（环境科学专业论文）胶州湾春、夏季表层水体pco2分布及季节演变.pdf

胶州湾春、夏季表层水体 pco2分布及季节演变 学位论文答辩日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 独独 创创 声声 明明 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：如没有其他需要特别声明的，本栏可空） 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： 签字日期： 年 月 日 - 学位论文版权使用授权书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，并同意以 下事项： 1、学校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。 2、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。同时授权清华大学“中 国学术期刊(光盘版)电子杂志社”用于出版和编入 cnki中国知识资源总库， 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。（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： 导师签字： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 i 胶州湾春、夏季表层水体胶州湾春、夏季表层水体p pcoco2 2分布及季节演变分布及季节演变 摘 要 近年来陆架边缘海碳源汇问题成为各国学者研究的热点， 而海湾和河口作为 陆地和海洋生态系统相互作用最明显的区域， 自然成为全球碳循环的研究焦点之 一。特别是海湾，受人为扰动更为明显， co2源汇特征对陆架海 co2通量研究 来说性质上具有普遍性，量值上具有极端性。加之容易获得时间和空间上更高分 辨率的数据，便于机制的讨论，是近几年 co2源汇过程研究的重点区域且研究 相当活跃。本文依据 2011 年 3 月、2010 年 5 月和 2008 年 8 月航次对胶州湾的 现场调查及走航实测的 pco2数据，并结合水文、化学和生物等要素的同步观测 资料， 分析了胶州湾表层海水 pco2的分布和季节演变， 并估算了海气界面 co2 通量，讨论了温度、有机物降解和浮游植物活动等因素对胶州湾 pco2分布及季 节演变的影响。 研究结果表明：3 月胶州湾表现为大气 co2的强汇，温度对的 pco2分布的 影响不大，有机物降解对 pco2的影响也可忽略，旺盛的浮游植物活动是影响 3 月胶州湾 pco2分布的主要因素，是造成大气 co2的强汇的主要原因。 春季（5 月）胶州湾 pco2 平均值为 558atm，全湾整体上表现为大气 co2 的强源。培养实验结果表明春季（5 月）有机物降解强烈，高的有机物降解速率 维持了春季（5 月）高的 pco2，强烈的有机物解降是造成胶州湾表现为大气强 源的主要原因。 同时通过黑白瓶计算的总初级生产力和利用叶绿素估算的初级生 产力及 do%与 pco2的关系表明旺盛浮游植物活动对 pco2的影响不可忽视。有 机物降解和浮游植物活动共同影响着春季（5 月）胶州湾表层海水 pco2的分布。 夏季（8 月）胶州湾 pco2平均值为 487atm，明显低于春季，全湾整体上 表现为大气 co2的源，但源的强度比春季（5 月）弱。有机物降解和浮游植物活 ii 动共同影响着夏季（8 月）胶州湾表层海水 pco2的分布：强烈的有机物降解对 pco2贡献是夏季（8 月）胶州湾表现为大气源的主要原因。而黑白瓶计算的总 初级生产力及溶解氧饱和度数据表明夏季（8 月）浮游植物生长旺盛，强烈的浮 游植物活动对 pco2的消耗造成了夏季（8 月）源的强度比春季弱。 在 pco2分布的季节演变中，我们利用 takahashi（1993）和 takahashi et al （2002）的计算方法计算了温度和生物活动(包括有机物降解和浮游植物活动)在 pco2季节演变中的作用大小，结果表明：温度、生物活动共同控制着春季（5 月）和夏季（8 月）胶州湾表层海水 pco2的季节演变。冬季（2 月）至春季（5 月）温度变化对 pco2作用大于生物活动。春季（5 月）至夏季（8 月）温度变 化对 pco2的作用小于生物活动。 文中利用 wanninkhof（1992）模式和网格统计法估算了 3 个月份胶州湾的 碳通量，结果表明胶州湾 co2源汇季节变化显著：3 月胶州湾整体上表现为大气 co2的的强汇；春季（5 月）源汇格局发生明显变化，表现为大气 co2的强源； 夏季（8 月）胶州湾也表现为大气 co2的源，但源的强度比春季（5 月）弱，在 西北部近岸、海泊河口和中部海区甚至表现为大气 co2的汇。 