（环境科学专业论文）黄河口及附近海域碳参数与营养盐调查研究.pdf

黄河 谨以此论文献给我的导师、家人及所有支持 帮助过我的朋友 殷鹏 长江主流碳的时空输运特征及三峡工程对其影响 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 ( 连! 如遗直甚丝霞塞挂剔虚明的：奎拦亘窒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。 学位论文作者签名： 签字日期：玉相年月知日 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，并同意以 下事项： l 、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c n k i 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) 翩躲j 磷 签字日期：_ i 年b 月p 日 ， 鹩 侮m，1】 孙 月 签 者 年 作 p 文 旧 论 1 位 期 学 日字签 黄河口及附近海域碳参数与营养盐调查研究 黄河口及附近海域碳参数与营养盐调查研究 摘要 河口是海陆相互作用中最为重要的一环，是陆源物质入海的主要通道。河口 的物理、化学、生物过程在空间尺度和时间尺度上的变化程度相对于陆地和海洋 都比较剧烈，这些剧烈的河口过程对陆地向海洋的物质输送能够产生明显的影 响，从而导致物质在海洋中的含量与分布发生变化。黄河是世界上著名的高浑浊 度河流，中游流经富含碳酸盐的黄土高原，强烈的风化作用使水体中无机碳含量 极高，同时近几十年来流域内工农业的快速发展导致了水体中较高的污染物浓 度，因此黄河所输送的陆源物质入海对河口附近海域的碳循环规律和营养状况乃 至整个渤海的生物地球化学过程都会产生重要影响。本世纪初黄河开始实施调水 调沙的生产运作，水沙入海量及时空分布同过去相比均发生较大变化，研究当前 情况下黄河口的碳输运过程及营养状态，对于更加完整、准确地探讨河口附近海 域的环境现状有着重要意义。本文依据2 0 0 9 年5 月对黄河口及附近海域的调查， 结合水文、化学和生物要素数据，对春季黄河口碳输运规律进行了探讨，并对河 口附近海域的营养状况进行了评价。得到的主要结论如下： 1 春季黄河1 3 淡成水混合过程中表层水体p c 0 2 在3 8 3 10 0 2 1 t a t m 之间，平均 值为6 1 5 1 t a t m 。受黄河水的影响淡水端p c 0 2 较高，随着淡咸水的混合呈明显下 降趋势，同此前非汛期调查结果相比并未出现亏损现象。黄河流域强烈的机械侵 蚀和化学风化作用使水体碳酸盐含量极高，碳酸盐体系成为黄河口p c 0 2 的主要 控制因素：温度、浮游植物光合作用和生物好氧呼吸作用对p c 0 2 的分布不构成 主要控制因素。 2 无机碳、有机碳和营养盐的分布均受黄河淡水输入以及海水稀释作用的影 响。淡水端无机碳含量较高，在淡咸水混合过程中与盐度呈负相关关系分布，其 中p i c 的海水端含量减少9 9 而d i c 减少2 5 。当t s s 小于5 6 9 m g l 时，黄河 口无机碳输运以溶解态为主；反之，则以颗粒态为主。有机碳含量同样随着盐度 升高而降低，海水端p o c 和d o c 含量比淡水端分别下降了9 2 和3 5 。当t s s 小于2 5 0 m g l 时，入海有机碳以溶解态为主，反之，以颗粒态为主。硝酸盐、 亚硝酸盐与硅酸盐浓度在淡咸水混合过程中保守降低，氨氮入海浓度高于淡水 端，磷酸盐浓度在混合初期即大幅下降因而海水端浓度较低。d i c 、a l k 并未出 l 厂=碳参数与营养盐调查研究 现低盐区内的亏损现象，可能与本次调查期间较小流量以及海水项托作用有关。 3 黄河口附近海域表层水体p c 0 2 范围在3 1 1 7 2 3 9 a t m2 n ，平均值为 4 8 0 9 a t m 。黄河冲淡水输入的碳酸盐含量较高，受碳酸盐平衡体系影响河1 3 处 p c 0 2 较高；多年来丰水期淡水输入造成河口以南海域表层水体p c 0 2 仍然维持在 较高水平。整个调查海域超过2 3 的面积均为c 0 2 的源区。温度、浮游植物光合 作用和生物好氧呼吸作用对调查海域内p c 0 2 的分布不构成主要控制因素。 4 枯水季节，黄河口附近海域碳系统各参数的分布并非仅由黄河冲淡水所 决定。由于淡水量较小，各参数的分布仅在河口处受其影响有较为明显的高浓度 分布；淡水常年输入物质在河口以南海域的积聚、滞留以及由此带来的沉积物的 二次污染是枯水季节该海域各参数表、底层浓度依然维持较高水平的主要原因。 5 黄河淡水输入造成河口处硝酸盐、亚硝酸盐与硅酸盐浓度较高，氨氮和磷 酸盐不是主要来源于淡水所以浓度低于调查区域内平均水平。