（环境科学专业论文）夏季渤海海—气界面COlt2gt通量及主要影响机制分析.pdf

面积的1 5 ，而渤海整体表现为大气c 0 2 的源。 4 、渤海p c o ：的分布主要受到两个因素的影响：高碳酸盐的河流的输入和 沿岸区域高初级生产力的影响。其中，高碳酸盐河流的输入，特别是黄河输入， 会增加水体中溶解无机碳( d i c ) 的浓度，进而提高水一气界面的p c 0 2 ，使其 表现为大气c 0 2 的源；同时，渤海西部和辽东湾口部分区域，由于水质清洁， 透明度高，会刺激初级生产力，从而浮游生物通过光合作用吸收c 0 2 的能力 就会增强，从而形成大气c 0 2 的汇。温度并不是渤海p c 0 2 源汇格局的主要控 制因素，但其对p c 0 2 的分布有影响，且在汇区，由于生物活动强烈而产生对 p c 0 2 影响，使得温度对p c 0 2 的影响不如源区显著。 5 、源区中高碳酸盐河流的输入，特别是受黄河冲淡水输入影响的区域， p i c 、d i c 表现出高值，并通过碳酸盐平衡体系支持了p c o ：的高值，使d i c 与p c 0 2 的分布表现出相似性，对于碳酸盐含量较高的水体，【h c 0 3 的增加和 减少能影响到p h ，高碳酸盐含量的黄河输入，使黄河口外形成p t - i 的低值区。 汇区中存在高的浮游生物含量，海水中的浮游生物是颗粒有机碳的重要来源， 汇区中高的p o c 含量可能与之有关。同时，浮游生物的光合作用会将无机碳 转化为有机碳，吸收二氧化碳，使p c 0 2 降低，d i c 的浓度降低，进而会改变 碳酸盐体系平衡，使h + 浓度降低，p h 升高，所以在p c 0 2 的汇区形成了p n 的 高值。 6 、用实测法和网格法估算所得夏季渤海海一气界面c 0 2 的通量的平均值为 1 2 3 5 x 1 0 4 t c ，从源区和汇区的通量比较来看，夏季渤海虽然有汇区存在，但与 源区相比，其在量值上相对较小，所以夏季渤海在整体上是向大气释放c 0 2 的一个源区。在盐度小于3 1 的区域，由于受到黄河冲淡水的影响，其成为一 个强源区，无论是实测法还是网格法，其释放的c 0 2 通量都远高于盐度大于 3 1 的区域，体现了黄河输入对整个渤海海一气界面c 0 2 通量源强的重要影响。 关键词：二氧化碳分压；影响因素；通量；渤海；黄河；调水调沙 t h ec a r b o nfiu xa n dm a t ainin gm e c h a nis mo fp c 0 2 int h eb o h ais e ains u m m e r a b s tr a c t i nc o m b i n a t i o nw i t ht h ec o g r e d i e n td a t ao fh y d r o l o g y , c h e m i s t r ya n db i o l o g y , t h e d a t ao fs u r f a c ew a t e rc 0 2p a r t i a lp r e s s u r e ( p c 0 2 ) a tg r i ds t a t i o n si nt h eb o h a is e a , a u g u s t ，2 0 0 6a n di nt h el a i z h o ub a y , j u l y , 2 0 0 5 。i ss e r v e dt od i s c u s st h ed i s t r i b u t i o n o ft h ep c 0 2a n dt h em a i nf a c t o rc o n t r o l l i n gt h ef o r m a t i o no fs o u r c ea n ds i n k b a s e d o nt h es t u d y , w eg i v et h ea i r - s e af l u xo fc o ，i nt h eb o h a is e ai ns l i m m e r f o rt h es a k e o fb e t t e ru n d e r s t a n d i n go ft h er i v e rd i s c h a r g ei m p a c to nc a r b o ns y s t e mi nt h eb o h a i s e a , r e s e a r c h e sa r et a k e no nt h el i j i ns t a t i o nd u r i n gj u n ei n2 0 0 6w h e nt h eh u a n g h e f i v e rh a st h el a r g e s ti n p u tt ot h eb o h a is e a b a s e do nt h ed a t a , t h em a i nf a c t o r so ft h e p c 0 2d i s t r i b u t i o na n dt h ec a r b o nf l u xc a r d e db yt h eh u a n g h ef i v e rt o 也eb o h a is e a a r eg i v e n , a tt h es a m et i m e ，t h ep r o p o r t i o no ft h ec a r b o nf l u xo ft h ew a t e ra n d s e d i m e n tr e g u l a t i o np e r i o di nt h ew h o l ey e a ri se s t i m a t e d 。