关键词：胶州湾；pco2分布；季节演变 iii the distribution and seasonal evolution of sea surface pco2 between spring and summer in jiaozhou bay abstract in recent years, the problems of carbon sources / sinks in continental margins sea become a hot research of scholars from various countries. as the most obvious area of interaction of terrestrial and marine ecosystems, bays and estuaries are naturally become one of the focus of global carbon cycle researches. especially the bays where are more obvious influenced by human action, the characteristics of co2 source / sink are universal in nature to the research of co2 flux in shelf sea, and then the variety are more extreme. in addition, data of higher-resolution in time and space are easy access to facilitate the discussion of the mechanism, research of the co2 source / sink on the bay is very active in recent years. this paper based on three cruises field survey of jiaozhou bay of march 2011, may 2010 and august 2008 and take the underway measured pco2 data, combined with synchronous observations of hydrological, chemical and biological elements, analyzed the surface seawater pco2 distribution and seasonal evolution in jiaozhou bay and estimated the air-sea co2 flux, discussed the impact factors of the pco2 distribution and seasonal evolution, such as temperature, degradation of organic matter and phytoplankton activities in jiaozhou bay . the study results show that: in march, jiaozhou bay shown the strong sink of air-co2. temperature has little influence on the distribution of surface waters pco2 of jiaozhou bay and the impact of organic matter degradation on pco2 also can be negligible. phytoplankton activity is a major impact factor of pco2 distribution, which couse the sink of air-co2 in jiaozhou bay. in spring(may), the average of pco2 is 558atm, show the source of air-co2 in the whole area. from the incubation experiments, we can see that the degradation of organic matter plays a control role in the distribution of pco2, high aerobic respiration rate to maintain a high pco2. the total primary productivity calculated iv through black-and-white bottle，primary productivity estimated by chlorophyll a and the relationship of do% with pco2 show that the phytoplankton plays an essential role