（环境科学专业论文）胶州湾秋冬季海气界面co2源汇的季节演变.pdf

i i iiii ii i ii i i ii i i iiil y 18 3 0 3 9 3 胶州湾秋冬季海一气界面c 0 2 源, e 的季节演变 学位论文完成日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 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 ( 逵；如遗直基丝盂薹挂剔直盟的! 奎拦豆窒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：刘启哆签字日期：加p 年多月7 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。( 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：刘窟珍 导师签字： 签字日期：z d 扣年6 月f7 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 讳 签字日期：科戽6 月f 户 电话： 邮编 胶州湾秋冬季海一气界面c 0 2 源汇的季节演变 摘要 陆架边缘海作为陆地与大洋间的过渡地带，由于紧邻陆地以及特殊的地理构 造使其极易受人类活动影响，同时由于初级生产力、有机物矿化、上升流、河流 输入等过程的影响，使得陆架边缘海c 0 2 源汇机制较为复杂，成为各国学者研 究的热点。河口、海湾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， 也成为陆海相互作用和全球碳循环的研究焦点之一。然而对于中国陆架边缘海区 以及河口海湾碳循环及碳源汇机制的研究仍比较薄弱。本文依据2 0 0 7 年l1 月 和2 0 0 8 年2 月对胶州湾两个航次的调查资料以及现场走航实测的p c 0 2 数据， 并结合水文、化学和生物等要素的同步观测资料，分析了表层海水p c 0 2 的分布 特征、季节变化规律和c 0 2 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p c 0 2 分布格局和源汇季节变化的影响。 秋季胶州湾表层海水p c 0 2 最高值位于李村河口，并从李村河口向西南方向 呈递减趋势。p c 0 2 测得值在3l5 7 2 0 “a t m 之间，平均值为4 2 3 p a t m 。a p c 0 2 在 8 2 2 3 5 p a t m 之间，平均为3 2 p a t m ，整体上表现为大气c 0 2 的源。温度对秋季 p c 0 2 分布的影响不大。秋季胶卅i 湾受城市化影响较为严重，近岸区有机污染程 度要明显大于中间及湾口海域。有机物降解培养实验表明：秋季胶州湾的有机物 耗氧呼吸速率已处于较高水平，在p c 0 2 和d o c 偏高的海域有机物耗氧呼吸作 用速率也高，有机物降解对秋季胶州湾p c 0 2 的分布有着很大的影响。同时陆源 输入和海水养殖等给胶州湾带来了较为丰富的营养盐，浮游植物活动对湾内大部 分海域p c 0 2 的分布影响也较大( 除去湾口和东北部养殖海域) ，特别是c h l a 和d o 饱和度含量较高的西部近岸海域，浮游植物活动是造成此海域成为大气 c 0 2 弱汇的主要原因。秋季有机物降解和浮游植物活动是影响胶州湾p c 0 2 分布 的主要因素。 冬季胶州湾表层海水p c 0 2 最低值位于湾东北部，并从湾北部到湾口呈梯度 递增。p c 0 2 测得值在1 4 5 - 3 6 1 p a t m 之间，平均值为2 3 6 “a t m ，a p c 0 2 在2 3 5 7 0 1 a a t m 之间，平均为13 5 9 a t m ，表现为大气c 0 2 的强汇。冬季由于陆地基本封 冻，除城市化影响严重的东部近岸海域外，其他海域暂时不受陆源影响。冬季温 度变化范围不到l ，温度对p c 0 2 分布的影响很小，几乎可以忽略。同时由于 冬季湾内污染情况较轻，温度和异养细菌数量降低，因此有机物降解对p c 0 2 的 影响微弱。但由于冬季湾内水文、生物等环境条件相对较稳定以及冬季大风作用 将底层丰富的营养盐带至表层，造成了浮游植物的高峰，冬季旺盛的浮游植物活 动是影响胶州湾p c 0 2 分布的主要因素。 本文利用平均风速及l i s s & m e r l i v a t ( 1 9 8 6 ) 、w a n n i n k h o f ( 1 9 9 2 ) 和m c g i i l i s e ta 1 ( 2 0 0 4 ) 三种模式计算结果的平均值估算了胶州湾月际c 0 2 通量，并计算了 胶州湾秋、冬季碳通量。1 1 月份c 0 2 通量为2 7 6m m o lm 2 d 一，2 月份c 0 2 通量 为1 4 5 4m m o lm 之d 。