南部浅水海域无机 氮有显著高浓度分布，并非是由于淡水直接输入造成，黄河三角洲滨海湿地的水 交换和黄河淡水输入物质的多年积累是枯水季节该海域无机氮浓度较高的主要 原因。北部海域受渤海沿岸流南下影响，存在磷酸盐的高值区。 6 调查海域表、底层n p 分别为2 4 8 和1 4 1 ，磷限制状态严重。整个海域富 营养化指数均小于0 6 ，平均值仅为0 1 8 ，约2 3 的调查区域达到一类水标准， 总体水质状况正常，南部浅水海域污染相对较重。d i n 浓度极高，c o d 和p 0 4 - p 浓度较小，d i n 是黄河口附近海域水质的主要影响因子，需要引起足够的重视。 关键词：黄河口：碳；营养盐 黄河 t h es t u d yo fc a r b o ns y s t e mp a r a m e t e r sa n dn u t rie n t sin t h ey ei io wriv e re s t u a r ya n da d ja c e n tw a t e r s a b s t r a c t a st h em a i nc h a n n e l sf o rt r a n s p o r t a t i o no ft e r r i g e n o u sm a t e r i a l s ，e s t u a r i e sp l a y a ni m p o r t a n tr o l ei nt h e i n t e r a c t i o nb e t w e e nc o n t i n e n t a la n dm a r i n es y s t e m s t h e s p a t i a la n dt i m es c a l ec h a n g e so fp h y s i c a l ，c h e m i c a la n db i o l o g i c a lp r o c e s s e si n e s t u a r i e sa r em o r es e v e r e l yt h a nt h o s ei nc o n t i n e n ta n do c e a n ，w h i c hh a v es i g n i f i c a n t i n f l u e n c eo nt h em a t e r i a l st r a n s p o r t a t i o na n dl e a dt od i f f e r e n c ec o n t e n t sa n d d i s t r i b u t i o n s t h ey e l l o wr i v e r , f a m o u sf o ri t s h i g ht u r b i d i t y , a l s o h a s h i g h c o n c e n t r a t i o no fc a r b o n a t eb e c a u s eo fs t r o n gc h e m i c a lw e a t h e r i n gi nt h eb a s i n , m e a n w h i l e ，t h er a p i dg r o w t ho fi n d u s t r ya n da g r i c u l t u r eh a db r o u g h ts e r i o u sp o l l u t i o n b a s e do nt h er e a s o n sa b o v e ，t h et r a n s p o r t a t i o no ft e r r i g e n o u sm a t e r i a l sf r o mc o n t i n e n t t oa d j a c e n tw a t e rh a si m p o r t a n te f f e c to nc a r b o nc y c l ea n dn u t r i t i o n a ls t a t u si nt h e a d j a c e n tw a t e ra n de v e nb i o g e o c h e m i c a lp r o c e s si nt h ew h o l eb o h a is e a t a k i n gt h e c h a n g e so fw a t e ra n ds e d i m e n tf l u x e sc a u s e db yt h ew a t e ra n ds e d i m e n tr e g u l a t i o n i n t oa c c o u n t ，t h es t u d yf o rc u r r e n ts t a t u so ft h ey e l l o wr i v e