for the distribution of pco2. the degradation of organic matter, together with the activity of phytoplankton affect the distribution of pco2 in surface water of the jiaozhou bay in spring. in summer , average of pco2 is 487atm, significantly lower than the spring, show the source of air-co2 in the whole area, but little weaker than that in spring. the degradation of organic matter, together with the activity of phytoplankton affect the distribution of pco2 in surface water of the jiaozhou bay. the contribution of organic matter degradation is the primary cause of the result. the gross primary productivity calculated by black-and-white bottle and dissolved oxygen saturation data show that, in summer phytoplankton activities play a control role for the weaker pco2 source than spring. in the seasonal evolution of pco2 distribution, we use the calculation method of takahashi (1993) and takahashi et al (2002) to calculate the impact of temperature and biological activity (including the degradation of organic matter and phytoplankton activity) on seasonal evolution of pco2, the results show that temperature and biological activity common control the seasonal evolution of surface seawater pco2 of jiaozhou bay. from winter to spring, the contribution of temperature to pco2 is greater than biological activity; from spring to summer, biological activity effect is greater than the temperature. the paper uses wanninkhof (1992) and grid statistical method to estimate the three months carbon fluxes of jiaozhou bay. the results show that co2 source / sink show a significant seasonal variation in jiaozhou bay: in march, the bay overall performance as strong air-co2 sink,and manifested as a source of air-co2 in spring.in summer the bay also shows as air-co2 source, but the strength of the source is weaker than spring, even shows as sink in bay central because of strong biological activity. keywords：jiaozhou bay；pco2 distribution；seasonal evolution v 目录目录 0 引言引言 . 1 1 文献综述文献综述 . 3 1.1 海湾和河口 co2通量研究现状 . 3 1.2 海湾和河口 pco2分布的控制因素 . 5 1.3 胶州湾海域 co2通量研究现状 . 8 1.4 海-气界面碳通量估算 . 11 2 站位设置及实验方法站位设置及实验方法. 14 2.1 站位设置. 14 2.2 实验方法. 15 3 春季（春季（5 月）胶州湾表层水体月）胶州湾表层水体 pco2分布及季节演变分布及季节演变 . 