_)uoo oqjli葛ri g曹暑 一鲁on亩知o皿锚塾_)器隶巡艇uoq蛊妾5k雉砖掣c-一僻 矧蝣箍戗褂1躲 an6i，有苍一8do6i，lb矗一噎)i ooon=鐾暑z磊召0(一 嚣aa一百一自u q磊一i。西盆埘。q毒矗iil七一事 堇 日an一 小西口一，言苗譬b80gon，lb苗g焉ua囊一，曹苟畚