re s t u a r yi sn e c e s s a r y i n c o m b i n a t i o n 、砘t ht h ed 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 yc o l l e c t e df r o mt h e y e l l o wr i v e re s t u a r ya n da d j a c e n tw a t e ri nm a y2 0 0 9 ，c a r b o nt r a n s p o r t a t i o n c h a r a c t e r i s t i c sa n de u t r o p h i c a t i o nd e g r e ew e r es t u d i e d t h 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 t h ep c 0 2r a n g e df r o m3 8 3t o10 0 2 p a t m ，a n dh a da na v e r a g eo f615 p a t m d u r i n gt h em i x i n go ff r e s ha n ds a l tw a t e r s h i 曲v a l u ew a so b s e r v e di nf r e s hw a t e r s i d ef f w s ) d u et oy e l l o wr i v e rw a t e ri n p u ta n dd e c r e a s e db ym i x i n go ff r e s ha n d s a l tw a t e r t h ec a r b o n a t es y s t e mw a st h em a i nc o n t r o lf a c t o r so fp c 0 2w h i l et h e t e m p e r a t u r e ，p h o t o s y n t h e s i sa n db i o l o g i c a la e r o b i cr e s p i r a t i o nw e r en o t 2 t h ed i s t r i b u t i o n so fi n o r g a n i cc a r b o n ，o r g a n i cc a r b o na n dn u t r i e n t sw e r ea l l i m p a c t e db yt h ef r e s hw a t e ri n p u ta n ds a l t w a t e rd i l u t i o n i n o r g a n i cc a r b o nh a d o b v i o u s l yh i g hc o n c e n t r a t i o ni nf w sw h i c hh a dan e g a t i v ec o r r e l a t i o nw i t l ls a l i n i t y d u r i n gm i x i n go ff r e s ha n ds a l tw a t e r i nt h es a l tw a t e rs i d e ( s w s ) t h ed r o po fp i c 3 5 ，r e s p e c t i v e l y w h e nt s s = 2 5 0 m g l ，t h er a t i oo fd o c p o ci s1 ，w h i c hi n d i c a t e t h a to r g a n i cc a r b o nt r a n s p o r ti nt h ey e l l o wr i v e re s t u a r yw a sm a i n l yi nt h ef o r mo f p o c c o n c e n t r a t i o n so fn i t r a t e ，n i t r i t ea n ds i l i c a t ew e r ed e c r e a s e dc o n s e r v a t i v e l y , a m m o n i ah a dh i g hv a l u ei ns w st h a nt h a ti nf w s ，p h o s p h a t eh a dl o wv a l u ei ns w s b e c a u s eo fs h a r pd r o pa tt h eb e g i n n i n go fm i x i n go ff r e s ha n ds a l tw a