秋季胶州湾整体上表现为大气c 0 2 的源，可向大气排放 0 9 0 x 1 0 3t c ；冬季胶州湾表现为大气c 0 2 的强汇，可从大气吸收4 7 6 x 1 0 3t c 。可 以看出，胶州湾c 0 2 源汇季节变化显著，冬季的碳吸收通量约为秋季碳释放通 量的5 倍多。分析表明：温度、有机物降解和浮游植物活动等因素在胶州湾秋冬 季p c 0 2 及c 0 2 通量的季节变化过程中起着重要的作用。通过t a k a h a s h i ( 19 9 3 ) 温度校正公式和t a k a h a s h ie ta 1 ( 2 0 0 2 ) 的计算方法得出的结果也表明：在p c 0 2 的季节变化过程中，温度和生物活动对p c 0 2 产生的影响作用大小相当，温度和 生物活动共同控制着胶州湾秋冬季p c 0 2 的季节变化。 关键词：胶州湾；筇0 ：；控制机制；季节变化 t h es e a s o n aie v oiu tio no fc 0 2s o u r c e s in kb e t w e e n a u t u m na n dwin t erlndia o z h 0 ubayi i 一 n a b s t r a c t c o n t i n e n t a ls h e l fa sat r a n s i t i o nz o n eb e t w e e nt h el a n da n dt h eo c e a n ，i se a s i l y i m p a c t e db ya n t h r o p o g e n i ca c t i v i t i e sb e c a u s eo fi t sa d j a c e n tt ot h el a n da n ds p e c i a l g e o g r a p h ys t r u c t u r e ，i na d d i t i o nt op r i m a r yp r o d u c t i o n ，m i n e r a l i z a t i o n ，u p w e l l i n ga n d r u n o 仃w h i c hm a k ei tc o m p l i c a t e dt oe v a l u a t ei t sc 0 2s i n k s o u r c em e c h a n i s m ，a n d a l s ot h eh o ts p o tf o ra l lt h er e s e a r c h e r sa r o u n dt h ew o r l d a st h em o s ti n t e n s i f y i n t e r a c ta r e ab e t w e e nt h el a n da n do c e a ne c o s y s t e m ，e s t u a r ya n db a yh a sb e c o m et h e h i g h l i g h tr e s e a r c h i n ga r e ai nl a n d - o c e a ni n t e r a c t i o na n dg l o b a l c a r b o nc y c l e b u t t h e r e sn o te n o u g hd i s c u s s i o no nt h ec a r b o nc y c l ea n ds i n k s o u r c em e c h a n i s mo f c h i n ac o n t i n e n t a l s h e l f , e s t u a r ya n db a y d i s t r i b u t i o ns e a s o n a l v a r i a t i o na n d i n f l u e n c i n gf a c t o r so ft e m p e r a t u r e ，o r g a n i cd e g r a d a t i o na n dp h y t o p l a n k t o na c t i v i t y w e r ed i s c u s s e db a s e do nt h ed a t ao b t a i n e d t h r o u g h c o n t i n u o u s u n d e r w a y m e a s u r e m e n t so fs u r f a c ew a t e rp c 0 2a n da s s o c i a t e dp a r a m e t e r si nj i a o z h o ub a yi n n o v e m b e r ，2 0 0 7a n df e b r u a r y ，2 0 0 8 t h eh i g h e s tv a l u eo f p c 0 2a p p e a r sa tt h el i c u nr