乃em a i nc o n c l u s i o n sa r e d r a w na sf o l l o w s ： 1 d u r i n gt h ew a t e ra n ds e d i m e n tr e g u l a t i o np e r i o d ，t h ea v e r a g eo fp c 0 2i nl i j i n s t a t i o ni s15 7 0 i _ t a t m w h i c hi sm u c hh i g h e rt h a nt h eo t h e rp e r i o do ft h ey e a r a g o o dp o s i t i v ec o r r e l a t i o nh a sb e e nf o u n db e t w e e np c 0 2a n dd i c ，s u g g e s t i n g 廿1 a t t h ep c 0 2i sc o n t r o l l e db yt h ec a r b o n a t es y s t e ma n dm a n ys e d i m e n t sb u f f e r i n gt h e c a r b o n a t es y s t e ml e dt oh i g h # 3 0 2 i nt h el a t e rs t a g eo ft h ew a t e ra n ds e d i m e n t r e g u l a t i o np e r i o d , t h ei m p a c tc a u s e db yt h eb i o l o g i c a la e r o b i cr e s p i r a t i o n g r a d u a l l ya p p e a r s ，b u ti t ss t i l ln o tt h em a i nc o n t r o lf a c t o r a tt h es a m et i m e ， p h o t o s y n t h e s i sh a sb e e ne n h a n c e d ，l e a d i n gt ot h ed e c r e a s ei np c 0 2 2 d u r i n gt h ew a t e ra n ds e d i m e n tr e g u l a t i o np e r i o di n2 0 0 6 c a r o nf l u xi nd i c 、p i c 、 d o c 、p o cc a r r i e db yt h eh u a n g h er i v e ri n t ot h es e ar e s p e c t i v e l ya r e 1 3 8 x 1 0 3 t c 、1 8 7 x 1 0 3 t c 、1 0 5 x 1 0 h c 、4 9 3 x 1 0 4 t c d u r i n gt h eo t h e rp e r i o d c a r o n f l u xi nd i c 、d o c 、p i c 、p o cc a r r i e db yt h eh u a n g h er i v e ri n t ot h es e a r e s p e c t i v e l ya r e4 9 3 1 0 3 t c 、8 2 8 x 1 0 3 t c 、3 4 2 x 1 0 斗t c 、5 2 5 1 0 斗t c t h ep r o p o r t i o n o f t h e w a t e ra n ds e d i m e n tr e g u l a t i o np e r i o di nt h ew h o l ey e a ra r e2 1 9 、6 9 3 、 2 3 5 、4 8 4 r e s p e c t i v e l y i no r d e rt oe s t i m a t em o r er e a s o n a b l y , w et a k ed i c 、 d o c 、p o cc o u n tt h et o t a lc a r b o nf l u x t h er e s u l ti st h a tt h ew a t e ra n ds e d i m e n t r e g u l a t i o np e r i o da c c o