t e r 3 t h ep c 0 2o fa d j a c e mw a t e ro ft h ey e l l o wr i v e re s t u a r yr a n g e df r o m 311 - 7 2 3 1 t a t m ，a n dh a da l la v e r a g eo f4 8 0 1 t a t m i nt h ee s t u a r i n ew a t e ra f f e c t e db yt h e d i l u t e dw a t e rf r o mt h ey e l l o wr i v e r , c a r b o n a t es h o w e das i g n i f i c a n t l yh i g hv a l u ea n d l e dt oh i 曲p c 0 2b yc a r b o n a t es y s t e m i n p u to ff r e s hw a t e ri nw e ts e a s o no v e ry e a r s m a i n t a i n e dh i g hl e v e lo fp c 0 2i nt h es o u t ho fe s t u a r i n ew a t e r t w ot h i r d so ft h e s u r v e ya l e aw a sas o u r c eo fp c 0 2 t h et e m p e r a t u r e ，p h o t o s y n t h e s i sa n db i o l o g i c a l a e r o b i cr e s p i r a t i o nw e r en o tm a i nc o n t r o lf a c t o r s 4 t h ed i s t r i b u t i o mo fc a r b o ns y s t e mp a r a m e t e r sw e r en o to n l yd e t e r m i n e db y t h ef r e s hw a t e rf r o my e l l o wr i v e ri nd r ys e a s o n a st h es m a l la m o u n t , o n l yt h e d i s t r i b u t i o n si ne s m a r i n ew a t e rs h o w e dr e l a t i v e l yh i g hc o n c e n t r a t i o n a c c u m u l a t i o no f m a t e r i a lsi n p u tb yf l e s hw a t e ro v e ry e a r sa n ds e c o n d a r yp o l l u t i o no fs e d i m e n t si nt h e s o u t ho fe s t u a r yw e r et h er e a s o n st h a tm a i n t a i n e dh i 曲s u r f a c ea n d b o t t o m c o n c e n t r a t i o n si nt h i sa r e ai nd r ys e a s o n 5 t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tf r e s hw a t e rf r o mt h ey e l l o wr i v e rw a st h em a i n s o u r c eo ft h en 0 3 - n ，n 0 2 - na n ds i 0 3 s i ，w h i c hh a dh i i 曲一v a l u ea r e a so fs u r f a c e c o n c e n t r a t i o ni nt h ee s t u a r y t h ec o n c e n t r a t i o n so fn h 4 - na n dp 0 4 - pi nt h ee s t u a r y w e r el o w e rt h a nt h ea v e r a g el e v e l sw h i c hm e a n td i l u t e dw a t e rw a sn o tt h em a i n s o u r c e s i g n i f i c a n t l yc o n c e n t r a t i o n so fi n o r g a n i cn i t r o g e no b s e r v e di