加拿大圣劳伦斯河口水中一氧化碳的生物地球化学循环.doc

1、加拿大圣劳伦斯河口水中一氧化碳的生物地球化学循环一氧化碳CO在海洋有机碳循环过程中起着非常重要的作用。表层海水中的CO主要是通过有色溶解有机物CDOM的光降解产生的，其中大局部被微生物所 消耗 , 一小局部通过海气界面扩散进入大气。另外,溶解有机物DOM在无光环境中也会分解产生一局部 CO CO的光致生成量在大洋水中已经有了比较合理的界定 , 但是在河口和近岸水中的产量还不清 楚。与光化学反响相比，CO微生物消耗的研究迄今为止开展较少，暗反响的研究 那么几乎没有。本文系统研究了加拿大圣劳伦斯河口水中 CO的光化学反响、暗反 应和微生物消耗 , 在此根底上对其生物地球化学循环做了平衡预算。进而把

2、暗反响速率方程推广应用到全球海域，计算了全球海洋中CO的暗反 应产量和深海稳态浓度，并对CO的微生物消耗量进行了估算。CO勺光致生成受 水温和CDO啲起源陆源vs.海源及光照时间的影响。为了便于比较,CO量子产率co入经太阳光量子通量Q入加权平均 后简化为一个数值 co。co随着盐度的增加0-33而降低,并与254 nm处的 比吸光系数SUVA254有良好的线性正相关；这说明陆源CDOI光降解产生CO勺效 率高于海源CDOM光照会引起CDOM的吸光系数降低,即光脱色。光脱色能显著降低低盐度水样 的co,在光脱色的初始阶段降幅最大；但是对高盐度水样几乎没有影响。温度每升高20oC,低盐度水样的c

3、o升高 70%而高盐度水样仅仅升高30 - 40% 上述结果说明：水温和CDO啲起源及光照时间都对CO的光致生成有显著影 响。在构建各种时空尺度的光化学模型时 , 都应充分考虑到上述因素的影响。通过多元线性回归分析拟合出了co与各变量的关系方程，据此计算出圣劳伦斯河口水中CO的光致生成量为26.2 Gg CO-C a-1 。CO的暗反响速率Qco在水平方向自上游至下游依次递减,垂直方向自上至 下递减。Qco与CDO的含量呈线性正相关。陆源DOM产生CO的效率高于海源DOMQco与温度的关系服从线性阿伦尼乌 斯行为 , 低盐度水样的反响活化能高于高盐度水样。Qco在pH 4-6时保持相对稳定，p

4、H 6-8时缓慢增长，随着pH的进一步增加迅 速升高。离子强度和铁对 Qco几乎没有影响。通过多元线性回归分析拟合出了 Qco与各变量的关系方程，据此计算出圣劳 伦斯河口水中CO的暗反响产量为4.06 GgCO-Ca-1。CO的微生物消耗实验在船 上现场测定。当水样中CO含量较低通常CO &It; 12 nmol L-1时,CO微生物消耗呈一级反响的特征,一级反响速率常数Keo随盐度的增加而降低,即Kco在低盐度的 上游区段和Sague nay河高于圣劳伦斯湾。表层水中的 Kco的变化范围：五月 0.053 -1.01 中间值: 0.14 h-1 、七月 0.081- 0.60 中间值: 0.

5、27 h-1、十月 0.035 - 0.71 中间值： 0.13 h-1 、十二月 0.024 - 0.38 中间值： 0.032 h-1 。Kco的变化主要受水温和细菌浓度的影响。温度每升高10oC, Kco升高40 -80% 平均值： 53% 。反响活化能22-38 平均值：28 kJ mol-1 。在CO 0-15 nmol L-1 的范围 内,CO的微生物消耗服从 Wright-Hobbie动力学；随着CO的进一步升高,反响出现抑制现象Wright-Hobbie动力学参数：最大消耗速率Vmax为0.15-4.3 平均值： 0.72 nmol L-1 h-1,并与盐度大致呈负相关；半饱和

6、浓度Km为1.7- 6.5 平均值： 4.1 nmol L-1, 与其它参数没有关联。通过多元线性回归分析拟合出了 Kco与各相关变量的关系方程,计算出圣劳伦斯河口表层水中CO的微生物消耗量 为 24.7 Gg CO-C a-1 。圣劳伦斯河口水中CO的总产量为30.3 Gg CO-C a-1,其中光化学反响奉献 了 87%,是主要的来源，暗反响奉献了 13%是次要来源。表层水中CO的微生物消 耗量占总产量的81%是主要的汇。考虑进海气扩散的影响，表层水中CO的总消耗量占总产量的91%,源和汇 根本持平。全球海洋中的 CO暗反响产量为17.10 Tg CO-C a-1,其中91%自大 洋,9%产自近岸, 或者 54%产自外表混合层 ,46%产自次表层。与最新的全球海洋CO光致生成量50 Tg CO-C a-1相比,CO的暗反响产量 是显著的。表层海水中的暗反响对