u n tf o r2 5 4 o ft o t a lc a r b o nf l u xi n t ot h es e ai nt h ew h o l e y e a r , i m p l y i n gt h es p e c i a lp e r i o do ft h eh u a n g h er i v e rh a sas u b s t a n t i a li n f l u e n c e o nc a r b o nf l u xf r o mt h er i v e ri n t ot h es e a 3 t h em a g n i t u d eo fp c 0 2r a n g e db e t w e e n31 3 1 l18l t a t m ，a n dt h em e a nw a s 5 3 7 l t a t m ，w h i c hs h o w e dt h er e g i o na c t e da sas o u r c eo fc 0 2o nt h ew h o l ee x c e p t t h ea r e an e a rt h eb a n ko ft h em i d d l es e a ( 1 1 9 0 e 1 2 0 5 0 e 3 8 5 。n - 4 0 0 n ) a n dt h e e a s to ft h el i a o d o n gb a y( 1 2 0 7 0 e 1 2 1 2 0 e 3 9 9 0 n 4 0 1 0 n ) w h i c ha c t e da sa s i n ko fc 0 2a n dt h es u mo ft h es i n ka r e aa c c o u n t e df o ro n ef i 觚o ft h ew h o l ea r e a i i l 4t h ed i s t r i b u t i o no ft h ep c 0 2i nt h eb o h a is e ai ns u m m e ri sm a i n l yc o n t r o l l e db y t w of a c t o r s w i t ht h ei m p a c to ft h er i v e rw h i c hh a sah i g l lc a r b o n a t ev a l u e ，t h e s o u r c ea r e as h o w sah i g hc o n c e n t r a t i o n t h ef o r m a t i o no fs i n ki sm a i n l yc a u s e d b yt h es t r o n gb i o l o g i c a la c t i v i t yi nt h ea r e aw h e r et h ec l e a nw a t e ra n dh i g h d i a p h a n e i t ye x i s t e d t h et e m p e r a t u r ea f f e c t st h es o u r c ea r e aa n dt h es i n ka r e a r e s p e c t i v e l y , b u ti t sn o tt h ec o n t r o l l i n gf a c t o r 5 i nt h es o u r c ea r e a , w i t ht h ei m p a c to ft h er i v e rd i s c h a r g e e s p e c i a l l yi nt h ea r e a a f f e c t e db yt h eh u a n g h er i v e r , d i ca n dp i cs h o was u b s t a n t i a l l yh i g hv a l u e 1 e a d i n gt oah i g hp c 0 2b yt h ec a r b o n a t es y s t e m b e c a u s eo ft h ei n c r e a s eo f h c 0 3 3 t h eh u a n g h ee s t u a r ya n dt h ea r e aa r o u n df o r m sal o w - p h a r e a i nt h e s i n ka r e a , c h l o r o p h y l li sm u c hh i g h e rt h a nt h eo t h e ra r e a , w h i c hl e a d st ot h e e n h a n c e dp h o t o s y n t h e s i sp r o c e s sa n df i n a l l yt ot h ed e c r e a s eo f p c 0 2a n dd i c 6 t h ea v e r a g ea i