i v e re s t u a r y ，a n dd e c r e a s ef r o m t h el i c u nr i v e re s t u a r yt ot h es o u t h w e s to ft h eb a yi na u t u m n t h ep c 0 2r a n g ef r o m 315t o7 2 0p a t ma n dt h ea v e r a g ei s4 2 3l a a t m ，a p c 0 2r a n g ef r o m 一8 2t o2 3 5i t a t m a n dt h ea v e r a g ei s3 2p a t m t h ew h o l ej i a o z h o ub a ya c t sa sas o u r c ei na u t u m n t e m p e r a t u r ed o n tp l a yt h em a i nr o l eo nt h ed i s t r i b u t i o no fp c 0 2 u r b a n i z a t i o nh a s g r e a t l ya f f e c t e dt h ej i a o z h o ub a yi na u t u m na n dt h ee x t e n to fo r g a n i cp o l l u t i o ni nt h e n e a rs h o r ea r e ai sa p p a r e n t l yh i g h e rt h a nt h em i d d l ea n dt h em o u t ho ft h eb a y t h e e x p e r i m e n to fo r g a n i cd e g r a d a t i o ns h o w st h a tt h er e s p i r a t i o nl e v e lo fj i a o z h o ub a yi s o naq u i t eh i g hl e v e l ，p c 0 2a n dd o ci s a l w a y sc o r r e s p o n dw i t ht h el e v e l o f r e s p i r a t i o n ，a n dt h ed i s t r i b u t i o no f p c 0 2i sg r e a t l ya f f e c t e db yo r g a n i cd e g r a d a t i o n i n t h em e a nt i m e ，b e c a u s eo fa f f l u e n tn u t r i e n tb r o u g h ti nc a s eo fr u n o f fa n ds e a c u l t u r e ， a p a r tf r o mt h em o u t ho ft h eb a ya n dt h es e a c u l t u r ea r e ai nt h en o r t h e a s tb a y ， p h y t o p l a n k t o na c t i v i t ya l s oh a sa f f e c t e dt h ed i s t r i b u t i o no ft h eb a y ，e s p e c i a l l yt h e w e s t e r nc o a s t a la r e aw h e r ec h laa n dd os a t u r a t i o nv a l u ei sh i g h t h ed i s t r i b u t i o no f p c 0 2i na u t u m ni sm a i n l ya f f e c t e db yo r g a n i cd e g r a d a t i o na n dp h y t o p l a n k t o na c t i v i t y t h e r e sa no b v i o u ss t e p w i s ed i s t r i b u t i o no f p c 0 2i nj i a o z h o ub a yw i n t e rw h i c h i n c r e a s i n gf r o mt h en o r t h e r np a r tt ot h em o u t ho ft h eb a y t h ep c 0 2v a l u er a n g ef r o m 14 5t o3 61i t a t mw i t ht h ea v e r a g e2 3 6u a t m ，a p c 0 2v a l u eb e t w e e n - 2 3 5t o 一7 0p a t m w i t ht h ea