18 3.1 表层海水水文特征及 pco2分布 . 18 3.2 表层水体 pco2影响因素 . 19 3.3 冬季（2 月）至春季（5 月）pco2分布季节演变 . 25 3.4 小结. 32 4 夏季（夏季（8 月）胶州湾表层水体月）胶州湾表层水体 pco2分布及季节演变分布及季节演变 . 33 4.1 表层海水水文特征及 pco2分布 . 33 4.2 表层水体 pco2影响因素 . 34 4.3 春季（5 月）至夏季（8 月）pco2分布季节演变 . 39 4.4 小结. 42 5 3 月、月、5 月和月和 8 月胶州湾水月胶州湾水-气界面碳通量估算及比较气界面碳通量估算及比较. 44 5.1 估算方法. 44 5.2 通量比较. 45 5.3 小结. 52 6 结论结论 . 53 参考文献参考文献 . 54 致谢致谢.61 个人简历个人简历 . 62 vi 胶州湾春、夏季表层水体 pco2分布及季节演变 1 0 引言引言 海洋每年大约能吸收人类向大气排放 co2的 30%50% 1， 从而减缓了全球 大气 co2浓度上升的趋势。陆架边缘海面积虽然只占全球海洋的 7.6%2，其对 全球初级生产力的贡献却达 18%33%3。近期的研究认为陆架海每年大约吸收 0.220.45 pg c (1 pg = 1015 g)4-6， 与 takahashi 等7估算的大洋年吸收通量 （1.6 0.9 pgc）相比，陆架边缘海相当于开阔大洋吸收的 1428%。而海湾是陆地生 态系统和海洋生态系统相互作用最明显的区域，其对 co2通量研究的重要性不 言而喻。 由于受人为扰动明显， 陆源输入等过程带来的生物活动在近岸表现剧烈， 其 co2源汇特征对陆架海 co2通量研究来说性质上具有普遍性，量值上具有极 端性，加之海湾容易获得时间和空间上更高分辨率的数据，便于机制的讨论，是 近几年 co2源汇过程研究的重点区域。 胶州湾是一个典型的受城市化影响的半封闭型浅海湾，东西北三面被 730 多万人口的青岛市环绕。注入其中的河流，如李村河，海泊河，大沽河等皆为季 节性河流，汛期集中在 7、8、9 月份8，由于城市化的影响，注入胶州湾的大部 份河流已无自身径流，并成为各类废水和污水的排污通道，输入湾内的污染物主 要有 n 、p、cod 和油类物质9。城市污水和养殖废水排放带来大量有机物， 有机物降解速率显著，以秋季为例，大部分海域在 6.9mmol o2 m-3 d-1水平，污染 严重的近岸则较高，个别站位达 21.4mmol o2 m-3 d-110，由此产生的 co2不容忽 视。然而，胶州湾内多年平均叶绿素浓度达到 3.50.9g l-1，远高于其相邻的南 黄海夏季和秋季浮游植物活动最强时期数值（1.271.42g l-1） ；而其多年平均 初级生产力为 373 66 mgcm-2d-1， 与同样受城市化影响的东京湾的年均数值接近 （370580 mgcm-2d-1）11-13。因此，城市污水污染与强烈的浮游植物活动成为 胶州湾水体的典型特征，并进而影响到其碳的生物地球化学过程。 近年来有学者对胶州湾沉积物、污染物容量、水质监测等方面进行了研究 14，但对于碳酸盐系统的讨论较少。关于胶州湾碳酸盐体系的研究，早期的有： 胶州湾春、夏季表层水体 pco2分布及季节演变 2 沈志良等，刘辉等讨论了碱度与无机碳的分布，通过化学平衡计算的方法得到 pco2参数，但是对其 pco2源汇分布原因没有详细讨论15-16。li 等研究了 6 月 和 7 月胶州湾表层海水 dic 的分布，指出其分布特征取决于湾内水文条件、生 物活动和陆源输入17； 进而 li 等通过胶州湾实测的 dic 和 ph计算得到了 pco2， 并对其的影响因素进行了讨论，认为温度是控制胶州湾 pco2年际变化的主要因 素18，但受测定参数的限制，未就生物过程对 pco2分布的影响机制展开讨论。 本课题组曾对胶州湾秋季和冬季胶州湾 co2进行研究，认为秋季胶州湾 pco2的 空间分布主要受有机物降解的影响，而冬季强烈的浮游植物活动是控制 pco2空 间分布的主要因素10。本文依据 2011 年 3 月、2010 年 5 月和 2008 年 8 月航次 对胶州湾的大面积调查和现场走航实测的 pco2数据，结合水文、化学和生物等 同步观测资料和现场有机物降解培养实验，讨论了温度、有机物降解和浮游植物 活动等因素对胶州湾表层海水春季（5 月）和夏季（8 月）pco2分布及季节演变 的影响。 胶州湾春、夏季表层水体 pco2分布及季节演变 3 1 文献综述 1.1 海湾和河口 co2通量研究现状 co2作为目前全球最为关注的温室气体， 其浓度不断升高引起的全球性温室 效已日益引起人们的关注。而海洋是地球上最大最强的碳储库，每年大约能吸收 人类向大气排放 co2的 30%50%，从而减缓了全球大气 co2 浓度上升的趋势 1。因此，了解海洋对大气 co 2含量的增加响应，对预测未来大气 co2含量以及 全球气候变化具有重要意义。 