r - s e af l u xi nt h eb o h a is e ai ns u m m e ri s12 3 5 1o 斗t c e v e nt h o u g h t h e r ei sas i n ka r e ai nt h eb o h a is e a , i t sm u c hw e a k e rc o m p a r e dt ot h es o u r c e o n t h ew h o l e t h eb o h a is e aa c t sa sas o u r c e i nt h ea r e aw i t hs a l i n i t yb e l o w31 i t a p p e a r st ob eas t r o n gs o u r c ei m p a c t e db yt h ed i s c h a r g eo ft h eh u a n g h er i v e r , i m p l y i n gt h es t r o n ge f f e c to nt h es t r e n g t ho fs o u r c ec a u s e db yt h eh u a n g h ei n p u t k e y w o r d s ：p c 0 2 ：a f f e c t i n gf a c t o r s ；f l u x ；t h eb o h a is e a ；t h eh u a n g h er i v e r ；w a t e ra n d s e d i m e n tr e g u l a t i o n 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 ( 注；如遗直甚他盏要挂别直明的：奎栏互窒2 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。 学位论文储躲狼i 签字吼年月日 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) 学位论文作者躲獗 导师签字： 7 诳爷 签字日期：年月日签字日期：年月日 夏季渤海海- 气界面c o ：通量及主要影响机制分析 己l 言 ji目 碳元素在大气、海洋与陆地生物圈之间的循环与全球气候变化之间的密切联 系越来越引起科学工作者的重视。全球河流每年向海洋输送的总碳量约为1 p g ， 其中约6 0 为无机碳，4 0 为有机碳，大致相当于全球陆地生态系统的1 2 e 。 陆架边缘海介于陆地和开阔大洋之间，受河流输入的影响最为明显，陆源及 污染物质经此向大洋传输，沿岸海流的循环、混合及涌升和陆地河水径流带来的 丰沛的营养盐，促使边缘海生物生产率远高于开阔海域。一方面，生产率高的边 缘海区，其生物固碳作用( 生物泵) 可加速海水吸收大气中c 0 2 ，将c 0 2 转化成 颗粒态的碳化合物，沉积在边缘海区，或经由侧向传输流入大洋深部，而成为大 气c 0 2 的汇，但另一方面，高碳酸盐河流的输入，上升流的影响会增加水体中 溶解无机碳的浓度，进而增强水一气界面的p c 0 2 ，也可能使边缘海区海水中c 0 2 呈过饱和状态，而成为大气c 0 2 的源【2 1 。要准确评估陆架边缘海生态系统碳的源 汇到底有多大，河流碳输运作为陆地生态系统和海洋生态系统的纽带作用不容忽 视。 对我国近海而言，黄河、长江、珠江等的淡水输入对近海区碳源汇的强度有 重要影响。黄河以多沙而闻名，其含沙量世界著称，众多学者对黄河口的水文、 化学、地质等进行了比较深入的研究。渤海是我国唯一的内海，其沿岸河流众多， 有大小河流4 0 条，其中以黄河输入径流量最大，高浑浊度的黄河冲淡水出口门 后流入莱州湾的迹象明显，每年携带大量泥沙堆积于莱州湾。作为受陆源河流输 入影响明显的陆架边缘海，渤海对于研究河流输入对近海碳系统输入的影响有着 天然的优势，但目前还没有对渤海p c 0 2 的实测的数据。 近年来黄河入海径流量和输沙量急剧减少，导致河流断流频繁，下游河道淤 积严重，自2 0 0 2 年实施的调水调沙，通过调控水库泄水，以人造洪峰冲刷黄河 河道，把淤积在黄河河道和水库中的泥沙输送入海【3 】。黄河调水调沙期间成为水 沙入海的主要时期。黄河调水调沙对下游河道进行冲刷，大量的泥沙和径流快速 入海，必然会对渤海的碳的行为特征产生一定的影响。 本文基于国家自然科学基金项目“河流输入对渤海海一气界面c 0 2 通量影响 夏季渤海海气界面c 0 2 通量及主要影响机制分析 机制 ( 2 0 0 5 2 0 0 7 ) ( 4 0 4 7 6 0 6 3 ) ，通过2 0 0 6 年8 月对渤海的大面调查和2 0 0 5 年 7 月对莱州湾的调查，结合水文、化学、生物等要素的同步观测资料，给出夏季 渤海p c 0 2 的分布特征，研究了控制表层海水c 0 2 源汇过程的主要影响因素及 渤海海域海一气界面c 0 2 通量，为更好地了解河流输入对渤海碳输运的影响，我 们选择输入渤海径流量最大的黄河作为代表，在2 0 0 6 年6 月黄河径流量和含沙 量最高的调水调沙时期在利津站进行连续观测，对2 0 0 6 年调水调沙期间黄河 p c 0 2 主要影响因素进行了分析，给出了黄河各碳参数对渤海的入海通量并估算 了调水调沙期间输入渤海碳通量占全年的比重。 