v e r a g e 一135 a t m t h ew h o l ej i a o z h o ub a ya c t sa sas t r o n gs i n ki nw i n t e r i nc a s eo ft h ef r e e z i n go ft h el a n d ，e x c e p tt h ee a s tn e a rs h o r ea r e aw h i c hi sg r e a t l y a f f e c t e db yt h eu r b a n i z a t i o n ，o t h e rp a r to ft h eb a yi sh a r d l yi n f l u e n c e db yt h el a n d t e m p e r a t u r e si n f l u e n c eo nt h ed i s t r i b u t i o no ft h ep c 0 2c a nb en e g l e c t e ds i n c et h e v a r i a t i o nr a n g eo ft h et e m p e r a t u r ei sa b o u t1 o r g a n i cd e g r a d a t i o nh a sw e a k i n f l u e n c eo nt h ep c 0 2w h e r e a st h ep o l l u t i o nl e v e l ，t e m p e r a t u r ea n dt h ea m o u n to ft h e h e t e r o t r o p h yb a c t e r i ai sl o w i nt h i s p a p e r ，t h r e eg a se x c h a n g ec o e f f i c i e n t sc a l c u l a t e df r o mt h el i s s & m e r l i v a t ( 19 8 6 ) ，w a n n i n k h o f ( 19 9 2 ) ，m c g i l l i se ta 1 ( 2 0 0 4 ) a n dt h ea v e r a g ew i n ds p e e d a r eu s e dt oe s t i m a t et h em o n t h l ya n d s e a s o n a l l yf l u xo ft h ej i a o z h o ub a y t h ec a r b o n f l u xi s2 7 6m m o lm 2d i nn o v e m b e ra n d 1 4 5 4m m o lm 。2d i nf e b r u a r y i n a u t u m n ，t h ew h o l eb a ya c t sa sas o u r c ea n dc a nr e l e a s e0 9 0 幸10 t ct ot h ea t m o s p h e r e i nw i n t e r ，t h ew h o l eb a ya c t sa sas t r o n gs i n ka n dc a na b s o r ba b o u t4 7 6 曩10 t cf r o m t h ea t m o s p h e r e i tc a nb ef o u n dt h a ts e a s o n a lv a r i a t i o no fc 0 2s o u r c e s i n ki nj i a o z h o u b a yi ss i g n i f i c a n t t h ea b s o r b i n gf l u x i nw i n t e ri sa b o u tf i v et i m e so fa u t u m n s r e l e a s i n g t h er e s u l t ss h o wt h a tt e m p e r a t u r e ，o r g a n i cd e g r a d a t i o na n dp h y t o p l a n k t o n a c t i v i t yp l a yi m p o r t a n tr o l e si ns e a s o n a lv a r i a t i o no f p c 0 2a n dc 0 2f l u xf r o ma u t u m n t ow i n t e r t h er e s u l t sc a l i b r a t e da n dc a l c u l a t e df r o mt a k a h a s h i ( 19 9 3 ) a n dt a k a h a s h i e ta 1 ( 2 0 0 2 ) c a