而海湾和河口作为陆地生态系统和海洋生态系统交 互作用最明显的区域，在海洋 co2循环中有着非常重要的地位，主要体现在两 点：第一，陆地输入的物质和能量经过河口、海湾和陆架海进入海洋，尤其是无 机碳和有机碳等碳源的产生、输入、降解及相互转化对于近岸海域生态系统的 co2循环有着重要意义。gattuso j.p. 和 zhai 等研究表明，河流携带的陆源土壤 颗粒腐殖质、干草、淡水浮游植物和污水等会引起近岸区域部分海域尤其是海湾 和河口 co2调整19-20。richey j.e.和苏征等研究发现进入海湾和河口的河流水体 由于土壤、河水及沉积物中有机碳矿化，co2往往呈过饱和状态21-22，从而影响 其 co2的分布，并且河流输入带来的大量营养盐和有机碳也可以通过影响海湾 和河口的生物活动进而影响 co223-24。第二，海湾和河口水动力条件的差异和较 大的盐度变化梯度， 加之较大变化的水体滞留时间使元素的生物地球化学循环过 程更加复杂而剧烈。abril 等研究发现河口淡咸水混合形成的最大混浊带区域由 于富含的有机质悬浮物发生降解，往往产生较高的 pco225，同时潮汐也会因其 水体滞留时间的变化影响河口各种碳源之间的相互迁移转化。因此，海湾和河口 面积虽然只占整个海洋的一小部分，但在海洋 co2循环中有着非常重要的地位。 近年来，海湾和河口等陆架海的近岸区域对于大气 co2吸收的重要性正引 起更多的注意26。与陆架海相比，海湾和河口受人为扰动更为明显，co2源汇特 征对陆架海 co2通量研究来说性质具有普遍性，量值上具有极端性。加之容易 胶州湾春、夏季表层水体 pco2分布及季节演变 4 获得时间和空间上更高分辨率的数据，便于机制的讨论，是近几年 co2源/汇过 程研究的重点区域且研究相当活跃。 kathryn 等对美国夏威夷的 kaneohe 湾的研究指出由于石灰化的作用导致 kaneohe 湾 pco2为 400500atm，而有机物质的再矿化使得注入 kaneohe 湾河 流的 pco2为 6001300atm， 尽管陆地径流带来丰富的营养物质加强了生物光合 作用使 co2含量降低，但 kaneohe 湾全年仍表现为大气 co2 的源27。而在城市 化影响严重的海湾河口区，这种作用表现得更为明显。研究表明珠江口全年表现 为大气 co2的源，高的有机物降解速率维持了高的 pco2，最高可达 7000atm， 这可能与河口潮汐作用使水体保留时间增长和有机污染物的排放使有机物降解 速率增加有关， 同时水体高浑浊度限制了浮游植物活动28-29。zhai 等研究指出长 江口全年表现为大气 co2的源，pco2最高可达 1440 atm，co2释放通量为 15.534.2 molm2yr130。borges 等利用数值模型的结果表明，在近岸由于富营养 化引起的强烈初级生产过程对于碳循环的影响会抵消海洋酸化在表层海水碳化 学中产生的影响31。bozec 等通过对布雷斯特湾 7 年的高频率 pco2记录发现， 生物过程(光合和呼吸作用)是 pco2的季节变化和日变化的主要影响因子，而这 一海区从年际尺度上由于更强的有机物降解而表现为大气 co2的源32。而西北 大西洋的 scotian 近岸海区在全年的大部分时间内，温度与生物活动对于 pco2 的影响近乎是对等的，只有在春季，由于水华使这一区域表现为大气 co2的汇 区33。l ffler 等利用在波斯尼亚海区长达 9 年的观测数据表明，整个波斯尼亚 海区为大气 co2的汇区，而这一汇区最强的控制因素为光合作用带来的初级生 产过程34。hjalmarsson 等在毗邻北海的斯卡格拉克海峡近岸区域观测到虽然春 季温度由 2 度升至 10 度，但持续的初级生产过程补偿了这一部分带来的 pco2 升高，并使 pco2保持在相对大气未饱和状态35。而在同样受到强烈人为扰动的 香港近岸海区，除了浮游植物水华时期表层水体相对大气 co2不饱和外，由于 污水输入的影响，细菌的呼吸作用对于海气 co2通量的贡献达到了约 50%左右， 这一区域很可能由于强烈的有机物降解而成为大气 co2的源36。 而在 chesapeake 胶州湾春、夏季表层水体 pco2分布及季节演变 5 湾，由于受城市化影响较大，注入其中的 anacostia 河流水体的 pco2数值最高 达到 9694atm37，因此其对 chesapeake 湾 pco2的分布具有决定性影响。 1.2 海湾和河口 pco2分布的控制因素 1.2.1 温度 从温度对 co2碳酸盐体系和溶解度的热力学影响来看，当无外部交换时， 海水中的碳酸盐平衡体系会受温度的影响而发生改变，pco2会随着温度的升高 而增加38。同时温度的变化会影响海水中 co2的溶解度，co2的溶解度随温度 的增加而降低，从而降低 pco2。因此，温度对海水中的 pco2有正负两方面的 影响。 对于温度对海水中 pco2的影响，目前有了较多研究。