由于个人能力和学识水平的限制，对于问题的理解和认识还比较肤浅，尚存 在许多不足之处，真诚地恳请诸位专家和老师给予批评指正。 2 夏季渤海海- 气界面c 0 2 通量及主要影响机制分析 1 文献综述： 全球变暖已对地球生态系统、人类生存环境和社会发展构成严重威胁，特 别是近年来全球各地出现的气候异常现象，如日本的无雪之冬，澳大利亚的洪水， 以及中国2 0 0 7 年出现在东北地区的特大暴雪，都与气候变暖有关。1 9 9 2 年签署 的联合国气候变化框架公约( 切盯c c c ) 和1 9 9 7 年通过的京都议定书是 国际社会面对这一严峻问题所做出的一个重大而具体的反应。由于承担温室气体 的减排将会对目前的经济和社会发展产生负面影响，即限制c 0 2 排放的实质就 是限制能源消费，进而影响经济发展，因此世界各国在承担c 0 2 减排份额上斗 争剧烈，特别是经济欠发达的发展中国家与发达国家之间的斗争。甚至有的科学 家预测，对于大国来说，将来的减排份额应该分解到省，以求得经济发展的平衡。 我国人均c 0 2 排放量远远低于发达国家( 世界平均水平的6 6 ) ，但1 9 9 7 年 c 0 2 总排放量约为8 1 7 - 8 5 3 亿吨，占全球的1 3 7 ，是仅次于美国的第二大温 室气体排放国，预测结果表明2 0 3 0 年的c 0 2 排放量将达到1 0 1 9 1 9 2 5 亿吨。随 着我国经济的快速发展，温室气体的排放还会增加，因此我们必须投入足够的人 力和物力，提高研究水平，能够较准确的回答我国陆地及近海生态系统的固碳能 力有多大，为政府的决策提供有力的数据和科技支持，为应对国际谈判、维护国 家利益提供可靠的科学依据，保障国家的可持续发展。 中国临近海域占全球陆架的1 3 ，其东部的渤海、黄海、东海，南部的南 海总面积达4 7 0 万平方公里，是世界上最宽、生产力最高的陆架海之一，上有季 风影响，内有大河输入，外有黑潮强流与之交换，集中了陆架边缘海的典型特征， 是研究近海碳循环的理想海域。对我国临近海域进行碳循环研究，对正确估计全 球陆架边缘海在碳循环中的作用具有重要意义。 1 1 陆架边缘海碳循环的研究现状： 碳是最主要的生源要素，更是生命活动能流、物流中最重要的元素，在许 多陆地及水生生物地球化学循环中扮演着重要的角色【4 。】，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的热点， 许多国际研究计划均以此为核心。如：国际地圈与生物圈计划( i g b p ) 中的全球海 夏季渤海海- 气界面c 0 2 通量及主要影响机制分析 洋通量联合研究( j g o f s ) 、全球生态系统动力学( g l o b e c ) p f l , 及上层海洋与低层 大气研究计划( s o l a s ) 等【6 】。通过近十几年的研究，碳循环研究取得了丰硕的成 果，系统了解海洋碳循环的过程以及界面碳通量，对全球碳循环有了一定的了解。 碳在海洋中存在的四种最主要的形态：溶解无机碳( d i c ，d i s s o l v e di n o r g a n i c c a r b o n ) 、溶解有机碳( d o c ，d i s s o l v e do r g a n i cc a r b o n ) 、颗粒无机碳( p i c ，p a r t i c u l a t e i n o r g a n i cc a r b o n ) 、颗粒有机碳( p o c ，p a r t i c u l a t eo r g a n i cc a r b o n ) 。海洋中各种形态 的碳主要通过两条途径输入：陆源输入( 河流、沙尘暴等) 和大气沉降( 降水、海 一氧界面交换等) ；可以分为三类：来自陆地生态系统的碳、人类活动产生的碳 和海洋生态系统生成的碳。 溶解无机碳( d i c ，d i s s o l v e di n o r g a n i cc a r b o n ) 由于c 0 2 溶于水时伴随着与水分子的相互作用，所以海水中d i c 的主要存 在形式有h c 0 3 、c 0 3 厶、溶解c 0 2 和h 2 c 0 3 ，这四种形式的总和称为总二氧化 碳( c 0 2 ) 。二氧化碳一碳酸盐体系是海洋中最复杂而又最重要的体系之一，它 涉及到海洋化学、生物、物理、气象、地质等诸多学科。海洋中的c 0 2 体系参 与大气一海洋界面、海洋沉积物一海水界面、海水一生物界面以及海水介质中的化 学反应，它控制着海水的p h 值并直接影响海洋中的许多化学平衡。由于碳是重 要的生源要素，碳酸盐体系的化学平衡是影响海洋生物的重要因素，在形成和维 持生命的起源和生态环境方面，该体系也有重要的作用。 海洋对大气c 0 2 的吸收主要包括物理溶解、海水碳酸盐系统缓冲作用，以 及海洋上层浮游植物的光合作用一将海水中的d i c 通过光合作用合成p o c 和 d o c 。