nt h es o u t hs h o a l a r e aw e r en o td i r e c t l yc a u s e db yi n p u to fd i l u t e dw a t e rf r o my e l l o wr i v e r , w h i l et h e w a t e re x c h a n g ei nt h ey e l l o wr i v e rd e l t aw e t l a n da n dt h ea c c u m u l a t i o n so fm a t e r i a l s f r o md i l u t e dw a t e rw e r et h em a i nr e a s o n sw h i c hr e s u l t e dt h eh i 曲c o n c e n t r a t i o n si n c o n c e n t r a t i o nn e e d e de n o u g ha t t e n t i o n k e yw o r d s ：y e l l o wr i v e re s t u a r y ；c a r b o n ；n u t r i e n t s v 1 4 黄河口概况及研究现状1 0 1 4 1 黄河口概况10 1 4 2 黄河输入对渤海的影响1 3 2 站位布设、样品的采集与分析1 6 2 1 站位布设1 6 2 2 样品采集与分析1 7 2 2 1 样品的采集17 2 2 2 样品分析方法17 32 0 0 9 年春季黄河口淡咸水混合区碳系统参数、营养盐变化2 0 3 1 淡咸水混合区水文数据及p c 0 2 变化一2 0 3 2 淡咸水混合区碳系统各参数的变化及影响因素。2 2 3 2 1 悬浮物与颗粒无机碳2 2 3 2 2 溶解无机碳2 4 3 2 3 碱度2 6 3 2 4 颗粒有机碳2 7 3 2 5 浮游植物对颗粒有机碳的贡献2 9 3 2 6 溶解有机碳3 0 3 3 淡咸水混合区营养盐的变化3 2 3 4 淡咸水混合区p c 0 2 的影响因素3 5 3 4 1 温度对p c 0 2 的影响3 5 3 4 2 光合作用对p c 0 2 的影响3 6 3 4 3 呼吸作用对p c 0 2 的影响3 6 3 4 4 碳酸盐体系对p c 0 2 的影响3 8 本章小结4 0 _ - _ _ _ 42 0 0 9 年春季黄河口附近海域碳系统参 养盐调查研究 数分布特征。4 1 4 1 黄河口附近海域基本水文参数与p c 0 2 分布4 1 4 2 黄河口附近海域碳系统各参数的分布4 3 4 2 1 溶解无机碳与碱度的分布4 3 4 2 2 总悬浮物与颗粒无机碳的分布4 5 4 2 3 溶解有机碳与颗粒有机碳的分布4 6 4 2 4 高锰酸盐指数的分布4 7 4 2 5 叶绿素的分布。4 8 4 3 黄河口附近海域p c 0 2 的影响因素4 9 4 3 1 温度对p c 0 2 的影响4 9 4 3 2 光合作用对p c 0 2 的影响4 9 4 3 3 呼吸作用对p c 0 2 的影响5 0 4 3 4 碳酸盐体系对p c 0 2 的影响5 2 本章小结_ 5 3 52 0 0 9 年春季黄河口附近海域营养现状评价5 5 5 1 营养盐分布特征一5 6 5 1 1 无机氮垂直及水平分布5 6 5 1 2p 0 4 p 垂直及水平分布5 8 5 1 3s i 0 3 s i 垂直及水平分布5 9 5 2 营养状况评价5 9 5 2 1 营养盐结构5 9 5 2 2 海水水质。6 0 5 2 3 富营养化分析。6 1 本章小结6 2 6 结j 沧6 3 参考文献6 5 已发表文章7 5 2 黄河口及附近海域碳参数与营养盐调查研究 0 前言 全球碳的存有量约2 6 x 1 0 1 6 吨，但其中9 6 2 ( 2 5 x 1 0 1 6 吨) 以碳酸盐的形 式贮存于岩石中，另外2 9 ( 7 5 x 1 0 1 6 吨) 的碳是地层中的有机化合物。实际上 参与圈层间交换与循环的碳只占其总量的0 9 。在这部分参与循环的碳中，大 气中的二氧化碳气体约占1 6 ( 3 7 4 x 1 0 1 2 吨) ，构成现存生物量的有机碳大约占 1 ( 2 3 4 x 1 0 1 2 吨) ，其余的是海水中和海底沉积物中的固体碳( 1 8 2 x 1 0 m 吨) 。 因此，从空间的角度讲，目前的碳循环研究主要分为陆地碳循环和海洋碳循环两 部分。 河流碳循环是连接全球陆地和海洋碳库的主要环节，是全球碳循环中重要的 流通途径。据统计河流每年向海输入约1 g tc ，其中有机碳4 0 、无机碳6 0 ( l u d w i ge ta l ，1 9 9 6 ) ，因此河流是陆海两大碳库之间碳交换的重要通道，在全 球碳循环中扮演重要角色。