l c u l a t i o n sa l s os h o w e dt h a tt h er o l eo ft e m p e r a t u r ea n db i o l o g i c a l a c t i v i t i e si ns e a s o n a lv a r i a t i o no fp c 0 2a r ea b o u tt h es a m e ，a n dt h e yc o n t r o lt h e s e a s o n a lv a r i a t i o no f p c 0 2t o g e t h e r k e y w o r d s ：j i a o z h o ub a y ；p c 0 2 ；c o n t r o lm e e h a n i s m ：s e a s o n a l v a r i a t i o n 目录 0 引言1 1 文献综述3 1 1 陆架边缘海碳循环研究的重要意义3 1 2 边缘海p c o 。分布的控制因素5 1 2 1 盐度和温度5 1 2 2 生物活动6 1 2 3 海洋环流7 1 2 4 河流输入8 1 3 陆架边缘海海一气界面c o ：通量的研究现状9 1 3 1 边缘海c o 。通量研究现状9 1 3 2 河口、海湾c o ：通量研究现状1 0 1 4 胶州湾海域概况及生源要素、碳循环研究现状1 l 1 4 1 胶州湾海域概况1 1 1 4 2 营养毓分布状况1 2 1 4 3 叶绿素a 及初级生产力研究状况1 3 1 4 4 胶州湾碳循环研究现状1 4 1 5 海一气界面c o 。通量的估算方法1 5 1 5 1 海一气界面c o 。通量的计算模式1 5 1 5 2 调查海域海一气界面碳通量的估算方法1 6 2 站位设置及实验方法：1 8 2 1 研究海域站位设置1 8 2 2 实验方法1 8 2 2 1 温度和盐度的测定1 8 2 2 2 碳酸盐系统参数测定1 9 2 2 3 其他参数的测定2 0 3 秋季胶州湾表层海水邱o 。分布及影响因素2 1 3 1 秋季胶州湾表层海水水文特征2 l 3 1 1 秋季胶州湾表层海水温盐分布2 1 3 1 2 秋季胶州湾表层海水t s s 分布2 2 3 2 秋季胶州湾表层海水各形态碳参数的分布2 3 3 2 1 秋季胶州湾表层海水o 。分布2 3 3 2 2 秋季胶州湾表层海水p h 、a l k 和d t c 分布2 3 3 3 秋季胶州湾水一气界面筇0 ：控制机制探讨2 5 3 3 1 秋季胶州湾表层历0 ：与温、盐关系2 5 3 3 2 叶绿素e l 与d 0 的分和及对筇o 。分稚的控制作用2 6 3 3 3c o d 、d o c 分布及有机物降解对应0 。分和的控制作用2 8 3 3 3 1c o d 和d o c 的分布2 8 3 3 3 2 典型站位的有机物耗氧呼吸作用3 0 3 3 3 3 有机物降解对筇o ：分布的控制作用3 l 3 3 4 秋季胶州湾碳酸盐系统参数之间的关系3 2 3 4 本章小结3 2 4 冬季生物活动对胶州湾表层海水o 。分布的控制作用3 4 4 1 冬季胶州湾表层海水水文特征3 4 4 1 1 冬季胶州湾表层海水温盐分布3 4 4 1 2 冬季胶州湾表层海水t s s 分布3 5 4 2 冬季胶州湾表层海水各形态碳参数的分布3 6 4 2 1 冬季胶州湾表层海水筇o 。分布3 6 4 2 2 秋季胶州湾表层海水p h 、a 1 k 、d i c 和d o c 分布3 6 4 3 生物活动对冬季胶州湾0 。的控制作用3 8 4 3 1 叶绿素a 、d o 及c o d 分布3 9 4 3 2 生物活动对表层海水筇0 ：分布控制机制的探讨4 l 4 3 3 表层海水o ：与p i i 和d i c 与a l k 的关系4 2 4 4 本章小结4 2 5 胶州湾秋、冬季通量比较及o ：季节差异讨论4 3 5 1 胶州湾o 。分布的季节变化4 3 5 2 胶州湾秋、冬季海一气界面的c 0 。通量比较4 4 5 3 秋、冬季表层海水p c o 。影响因素的季节演变4 5 5 3 1 温度4 5 5 3 2 有机物降解4 6 5 3 3 浮游植物活动4 6 5 3 4 秋、冬季胶州湾表层海水o ：季节差异讨论4 7 5 5 本章小结5 0 6 结论5 1 参考文献5 3 致谢6 3 胶州湾秋冬季海气界面c 0 2 源，汇的季节演变 0 引言 2 l 世纪，全球气候变化和生态环境的可持续发展是人类社会面临的最大的 挑战。2 0 0 7 年2 月2 同，联合国气候变化专门委员会( i p c c ) 第四次全球气候 评估报告称，1 8 9 6 年至2 0 0 5 年的1 1 0 年来，全球近地面温度增长了0 7 4 。c 。到 2 1 0 0 年，全球平均气温的“最可能升高幅度”是1 8 4 c ，海平面升高幅度是 1 8 5 9 c m 。只有温室气体才能解释过去三十年的全球变暖，而c 0 2 是目自订全球最 为关注的温室气体，对全球变暖的贡献居各种温室气体之首，高达7 0 。