河流的输入、有机碳的矿化以及上升流都给近岸海域增加了丰富的无机 碳，提高了水体p c 0 2 ，因此陆架海区可能会表现为大气c 0 2 的源。特别是河口 区，陆源有机物的分解常能导致水体c 0 2 成过饱和状态【7 。o 】，使溶解无机碳以 c 0 2 的形式迅速扩散到大气中【l l - 1 3 1 。 溶解有机碳( d o c ，d i s s o l v e do r g a n i cc a r b o n ) 海洋中的有机物质大致可分为：溶解有机物质、颗粒有机物质( 碎屑) 、浮 游植物、浮游动物和细菌。在表征海水中有机物的含量时，通常用碳元素的含量 来表示有机物含量的高低。根据物理性质的不同，将有机碳概括的分为溶解有机 碳( d o e ) 、颗粒有机碳( p o c ) 、挥发有机碳f v o c ) 。v o c 因含量低、易挥发，因 4 夏季渤海海- 气界面c 0 2 通量及主要影响机制分析 而未得到深入广泛的研究。通常以能否通过0 4 5 9 m 的滤膜来区分p o c 和d o c 。 大洋水中d o c 和p o c 的含量相差较大，d o c 占有机物总量的9 0 左右，p o c 仅占1 0 左右。 海水中d o c 的来源包括外部来源和内部来源。外部来源主要有三种输入 源，即河流、大气和海洋底质。来自大洋底质的有机物较少，河流和大气的输入 是主要的外部来源。河流输入是向海洋输送有机物的重要途径。河水在输送过程 中，将陆地和河水中产生的有机物携带入海。另外，河流还携带部分农药入海， 如氯代烃。据估计，河流向海洋输入的有机物总量约为1 8 x 1 0 1 4 9 a 1 c 。有机质 经大气进入海洋也是一种重要的输入途径。由降水带入海洋的溶解有机质为 2 2 x 1 0 1 4 9 a - 1 c ，此值可与河流的输入量相比。 海水中d o c 的内部来源主要由海洋内部生物过程和化学过程产生的，根本 的过程就是浮游植物的光合作用。细菌是海洋系统的初级消耗者，它可以消耗光 合作用碳固定量的2 0 - 4 0 或更多。呼吸作用是光合作用的逆过程，据估计，每 年通过光合作用固定的碳有9 9 9 5 被呼吸作用氧化，只有0 0 5 避免了氧化而 埋藏到沉积物中。 颗粒无机碳( p i c ，p a r t i c u l a t ei n o r g a n i cc a r b o n ) 近海颗粒无机碳主要来源于外源碳酸盐和自生碳酸盐。外源碳酸盐是指由 母岩风化产生、由地表径流搬运至近海水体的碳酸盐。自生碳酸盐包括无机化学 沉淀产生的碳酸盐和生物壳体碳酸盐、以及少量沉积物埋藏后早期成岩作用产生 的碳酸盐，水体内部碳酸钙的沉淀析出( c a 2 + + 2 h c 0 3 - - c a c 0 3 + c 0 2 + h 2 0 ) 也提 供一部分自源p i c 。 颗粒有机碳( p o c ，p a r t i c u l a t eo r g a n i cc a r b o n ) 近海水体中的p o c 包括有生命和无生命的悬浮颗粒物。生命p o c 来自生 物生产过程，非生命p o c 包括三个来源：河流输入、大气输入和现场形成。 ( 1 ) 河流输入：对于开阔海洋来说，河流输入是其非常重要的陆源输入来源， 特别是对于长江、黄河等大河来谢1 4 1 。 ( 2 ) 大气输入：大气输入的p o c 中的c 约为2 2 x 1 0 1 4 9 f 1 ，然而由气泡破裂 而返入大气可能形成再循环。 ( 3 ) 现场形成：包括海洋生物碎屑( 粪便、外壳、残体等) 的直接形成，溶解 5 夏季渤海海- 气界面c 0 2 通量及主要影响机制分析 有机碳转化为颗粒有机碳，微生物的作用以及絮凝作用或溶解物质在矿物颗粒上 的吸附作用等。 1 1 1 陆架边缘海对全球碳循环的可能贡献： 海洋是地球碳的最重要贮存库之一，是全球碳循环系统的一个至关重要的 子系统，其总体是大气c 0 2 的汇。海洋碳循环研究是海洋生物地球化学过程研 究的关键之所在，其在全球变化研究中的重要性体现在两个方面：( 1 ) 海洋碳循 环在很大程度上决定了全球气温乃至气候的变化趋势；( 2 ) 碳循环也是海洋生态 系统持续发展的基础，因此决定了海洋生态环境变化的走向f 1 5 1 。 海洋碳循环过程不仅涉及海洋生物生产过程、化学能流与物流过程，还与 不同时空尺度的海洋环流、大气动力学过程密切相关。大洋碳循环是海洋碳循环 的主题。陆架边缘海是陆地与大洋的连接带。虽然其面积远比大洋小，但由于人 类活动的影响以及河流径流不断向其输入丰富的营养物质，致使其中发生的生物 地球化学过程比大洋更为复杂，在海洋碳循环中起着非常重要的作用。所以，探 明近海碳循环过程是全世界海洋科学家必须要面对的比大洋碳循环更复杂、更具 挑战性的研究课题。 l i ue ta 1 从模型的角度将边缘海定义未既没有被陆地生态系统覆盖，又不能 用全球海洋生物化学模型描述的在开阔大洋与陆地之间的部分海域。在地质上， 陆架边缘海是指水深 2 0 0 m 的大陆架部分，包括海湾、河口、泻湖、近岸浅滩 等【1 6 1 。