gordon and jones 基 于 lyman 测定的碳酸离解常数以及 boch 计算得出的海水 co2溶解度系数，并 假定水温变化时，水体的盐度、总碱度、总二氧化碳浓度不变，首先提出了温度 与 pco2之间的经验关系公式39-40： pco2(t)=pco2(t+t)-t(4.4*10-6pco2(t+t)-4.6*10-6pco2(t+t)2) （t0.5oc） copin-montegut 根据 dickson and millero41的热力学公式，对海水中 fco2 受温度盐度影响而发生的变化进行了更加深入的分析，提出了一个包含温度、盐 度和 x(ct/at)等参数的新公式。 takahashi 等38认为在开阔大洋中，由于盐度、碱度（alk）的变化很小，因 此在假定海水盐度、总二氧化碳浓度（co2） 、碱度（alk）不变的前提下，提 出海水温度与 pco2遵循如下关系38： (pco2)/ t = 0.0423 pco2 然而对于海湾和河口，陆地升降温对其表层海水温度影响较大，一般情况下 陆地升温，表层海水温度升高，陆地降温则表层海水温度降低，因此温度对海湾 和河口 pco2的影响比开阔海洋要复杂的多。目前关于温度对海湾和河口 pco2 胶州湾春、夏季表层水体 pco2分布及季节演变 6 分布的影响研究较多，不同的海湾和河口表现不同。jiang 等研究发现，南大西 洋湾夏季表现为大气 co2的源，全年是作为大气 co2的净汇区存在，温度季度 变化明显，对 pco2分布起主导作用42。ribas 等发现在 c diz 湾 guadalquivir 等 河流的输入促进冬季湾内生物的生长，导致海水温度对 pco2的分布影响小于生 物活动43。 焦树林等44对西江河口段秋季表层水体 pco2研究指出河段表层水体 pco2的时空变化与河口过程中河-海作用的弱化而引起水体水温等的变化过程 密切相关。 shadwick 等45对西北大西洋的 scotian 近岸海区的研究发现全年的大 部分时间内，温度与生物活动对于 pco2的影响近乎是对等。zhang 等对胶州湾 的研究发现，秋季和冬季胶州湾温度变化范围小，温度的变化并没有从根本上改 变秋季和冬季胶州湾 co2的源汇格局，温度并不是影响这两个季节 pco2空间分 布的主要因素10。 1.2.2 生物活动（包括有机物降解作用和浮游植物活动） 生物过程在海洋碳的自然分布和运输中起着重要的作用。在水体真光层，浮 游植物光合作用吸收 co2产生 o2，导致表层海水 pco2的降低，吸收的 co2被 转化为颗粒有机碳，形成初级生产力。初级生产的大部分在真光层中再循环，但 也有一小部分通过生物泵下沉到深层，并在下沉过程中被氧化分解和溶解，使碳 从海洋表层向深海的转移。而在近岸海域，由于上升流、陆源输入和人类活动等 影响，其生物地球化学行为尤为活跃46-50，强烈的浮游植物活动降低 pco2的同 时，还加强了有机物降解过程，产生 co2导致表层海水 pco2的升高。因此生物 过程导致了 co2源汇格局的剧烈变化。 对于海湾和河口来说，由于受人为扰动明显，在当前人类社会经济快速发展 的情况下，城市化、水产养殖、河流输入等因素对其水质产生了严重影响。一方 面，海湾具有水交换能力差的弱点，但又往往紧邻人口高度聚集的城市群，入湾 河流大多已成为城市的排污管道， 污水排放带来的有机物使毗邻海域表现出极高 的有机物降解速率51，而河口由于受河流输入等影响往往也具有较高的 pco2。 胶州湾春、夏季表层水体 pco2分布及季节演变 7 另一方面，大量营养盐的输入52-54又使海湾和河口水体表现出极高的初级生产 力。因此，海湾和河口在具有高的有机物降解速率和河流输入等提供 co2的同 时，又有很强的浮游植物活动消耗 co2的过程，光合作用与好氧呼吸的此消彼 长将在很大程度上决定其 co2源汇角色32-34。 目前关于生物活动对海湾和河口 pco2影响的研究中，bozec 等通过对布雷 斯特湾 7 年的高频率 pco2记录发现，生物过程是 pco2的季节变化和日变化的 主要影响因子，而这一海区从年际尺度上由于更强的有机物降解而表现为大气 co2的源32。 l ffler 等利用在波斯尼亚海区长达 9 年的观测数据表明， 整个波斯 尼亚海区为大气 co2的汇区，而这一汇区最强的控制因素为光合作用带来的初 级生产过程 34。在同样受到强烈人为扰动的香港近岸海区，除了浮游植物水华 时期表层水体相对大气 co2不饱和外，由于污水输入的影响，细菌的呼吸作用 对于海气 co2通量的贡献达到了约 50%左右，这一区域很可能由于强烈的有机 物降解而成为大气 co2的源36。 在 c diz 湾 guadalquivir 等河流的输入促进冬季 湾内生物的生长，导致生物活动对海水 pco2的分布影响大于温度55。zhang 等 2012 对胶州湾的研究表明，秋季(11 月)胶州湾自养与异氧过程同时存在，浮游 植物活动和有机物降解共同影响着 pco2，源汇分布格局同时存在；冬季(2 月) 由于温度偏低，有机物降解微弱，胶州湾处于自养状态，强烈的浮游植物活动使 胶州湾成为大气 co2强汇区10。 因此生物活动在海湾和河口区对 pco2的影响不 容忽视。 1.2.3 淡水输入 淡水输入对海湾和河口 pco2的影响远比海洋水体中 pco2的变化复杂的多， 其对海湾和河口的影响主要集中在淡咸水混合区，即淡水和海水的汇合处。 