了解海 洋对大气c 0 2 的效应，对于预测未来大气c 0 2 含量水平及全球气候变化具有重 要意义。研究c 0 2 在海洋中的转移和归宿，即海洋吸收、转移大气中c 0 2 的能 力以及c 0 2 在海洋中的循环机制等己成为当今国际海洋科学研究领域的重要内 容( 张远辉等，2 0 0 0 ) 。 陆架边缘海虽然只占全球海洋总面积的7 ，但作为陆地和大洋的过渡地带， 对全球碳循环有着非常重要的意义。河口、海湾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，在海洋碳循环中也有着非常重要的地位。在过去的十 几年中，陆架边缘海在海洋生物地球化学循环中的作用越来越受到国际海洋学界 科研工作者的重视( t s u n o g a ie ta 1 ，1 9 9 9 ：f r a n k i g n o u l l ea n db o r g e s ，2 0 0 1 ；s a b i n e e ta 1 ，2 0 0 4 ) 。但是，目前对陆架边缘海碳循环的认识和了解非常有限，虽然有一 些研究表明陆架边缘海可能是大气c 0 2 的一个汇，但由于陆架边缘海的复杂性 以及环境的多变性，缺乏系统的生态系统碳循环和海气界面c 0 2 通量的观测与 研究，对其汇量的估算还存在很大的不确定性，边缘海区是源是汇仍是个悬而未 决的问题。 胶州湾位于山东半岛南岸，是一个典型的半封闭型浅海湾，以团岛头 ( 3 6 0 0 2 n ，1 2 0 0 1 6 e ) 与薛家岛脚予石( 3 6 0 0 0 ，n ，1 2 0 0 1 7 e ) 连线为界，与南 黄海相通，为典型的暖温带海域。其地理位置对于青岛乃至整个胶东半岛的经济 和军事都有着十分重要的意义。关于胶州湾碳酸盐体系的研究，早期的有：刘辉 等( 1 9 9 8 ) 用库仑滴定法测定了胶州湾的溶解无机碳( d i c ) ，讨论了1 9 9 5 年1 9 9 6 年胶州湾水体中的二氧化碳体系；沈志良等( 1 9 9 7 ) 通过p h 和碱度计算了1 9 9 7 年胶州湾各季节海水中二氧化碳体系各组分的分量。上述研究对湾内d i c 、碱度 胶州湾秋冬季海一气界面c o ：源 l 的季节演变 的分布原因进行了细致分析，但由于p c 0 2 参数是通过化学平衡计算的方法得到 的，因此对其源汇分布原因没有详细讨论。l ie ta 1 ( 2 0 0 4 ) 研究了2 0 0 3 年6 月 和7 月胶州湾表层海水d i c 的分布特征，指出d i c 的分布主要取决于湾内水文 条件、生物活动、陆源输入等；并利用p h 和d i c 两个参数，采用化学平衡计算 的方法计算了胶州湾2 0 0 3 2 0 0 4 年各季节的表层海水p c 0 2 ( l ie ta 1 ，2 0 0 7 ) ， 估算了海气界面c 0 2 通量，并认为温度是控制胶州湾c 0 2 系统和碳源汇过程的 主要因素。上述研究对进一步认识胶州湾海气界面c 0 2 通量及其机制奠定了一 定的基础，但我们也注意到胶州湾至今未见实测p c 0 2 的报道，浮游生物活动、 人为污染对海气界面c 0 2 通量影响研究也很少见。本文依据2 0 0 7 年1 1 月( 秋 季) 和2 0 0 8 年2 月( 冬季) 两个航次的调查资料以及现场走航实测的p c 0 2 数 据，并结合水文、化学和生物等要素的同步观测资料，分析了表层海水p c 0 2 的 分布特征、季节变化规律和c 0 2 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p c 0 2 分布格局和源汇季节变化的影响。 由于个人能力和学识水平的限制，对问题的理解和认识还比较肤浅，尚存在 很多不足之处，恳请诸位专家和老师给予批评指正。 2 胶州湾秋冬季海气界面c 0 2 源汇的季节演变 1 文献综述 1 1 陆架边缘海碳循环研究的重要意义 工业革命以来，化石燃料燃烧等人类活动显著地改变了全球碳循环( n e f t e le t a 1 。1 9 8 5 ；f a l k o w s k ie ta 1 ，2 0 0 0 ) 。k e e l i n g ( 1 9 9 3 ) 对夏威夷m a u m al o a 地区 1 9 5 8 1 9 8 8 年期间大气中c 0 2 浓度年平均值的研究发现3 0 年间c 0 2 浓度上升了 约4 0 p p m ；而从长期变化来看，大气c 0 2 平均浓度已由过去4 2 万年中的1 8 0 3 0 0 p p m ( p e t i te ta 1 ，1 9 9 9 ) 上升到目前的3 7 7 1 p p m ( n o a a ，2 0 0 4 ) 。最近的研究( l e q u 6 r 6e ta 1 ，2 0 0 9 ) 发现，随着人类活动的加剧，大气平均c 0 2 浓度比工业革命日i 增加了3 8 ，已由工业革命前的2 8 0 p p m 增加到2 0 0 8 年的3 8 5 p p m 。