一般而言，陆架、陆坡所在的边缘海区域，面积虽只有海洋的7 6 t 1 7 1 ， 但初级生产力却在整个海洋中占极重要的地位，估计占2 5 左右【1 8 9 1 。陆架 边缘海对陆地输入到海洋中的物质有过滤和捕集的作用，至少8 0 的陆源物质 在此沉积 2 0 2 1 1 。t s u n o g a ie t 冽对东海大陆架的研究表明，东海的陆架边缘海 在吸收大气c 0 2 方面起了非常重要的作用。近几十年来，边缘海在海洋生物地 球化学循环中的作用越来越受到世界各国科研工作者的重视【1 8 9 1 。 边缘海界于陆地及开阔大洋之间，将地球表面陆地和海洋两大生态系统联 系起来，陆源及污染物质经此向大洋传输，沿岸海流的循环、混合及涌升和陆地 河水径流带来的丰沛的营养盐，促使边缘海生物生产率远高于开阔海域。一方面， 6 夏季渤海海- 气界面c 0 2 通量及主要影响机制分析 生产率高的边缘海区，其生物固碳作用( 生物泵) 可加速海水吸收大气中的c 0 2 ， 将c 0 2 转化成颗粒态的碳化合物，沉积在边缘海区，或经由侧向传输流入大洋 深部。但另一方面，边缘海异养细菌生产力很高，将大量自生或陆源输入的有机 物分解，释放出c 0 2 ，也可能使边缘海区海水中c 0 2 呈过饱和状态，而成为大 气c 0 2 的源。这种错综复杂的作用一直在边缘海区域发生。因此在估算全球碳 循环过程中，边缘海仍是一个很大的未知数，边缘海区究竟是大气c 0 2 的源或 汇这一最基本的问题一直悬而未决。 1 1 2 陆架边缘海实测p c 0 2 及海一气界面c 0 2 通量研究： 陆架边缘海p c 0 2 的分布受到很多因素的影响，主要有温度、陆架区域高 浮游生物活动、河流输入、以及上升流的影响等等。高碳酸盐河流的输入，上 升流的影响会增加水体中溶解无机碳的浓度，进而增强水一气界面c 0 2 和陆架 边缘海区作为大气c 0 2 的源的潜力；同时，陆架边缘海区高的营养盐水平会刺 激初级生产力增长，从而浮游生物通过光合作用吸收p c 0 2 的能力就会增强 2 3 。2 6 】。因此，受河流输入强烈影响的陆架边缘海区并不必然是大气的c 0 2 源 2 7 - 2 9 ，陆架区接纳富含c 0 2 的河口水和深层水会提高表层海水p c 0 2 ，而初级 生产过程可以降低表层海水p c 0 2 ，这两种现象往往同时存在，同时影响。 据已有的对具体海域p c 0 2 的实测调查研究表明，不同海区其主要控制因 素是不同的，而且往往是多个因素同时起作用。就温度的影响而言，z h a ie t a l 对中国南海北部海域进行了研究，指出这些海域是大气c 0 2 的源，p c 0 2 的季 节性变化主要受控于表层水温【3 0 】。w a n g 和c a i 在对美国东南沿海大陆架研究 时发现，此区域除冬季外表现为p c 0 2 的一个源通量，而冬季的汇主要是温度 降低造成的【3 1 】。生物活动的影响在陆架海区往往是更重要的影响因素：k a l t i n 和a n d e r s o n 指出水体冷却和生物活动在控制巴伦支海c 0 2 的效用方面所起的 作用是等同的，而在白令海陆架区，生物活动起的作用是水体冷却作用的两倍 【3 2 】。s c h i e t t e c a t t ee ta 1 对北海的南部湾进行了研究，发现在此区域空间p c 0 2 分 布均匀，季节变化大，并指出p c 0 2 主要受生物活动控制而非温度，北海南部 湾全年表现为、汇【3 3 】。而p a d i n 对英吉利海峡和北海南湾，温度和生物效应在控 制p c 0 2 的季节循环方面好像是等同的【蚓。在春季p c 0 2 和c h l a 的相关性很好， 7 夏季渤海海气界面c 0 2 通量及主要影响机制分析 这与w a t s o n 在北大西洋的结果是一致的【3 5 】。 陆架边缘海区高的初级生产力水平，会提高浮游生物通过光合作用吸收 p c 0 2 的能力1 3 6 3 7 1 。b o z e ce la 1 对夏季北海作了研究，发现北海北部，生物活动 较为强烈，表现为大气c 0 2 的一个汇区，其中在5 8 0 n 附近海域表层海水p c 0 2 的值，低至2 2 0 1 a a t m ，而表层溶解氧呈现强烈的过饱和，营养盐的低值暗示此区 有浮游植物大量增殖现象，而此区叶绿素a 的值也的确高于其它区域，生物活动 是造成p c 0 2 低值的主要原因【3 8 】。 河流输入的影响表现为两方面：一方面其可能带来高的营养盐输入，提高 生物活动对p c o z 的影响，如h u e r t a s 对c a d i z 湾东北陆架表层海水心0 2 的变 化进行了研究，观测到在2 0 0 3 年3 月和5 月水体完全混合，主要由河流带到 表层的营养盐允许浮游植物水华的发生。由遥感估计的初级生产呈现出最高值 时，同时伴随着p c 0 2 的最低值，海气的p c 0 2 欠饱和使这一地区成为净汇。 另一方面河流中有机碳矿化都给近岸海域增加了丰富的无机碳，会支持高的 p c 0 2 【硎。m u k h o p a d h y a y 对印度的h o o g h l y 河口区的海气界面c 0 2 交换进行的 研究，均表明在河口区，陆源有机物的分解导致水体c 0 2 呈高度过饱和状态【4 0 】。 