一方面，淡水输入不仅携带陆源土壤颗粒腐殖质、干草、淡水浮游植物，而 且城市污水往往也随之进入海湾和河口，而海湾一般水交换能力差，紧邻人口高 度聚集的城市群，河口水域水层浅，光照强，水动力条件强，盐度变化梯度较大， 胶州湾春、夏季表层水体 pco2分布及季节演变 8 易形成冲击扇和三角洲，水势平稳，受人类活动干扰较大56。因此在淡水入海 口海湾和河口不仅表现出极高的初级生产力， 而且还会因为污水排放带来的有机 物表现出极高的有机物降解速率57。高的有机物降解速率使有机物矿化并提供 无机碳源的同时，又有很强的浮游植物活动消耗 co2的过程，所以海湾和河口 淡咸水混合区光合作用与好氧呼吸的此消彼长将在很大程度上决定其 co2源汇 角色32-34。 另一方面， 淡水输入会改变海洋和河口盐度变化梯度， 进而影响 pco2 分布，同时，淡水一般具有高的 pco2和低的 dic 特点，其注入海洋和河口也会 对海湾和河口的 pco2分布产生较大影响。 对于淡水输入对 pco2分布的影响，cai 和 wang 研究指出美国乔治亚州 hltamaha 和 satilla 河口区的有机物质的呼吸作用使不同河口海域 alk 和 dic 的 输入量有很大不同且在河口低盐区（s10） ，还有着极高的 pco2（1000atm pco26000atm）58。苏征和 richey j.e 等研究发现淡水输入携带物的有机碳 矿化，往往使 co2呈过饱和状态，从而影响 co2分布21-22。张向上对黄河口的 研究指出淡水输入带来的大量营养盐和有机碳通过影响海湾、 河口生物活动而影 响 co223。刘启珍等对胶州湾秋冬季 pco2分布研究指出东部海域由于李村河水 输入的影响表现为大气 co2的源59。 综上所述，温度、生物活动和河流输入等对海湾和河口 pco2分布影响是复 杂多变的，也是相互作用的，pco2分布是多种因素综合作用的结果。 1.3 胶州湾海域 co2通量研究现状 1.3.1 胶州湾海域概况 胶州湾位于山东半岛南岸，周围被青岛市所围绕，是一个典型的半封闭型海 湾， 其属于正规的半日潮，大潮潮差约4.8m，平均潮差约2.8m。注入其中的河 流，如李村河，海泊河，大沽河等皆为季节性河流，汛期集中在7、8、9月份8。 近年来，由于人口增加、水产养殖、无机化肥使用等人类活动的影响，青岛市污 水排海总量由1980年的0.846 108t增加至2011年的4.12 108 t，2011年，青岛市主 胶州湾春、夏季表层水体 pco2分布及季节演变 9 要废水污染物化学需氧量排放总量达到1.58 104t，氨氮的排放总量达到0.13 104 t60（青岛市环保局，2012），而胶州湾的水体平均存留时间较长（大约为52天） 61，陆源输入、城市污水和养殖废水排放带来的污染物不能及时向湾外输入， 造成湾内有机物降解速率显著， 输入湾内的有机物大部分在海湾内完成降解过程 62-63。以秋季为例，大部分海域在6.9mmol o 2 m -3 d-1水平，污染严重的近岸则较 高，个别站位达21.4mmol o2 m-3 d-110，由此产生的co2不容忽视。另一方面，胶 州湾浮游植物活动强烈，多年平均叶绿素浓度达到3.50.9g l-1，多年平均初级 生产力为373 66 mg cm-2 d-1 11。因此，高的有机物降解速率与强烈的浮游植物 活动成为胶州湾水体的典型特征。 胶州湾在具有高的有机物降解速率使有机物矿 化并提供无机碳源的同时，又有很强的浮游植物活动消耗co2。 1.3.2 胶州湾营养盐和浮游植物活动状况 营养盐含量及其结构对海区浮游植物数量及其组成结构具有重要影响， 进而 会影响海区co2通量。胶州湾营养盐含量丰富，陆源输入和污水排放是其主要来 源 64。研究发现湾内各种营养盐浓度在春、夏季以锯齿状的形式呈缓慢上升趋 势，与外源性营养盐增加密切相关65。此外，沿岸海水养殖废水排放也是胶州 湾营养盐、cod等污染物的重要来源66。张继红等研究指出胶州湾近岸由于海 水养殖业的快速发展， 特别是对虾养殖投入的饵料和养殖废水使得养殖海域营养 盐浓度均高于湾内其他海域67。 由于受为人类活动的影响，胶州湾水域营养盐结构发生了明显的变化，liu 等研究发现胶州湾硅和磷的比值明显低于redfield比值，而氮和磷的比值约为 20.5，胶州湾浮游植物生长主要受硅的限制，其次受磷的限制64 68。宋秀贤等 研究发现在湾东北部养殖海域，夏季表层水体各种营养盐含量高于全年数值， nh4+是din的主要组成形态，硝态氮次之。同时也指出此海域无机氮不会成为浮 游植物生长的限制因素，磷酸盐有限制的可能性，而浮游植物生长受控于硅酸盐 的几率最大69。 胶州湾春、夏季表层水体 pco2分布及季节演变 10 胶州湾营养盐结构和数量的变化对湾内浮游植物的种类组成和数量变化都 有一定影响，各季节优势种交替明显70-71。胶州湾浮游植物数量变化存在明显的 夏、冬双峰型结构，夏季陆地径流带来的丰富营养盐造成了浮游植物的高峰，而 冬季和早春则是由于胶州湾湾内以近岸冷水性种星杆藻和广温性种中肋骨条藻 居优势地位，湾内相对稳定的水文、生物等环境条件以及丰富的营养盐条件促成 了冬季浮游植物的高峰72-7365。潘胜军等的研究