作为陆地侵蚀物质输入海洋的最终通道，河口系统是 准确评估陆地碳循环和海洋碳循环净通量的重要补充环节，它记录、响应流域陆 地碳生态系统演变并将人类对陆地碳生态系统的扰动波及到海岸带及海洋系统。 河口是指一个位于海陆交汇地带的水体，陆地径流和海水在此相互混合，最 主要的特征是水体的盐度从河水接近于零连续增加到正常海水的数值( s = 3 5 ) 以及水动力条件变化的复杂性。在这里来自陆地的径流( 河水) 与海水相互混合， 是物质和能量交换最频繁和影响最显著的地方。海陆相互作用引起的一系列问题 在河口地区的反应很敏感，人类活动带来的自然环境变化在河口地区也表现得十 分深刻( 李凡等，1 9 9 6 ；刘瑞玉等，1 9 9 7 ) 。作为陆地侵蚀物质输入海洋的最终 通道，河口系统是准确评估陆地碳循环和海洋碳循环净通量的重要环节，它记录、 响应流域陆地碳生态系统的演变并将人类对陆地碳生态系统的扰动波及到海岸 带及海洋系统。 黄河是中国第二长河和世界上输沙量最多的河流，也是输入渤海河流中流量 最大的一条，每年向莱州湾及渤海注入丰富的营养物质，为浮游植物的生长繁殖 提供物质基础。但是上世纪7 0 年代以来由于黄河上中游用水量的增加，黄河入 海水量逐渐减少。黄河水体富含碳酸盐，大量冲淡水入海后必然对莱州湾乃至整 个渤海碳的行为特征产生较为显著的影响。尤其是调水调沙工程运行以来，通过 对水库和下游河道进行冲刷，大量淡水和泥沙输送入海，粗颗粒泥沙在河口口门 与营养盐调查研究 附近迅速沉积，而细颗粒泥沙在输送过程中逐渐沉积，泥沙中所携带的各种形态 碳的分布、运移因此而发生较大变化。 当前的相关研究主要针对莱州湾或者整个渤海范围内的营养状况以及碳输 运特征，在黄河口及附近海域设站较少，由于黄河口的河口过程往往发生在极小 的范围内，许多现象在上述报道中体现的不够明显。另外，黄河受人为影响很大， 建坝蓄水、调水调沙等人工水利措施在很大程度上影响径流量的变化，进而影响 河口过程的发生及演变。尽管此前对黄河口已经有了相关研究，但是为尽可能反 映不同年份、不同季节黄河口及附近海域碳参数与营养状况的一般规律，探寻其 内在联系、分析异同及可能原因，有必要进行进一步的调查研究。 鉴于上述原因，本文根据2 0 0 9 年5 月对黄河口及附近海域的调查，结合水 文、化学和生物要素数据，对枯水季节黄河口碳的组成、分布等规特征律进行了 探讨，并对河口附近海域的营养状况进行了评价。 由于个人能力和学识水平有限，对于问题的认识和理解还比较肤浅，尚存在 许多不足之处，恳请诸位专家和老师给予批评指正。 2 黄河口及附近海域碳参数与营养盐调查研究 1 文献综述 1 1 全球碳循环 全球碳的存有量约2 6 x 1 0 1 6 吨，其中以碳酸盐的形式贮存于岩石中的约占 9 6 2 ( 2 5 x 1 0 1 6 吨) ，如石灰岩、大理岩等，另外如煤、石油等地层中的有机化 合物约占2 9 ( 7 5 x 1 0 1 6 吨) 。这些固体或液体状态的碳是全球碳循环的贮存库， 自然条件下几乎不参与全球碳循环过程。实际上仅有碳总量的0 9 参与圈层间 交换与循环。在这部分参与循环的碳中，大气中的二氧化碳气体约占1 6 ( 3 7 4 x 1 0 1 2 吨) ，构成现存生物量的有机碳大约占1 ( 2 3 4 x 1 0 1 2 吨) ，其余的是 海水中和海底沉积物中的固体碳( 1 8 2 x 1 0 1 4 吨) 。 图1 19 0 年代全球碳循环模式( cs a b i n e ) 1 1 1 陆地碳循环 陆地生态系统碳循环包括许多复杂过程。陆地生态系统的土壤、气候、多样 性和植被均存在空间和时间上的极大差异，各种不同类型生态系统的反应速度、 分解速度和碳蓄积能力也有着较大差异，而且陆地生态系统更易受人类活动的调 控，这些都增加了陆地碳循环研究中的不确定性。随着c 0 2 浓度的不断升高， 陆地生态系统很有可能是人类活动引起的碳排放的一个潜在碳汇。在过去的三十 年中，全球碳循环研究一直是围绕着“碳失汇 问题展开，“碳失汇”是指全球 碳汇( s i n k ) 与碳源( s o u r c e ) 之间无法达到平衡，二者之间存在着一个很大的 未知汇。尽管政府间气候变化专门委员会( i p c c ) 报告和有些研究结果表明陆 地生态系统可能是大气c 0 2 的一个汇，但仍然缺乏大量科学数据的支持。目前 依据大气c 0 2 浓度测量数据的大气传输模型分析认为在北半球中纬度地区存在 3 黄河口及附近海域碳参数与营养盐调查研究 着一个巨大的陆地碳汇，固定了大部分全球碳循环中去向不明的c 0 2 ( p a c a l ae l a 1 ，2 0 0 1 ；s c h l m e le ta 1 ，2 0 0 1 ) ，由于北半球中高纬度温带和寒带森林分布面积广， 陆地生态系统对气候变化更加敏感，因此该地区成为全球变化和陆地碳循环研究 的重点。 