同时，高碳酸盐河流的输入，往往会支持高的p c 0 2 使其表现为大气c 0 2 的源， 如b o z e ce ta l 发现在夏季北海南部，由于水体较浅，水体混合较为均匀，欧洲 诸多高无机碳含量的河流的输入，使得南部的无机碳含量变高，使其p c 0 2 的 分布与d i c 类似，也表现出高值，表现为大气c 0 2 的一个源斟4 1 1 。 上升流的影响也表现为两方面，如t o r r e se la l 【4 2 】、l e f e v r ee ta l 4 3 1 对南 美洲智利沿岸海域进行调查研究表明，一方面，上升流供给的营养盐使得该海 区成为全球海洋中生产力极高的海域，另一方面，上升流也把富含c 0 2 的深层 水带到表层而使该海区成为大气c 0 2 的源，释放通量的高峰可达 3 - 2 5 m m 0 1 m - 2 d a y lm 。 由于p c 0 2 影响因素复杂，所以对某一海域的研究，往往都要采取分区域 讨论的思路，s c h n e i d e re ta - 在对西南大西洋的调查中发现通过把采样区分成 三部分：陆架，陆坡和开阔水域。在开阔水域( 2 5 3 0 s 以南) ，表明只有在冬季这 片海洋区域吸收大气中的c 0 2 ，而在其它季节则向大气释放c 0 2 。在2 5 3 。s 以 北海域在一年中都向大气释放c 0 2 ，而且在陆架区p c 0 2 值最高。通过标准化 8 夏季渤海海- 气界面c 0 2 通量及主要影响机制分析 的p c 0 2 ( s w ) 的比较进行计算，来计算生物和温度效应对p c 0 2 ( s w ) 季节变化的贡 献。结论是对p c 0 2 ( s w ) 梯度贡献最大的是现场温度水气交换。在陆架和陆坡区， 生物再生过程也必须考虑【4 5 l 。 关于中国邻近海域海气界面的c 0 2 通量，t s u n o g a i 和w a t a n a b e 提出东海之 所以能够大量吸收c 0 2 ，除了水温比较低能溶解比较多的c 0 2 以及活跃的生物 活动加速海水吸收大气c 0 2 以外，近岸表层海水在冬季因强烈冷却而下沉是更 重要的原因m 】：戴民汉等对台湾海峡碳通量的研究结果与张远辉等的结果很不 相同，张远辉等认为台湾海峡南侧海域在1 9 9 4 年8 月份是大气c 0 2 的弱源【4 8 】， 而戴民汉等认为相同海区在2 0 0 0 年8 月份是大气c 0 2 比较显著的源【4 7 】；r e h d e r e ta 1 观测到南海东部边缘海域在夏季海水表层水温最高时是大气c 0 2 的弱源【4 9 】。 乔然等在对东海海水p c 0 2 的研究中指出，p c 0 2 的分布与流、水团、黑潮等因素 的变化密切相关【5 0 】；c a i e t a l 在对珠江口和南海北部的研究中发现，该海域水柱 的d i c 、a l k 和营养盐的通量主要受到不同海流的控制，而这些海流由于地形、 人类活动及河口混合具有不同的性质【5 l 】。谭燕等对中国东海西部的研究，认识 到东海西部之所以是大气c 0 2 的汇区，其贡献主要来自于长江冲淡水【5 2 】。江春 波等着重讨论了南黄海夏季下层水涌升和长江冲淡水对海一气界面c 0 2 通量的贡 献，指出夏季南黄海总体上是c 0 2 的一个弱源【5 3 】。z h a j e t 以对长江口的碳酸盐 体系进行了调查。长江口上部区域的表层p c 0 2 为6 5 0 1 4 4 0 k t a t m ；黄浦江为 1 0 0 0 - 4 6 0 0 p a t m ，长江口主流c 0 2 的释放通量水平很低，为1 5 5 3 4 2 m o h n - 2 y 1 ， 长江口的c 0 2 释放通量只占长江输往东海d i c 量的2 0 _ 4 6 l s 4 1 。 1 1 3 河流输入对边缘海碳分布的影响： 河流输入对二氧化碳体系各参量的影响主要集中在河流与海洋的交汇处， 其多变的物理、化学和生物过程导致了河口海区碳的生物地球化学循环是一个远 比海洋水体碳循环复杂的过程，该过程除了包括海洋水体碳循环中的所有过程 ( 海气界面交换、水体中的垂直运输、沉积物一海水界面交换等) 之外，还包 括了与淡水所发生的物质和能量交换。同时，近海海域受入海河流输入的影响比 较大，水体的水平运输与海洋也不相同。由于近海海域的水层浅、光照强，而导 致区域性水势平稳，水质受人类活动影响很大，水体中生物活性物质的含量与海 9 夏季渤海海气界面c 0 2 通量及主要影响机制分析 洋水体明显不同【5 5 1 。 就过程机制而言，由于河流输入、有机碳矿化以及上升流的影响都给近岸 海域增加了丰富的无机碳，提高了水体的p c 0 2 ，陆架海区可能会表现为大气c 0 2 的源，特别是在河口区。c a ie ta 1 对乔治亚州的s a t i l l a 和a l t a m a h a 两条河流河口 区的c 0 2 进行的研究【5 6 】，m u k h o p a d h y a ye ta 1 对印度的h o o g h l y 河口区的海一气 界面c 0 2 交换进行的研究，均表明在河口区，陆源有机物的