而伴随着大 气c 0 2 浓度的逐年增加，c 0 2 等微量气体的“温室效应 已成为影响全球气候变 化的一个重要且不可忽视的因素( i g b p , 1 9 9 8 ) 。由于“温室效应 的加剧，全 球变暖将可能造成冰雪融化、海平面升高、陆地面积变小等一系列变化，这将对 全球生态系统和人类生存环境产生深远的影响，甚至是严重的威胁( h a r m o ne ta 1 ， 1 9 9 0 = 易家康，2 0 0 5 ) 。 为了减缓全球变暖，联合国1 9 9 2 年签署了联合国气候变化框架公约， 1 9 9 7 年又通过了京都议定书要求发达国家承担c 0 2 减排义务，世界自然基 金会和索尼2 0 0 8 年2 月1 5 同在东京召开气候救助峰会，并提出东京宣 言，呼吁应尽早采取自愿和创新之气候变化因应措施，强调至2 0 5 0 年，全球 温室气体排放量必须降低至少5 0 ；在今后1 0 到1 5 年内，温室气体排放量必 须由顶点逐步下降，以避免全球暖化趋势超过2 之危险临界点。2 0 0 9 年1 2 月 在丹麦哥本哈根举行的世界气候大会最终达成了不具备法律约束的哥本哈根协 议，哥本哈根协议维护了联合国气候变化框架公约及其京都议定书 确立的“共同但有区别的责任”原则，就发达国家实行强制减排和发展中国家采 取自主减缓行动作出了安排，并提出升温控制目标，确保全球平均温度不超过2 ! 这是国际社会面对这一复杂而严峻的全球问题所作出的一系列重大而具体的 反应。面对气候变化对生态系统、人类生存环境和社会发展带来的影响，世界所 面临的挑战就是要在气候变化带来的有害影响和经济社会高速可持续发展之间 胶州湾秋冬季海- 气界面c o ：源汇的季节演变 进行平衡。而随着我国经济的快速发展，温室气体的排放量将会继续增加，因此， 我们必须投入足够的人力和物力，提高科研水平，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，生态系统的管理能增加多少碳吸收量，怎样把增汇 纳入国民经济与社会发展等一系列问题，为政府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。 海洋是地球上最大最强的碳储库，对海气之间的热量和能量交换以及海气 问的物质( c 0 2 、c h 4 、d m s 等) 交换都起着重要的作用( 张正斌等，1 9 9 9 ；l a m be t a 1 ，2 0 0 2 ；y a n ge ta 1 ，2 0 0 5 ) 。大气c 0 2 浓度不断升高引起的全球性温室效应己r 益引起人们的关注。据报道，人类每年产生的人为c 0 2 近7 0 亿吨( n o b e l ，2 0 0 1 ) ， 约有一半停留在大气中，其余的c 0 2 被海洋等储圈吸收( m a n a b ee ta 1 ，1 9 9 3 ；y a n g e ta 1 ，2 0 0 3 ；张正斌等，2 0 0 5 ) 。因此，了解海洋对大气c 0 2 含量的增加响应，对 预测未来大气c 0 2 含量以及全球气候变化具有重要意义。陆架边缘海面积虽然 只占全球海洋总面积的7 ，但其初级生产力却占全球海洋总初级生产力的 1 5 - 3 0 ( w a l s h ，1 9 8 8 ；l o n g h u r s te ta 1 ，1 9 9 5 ) ，同时由于有机物矿化，上升流， 河流输入等过程的影响，使得陆架边缘海在全球碳循环中起着非常重要的作用， 因此探讨边缘海区源汇形成机制，估测边缘海的碳通量对于评估全球海洋碳通 量、海洋对全球气候变化的影响具有重要意义。 而河口、海湾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，是 陆海相互作用和全球碳循环的研究焦点之一。其重要性体现在以下两个方面：一 方面，陆地输入的物质和能量是通过河流经过内外河口、海湾和陆架海进入海洋 的，尤其是各种碳源( 包括无机碳和有机碳) 的输入、产生、降解及相互转化对 于近岸海域生态系统的碳循环都有重要意义。研究表明，河流携带的物质( 包括 陆源的土壤颗粒腐殖质和干草及淡水浮游植物和污水等) 只引起近岸区域部分海 域尤其是河口的系统调整和c 0 2 循环( g a t t u s oj ee ta 1 ，1 9 9 8 ：z h a ie ta 1 ，2 0 0 5 a ) 。 大多研究表明，进入河1 3 、海湾的河流水体由于土壤、河水及沉积物中有机碳矿 化而使得其中c 0 2 往往过饱和( r i c h e yj e e ta 1 ，2 0 0 2 ；苏征等，2 0 0 5 ) ，可以 直接输入河口、海湾，从而影响其c 0 2 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河口、海湾生物的新陈代谢进而影响c 0 2 4 胶州湾秋冬季海气界面c 0 2 源 的季节演变 ( f r a n k i g n o u l l ee ta 1 ，1 9 9 8 ) 。