1 1 2 海洋碳循环 海洋是全球生态系统重要组成部分，在地球系统中与大气、陆地紧密联系在 一起，在调节全球气候方面发挥这举足轻重的作用( 宋金明，2 0 0 6 ) 。海洋通过 “溶解度泵”和“生物泵”两种机制从大气中吸收c 0 2 ( r a v e na n df a l k o w s k i ， 1 9 9 9 ) 。溶解度泵是指大气中c 0 2 通过物理化学过程进入海洋，并以碳酸盐形式 进入深海；生物泵是指大气c 0 2 通过海洋表层的生物活动吸收以有机碳形式进 入深海。全球海洋每年从大气中吸收约2 g tc ( t a k a h a s h ie la 1 ，2 0 0 2 ) ，而近2 0 0 年来海洋和陆地生态系统所吸收的c 0 2 中7 5 储存在海洋中，因此海洋极有可 能是人为c 0 2 最重要的汇( s a b i n ee la 1 ，2 0 0 4 a ) 。 尽管近海的面积仅占海洋表面积的5 7 ，但是其初级生产力却占全球海洋 的2 0 - - 3 3 ( 5 0 g ty r 1 ) ( l o i c z ；h e d g e se la 1 ，1 9 9 7 ) 。同时近海是比开阔大洋更 复杂的系统，受到陆地、河流以及近岸上升流等诸多因素的影响，因而近海的 c 0 2 源汇格局及其控制过程也就复杂的多。作为当今碳循环领域研究的热点，近 海碳系统的源汇问题及其强度尚存在较大争议。 s m i t h 等认为近海是异养的，每年向大气释放0 2 5 g tc ( s m i t ha n dh o l l i b a u g h , 19 9 3 ；s m i t ha n dm a c k e n z i e 19 8 7 ) 。h o l l i g a na n dr e i n e r s ( 19 9 2 ) 估算出近海每年 的c 0 2 释放总量大约在0 4 g tc ，而v e re la l ( 1 9 9 9 a ) 的估算结果为0 1 g tc 。然 而d u c k l o wa n dm c c a l l i s t e r ( 2 0 0 4 ) 的计算表明近海实际上是自养的，每年从大 气吸收2 1 g tc 的c 0 2 。t e m o ne la l ( 2 0 0 0 ) 通过对巴西北部附近大西洋赤道海 域共3 个航次的调查指出，受亚马逊河淡水输入的影响，西部海域表现为c 0 2 的汇区，而中部和东部则是源区。w a n g 等( 2 0 0 5 ) 认为美国大西洋沿岸总体表 现为c 0 2 的一个强源区，其c 0 2 年释放率为3 0 9cm 2 。s c h i e t t c c a t t e 等( 2 0 0 7 ) 报道北海南部湾生物活动较为强烈，受此影响该海域全年表现为c 0 2 的一个汇。 z h a ie ta l ( 2 0 0 5 ) 对中国南海北部海域进行了研究，指出该海域是大气c 0 2 的源， p c 0 2 的季节变化主要受控于表层水温。张龙军等( 1 9 9 9 ) 提出冬季受垂直混合 4 黄河口及附近海域碳参数与营养盐调查研究 作用的影响，东海陆架区是c 0 2 的源而黑潮水是c 0 2 的汇；夏季受生物活动的 影响，东海陆架区成为c 0 2 的汇而黑潮水影响区域则成为c 0 2 的源。江春波等 ( 2 0 0 6 ) 指出夏季南黄海p c 0 2 的分布具有极大的不均匀性，长江冲淡水影响区 域是汇区，但总体上仍然是大气c 0 2 的一个弱源。宋美芹等( 2 0 0 7 ) 认为初春 季节，黄海p c 0 2 的分布受生物活动影响，但是由于底层水的涌升作用仍然表现 为大气c 0 2 的源区。张龙军等( 2 0 0 8 ) 报道冬季北黄海整体上表现为c 0 2 的源 区，p c 0 2 的分布受温度、碳酸盐体系和生物活动共同影响。由于河流的输入支 持了较高的p c o ：，夏季渤海整体表现为大气c 0 2 的源区( 张龙军等，2 0 0 8 ) 。 1 1 3 河流碳循环 河流碳循环是发生在河流系统中的碳元素的生物地球化学循环，指流域中不 同源的碳元素在机械、生化及人类活动等作用下以各种不同形式进入河网系统并 随河流输移的全过程。其作用在于连接全球几大碳库( 大气、海洋、陆地生态系 统、岩石圈) ，在碳库界面处进行碳交换，且具有定向性，总是从一个碳库流向 另一个碳库，是全球碳循环中重要的流通途径。据统计，河流每年向海输入约 1 g tc ，其中有机碳4 0 、无机碳6 0 ( l u d w i ge ta l ，1 9 9 6 ) ，因此河流是陆海两 大碳库之间碳交换的重要通道，在全球碳循环中扮演重要角色。 河流及海洋中的碳主要以四种形式存在，包括颗粒无机碳( p i c ) 、溶解无机 碳( d i c ) 、颗粒有机碳( p o c ) 和溶解有机碳( d o c ) ，p c 0 2 作为d i c 中活性 较大的一部分，也常常被单独研究。 