另一方面，河口、海湾水体的水动力条件和盐度梯 度变化较大，水体滞留时间的变化较大，元素的生物地球化学循环过程更加复杂 而剧烈。如：河口淡咸水混合形成的最大混浊带区域往往由于富含的有机质悬浮 物发生降解而产生较高的p c 0 2 ( a b r i le ta 1 ，1 9 9 9 ) ；潮汐变化也因其水体滞留时 间的变化，从而影响河e l 各种碳源之间的相互迁移转化。因此，虽然河1 2 1 、海湾 面积只占整个海洋的- d , 部分，但在海洋碳循环中有着非常重要的地位。 1 2 边缘海闪0 ：分布的控制因素 1 2 1 盐度和温度 一般来说，随着海水盐度的增加，离子强度增大，海水中碳酸的电离度就降 低，从而氢离子的活度系数及活度均减小，海水p h 增加，p c 0 2 减少，虽p c 0 2 的 溶解度随盐度的增加而降低。但目前在盐度x , 寸p c 0 2 的影响方面研究较少，并且 不同的海域研究结果也不尽相同。如：c a i & w a n g ( 1 9 9 8 ) 1 9 9 5 年秋季对美国乔 治亚少h s a t i l l a 和a l t a m a h a 海域的研究发现，p c 0 2 与盐度呈负相关性；z h a i & d a i ( 2 0 0 9 ) 对长江口外海的研究发现，冬季由于低温高p c 0 2 的近岸水与高温, e p c 0 2 的东海水的混合，使得p c 0 2 与盐度呈负相关性；而s h i m ( 2 0 0 7 ) 对东海北部海 域的研究表明，夏季由于长江冲淡水的影响，使得东海北部西部海域p c 0 2 与盐 度呈现出良好的正相关关系。由此看来，p c 0 2 与盐度的正负相关性有时只是一 种表观现象，它们会受海域、季节、生物和河流输入等因素的影响而表现出不同 的关系。 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，水 体中的p c 0 2 会随着温度的升高而升高( c o p i n m o n t e g u t ，1 9 8 8 ：t a k a h a s h ie ta 1 ， 1 9 9 3 ) 。此外，水体温度的变化会影响海水中c 0 2 的溶解度，c 0 2 的溶解度随温 度的增加而降低。因此，温度对海水中的p c 0 2 有i f 负两方面的影响。 由于温度对海水中的p c 0 2 有重要影响，许多学者在这方面做了大量工作。 g o r d o na n dj o n e s ( 1 9 7 3 ) 基于l y m a n ( 1 9 5 6 ) 测定的碳酸离解常数以及b o c h ( 1 9 5 1 ) 计算得出的海水c 0 2 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p c 0 2 之间的经验关系公式： 5 胶州湾秋冬季海- 气界面c o ：源汇的季节演变 p c 0 2 ( t ) = p c 0 2 ( t + a t ) - a t ( 4 4 水l0 6 p c 0 2 ( t + a t ) 一4 6 10 6 p c 0 2 ( t + a t ) 2 ) ( a t 0 。5 0 c ) c o p i n m o n t e g u t ( 1 9 8 8 ) 根据d i c k s o na n dm i l l e r o ( 19 8 7 ) 的热力学公式，对海水 中声0 2 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 ( c t a t ) 等参数的新公式。 t a k a h a s h ie ta 1 ( 1 9 9 3 ) 认为在开阔大洋中，由于盐度、碱度( a l k ) 的变化 很小，因此在假定海水盐度、总二氧化碳浓度( y c 0 2 ) 、碱度( a l k ) 不变的前 提下，提出海水温度与p c 0 2 遵循如下关系： o ( p c 0 2 ) a t = o 0 4 2 3 p c 0 2 1 2 2 生物活动 生物过程在海洋碳的自然分布中起着重要的作用，它使海洋中的碳储量大 大增加，在海洋中向下输送的大部分碳都与海洋生物过程有关。特别是在陆架边 缘海，由于受陆岸的影响比较大，生物过程对碳输运的影响也就更加明显。在海 洋真光层中，浮游植物通过光合作用，吸收海水中的c 0 2 ，直接结果是表层海水 p c 0 2 的降低，然后将其转化为颗粒有机碳，形成初级生产力。全球海洋的生物 固碳能力( 即初级生产力) 约为4 5 5 0g t cy r - 1 ( l o n g h u r s te ta i ，1 9 9 5 ) ，这个 数字比人类活动每年释放到大气中的c 0 2 ( 7 g t cy r - 1 ) ( s i e g e n t h a l e ra n ds a rm i e n t o ， 1 9 9 3 ) 要高出很多。初级生产的大部分在真光层中再循环，只有一小部分下