1 p i c 主要指水体中携带的未溶解碳酸盐矿物，主要分为外源碳酸盐和自生 碳酸盐。外源碳酸盐是指由河流流域母岩风化产生、由地表径流搬运至河流水体 的碳酸盐；自生碳酸盐包括河流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。地表径流通过冲刷、侵蚀等 作用使陆地上的碳酸盐岩发生岩溶作用，并经过河口进入到海洋中。c a u w e te ta l ( 1 9 9 3 ) 通过对长江和黄河的研究指出，黄河水体中p i c 占总碳通量的7 1 4 ， 在总悬浮物中约占1 7 ，随着河流混浊度增加，p i c 在总碳通量中所占的比例 也明显增加。 2 气体c 0 2 溶解于水生成的h c 0 3 、c 0 3 厶、溶解态的c 0 2 以及h 2 c o a 是构 成水体中d i c 的重要成分( 高学鲁，2 0 0 5 ) ，陆地基岩的化学风化过程也消耗大 5 黄河口及附近海域碳参数与营养盐调查研究 气和土壤空气中的c 0 2 ，并生成h c 0 3 离子，这是促使p i c 向d i c 转化的重要 作用。张龙军等( 2 0 0 9 ) 根据2 0 0 6 年秋季对黄河干流的研究指出，受流域内强 烈的机械侵蚀和化学风化作用影响，黄河水体中d i c 浓度范围在3 6 - 5 0 m g l 之 间，普遍高于世界其他河流。来自河流输入、有机碳矿化及上升流的d i c 能够 给海洋增加丰富的无机碳，提高水体的p c 0 2 ，从而使海洋表现为大气c 0 2 的源 ( f r a n k i g n o u u ee ta 1 ，1 9 9 8 ；r a y m o n d e t 8 1 ，2 0 0 1 ；s a r m a e t a 1 ，2 0 0 1 ； m u k h o p a d h y a ye ta 1 ，2 0 0 2 ) 。 3 p o c 分为外源的和自生的两类。自生p o c 是由水体中的叶绿体经光合作 用所产生的颗粒物，外源p o c 主要来源于土壤侵蚀，陆生植物的种子、叶、茎， 人类生产、生活的排废物也是p o c 的主要来源。悬浮物是p o c 的主要载体，而 p o c 又只与t s s 的浓度有关。全球河流p o c 通量约为0 1 7 3g t c y 1 ( l u d w i g e ta l ，1 9 9 6 ) 。5 9 的p o c 由t s s 浓度在5 0 0 1 5 0 0 m g l 的河流输送，这些河流搬 运了全球约4 5 的t s s ，它们大多位于亚洲东部和南部( i t t e k k o tv e ta 1 ，1 9 8 5 ) 。 4 d o c 主要包括一些腐殖质、多糖、多肽和胶体物质等，还有其它一些碳 氢化合物、氨基酸和脂类等。水体中的d o c 可划分为外源的和自生的两类。外 源d o c 来自有机质的降解产物和人类生产、生活的排废物；自生d o c 源于水 体浮游植物的光合作用。全球河流d o c 通量约为0 2 0 5g t c y l ( l u d w i ge ta l ， 1 9 9 6 ) ，不同地区的河流d o c 通量存在差异。而海洋中的d o c 可划分为两部分， 即陆地来源的和原地生成的，两者比例相当( m a n t o u r ae ta 1 ，1 9 8 3 ) 。 1 2 河口特殊性 河口是指一个位于海陆交汇地带的水体，陆地径流和海水在此相互混合，最 主要的特征是水体的盐度从河水接近于零连续增加到正常海水的数值( s = 3 5 ) 以及水动力条件变化的复杂性。在这里来自陆地的径流( 河水) 与海水相互混合， 是物质和能量交换最频繁和影响最显著的地方。海陆相互作用引起的一系列问题 在河口地区的反应很敏感，人类活动带来的自然环境变化在河口地区也表现得十 分深刻( 李凡等，1 9 9 6 ；刘瑞玉等，1 9 9 7 ) 。作为陆地侵蚀物质输入海洋的最终 通道，河口系统是准确评估陆地碳循环和海洋碳循环净通量的重要环节，它记录、 响应流域陆地碳生态系统的演变并将人类对陆地碳生态系统的扰动波及到海岸 6 黄河口及附近海域碳参数与营养盐调查研究 带及海洋系统。 近年来，河口c 0 2 分压的研究得到越来越多的关注。c a ie ta l ( 1 9 9 9 ) 在美 国东南5 条河口观测到表层水p c 0 2 与溶解氧饱和度呈负相关，推测这些河口 p c 0 2 可能受生物呼吸作用控制。m u k h o p a d h y a yc ta l ( 2 0 0 2 ) 通过对印度的 h o o g h l y 河口区的研究，提出陆源有机物的分解导致水体c 0 2 呈高度过饱和状态。 但同时河水也引入高浓度营养盐，引起浮游植物繁殖，增强光合作用，吸收c 0 2 。 z h a ie ta l ( 2 0 0 5 ) 指出珠江口盐