海水中一氧化碳的分布、通量、光生產(chǎn)和微生物消耗的研究.pdf

1、一氧化碳(CO)對(duì)大氣化學(xué)有重要作用,可間接加劇溫室效應(yīng)。近岸、河口和海灣海域,面積雖然較小,但對(duì)大氣中CO的貢獻(xiàn)較大。開展典型的近岸、海灣和河口水域中CO的生物地球化學(xué)研究,對(duì)準(zhǔn)確估算全球水域?qū)Υ髿釩O的貢獻(xiàn)和全球碳循環(huán)具有重要意義。
　　 本文以中國(guó)近海有代表性的陸架和近岸海區(qū)一渤海、黃海和膠州灣為研究海區(qū),對(duì)這一海域中溶解CO的濃度分布及其時(shí)空變化、海-氣通量、微生物消耗以及光化學(xué)生成進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究,同時(shí)對(duì)膠州灣中C

2、O的光致生成影響因素進(jìn)行了考察。本論文的主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)于2010年4-5月,在黃海與渤海對(duì)表層海水中CO的濃度分布、海一氣通量、光生產(chǎn)和微生物消耗進(jìn)行了研究。用頂空分析法測(cè)得表層海水中CO的濃度([CO]surf)為1.24±0.79 nmol L-1；[CO]surf的總體分布趨勢(shì)呈現(xiàn)出近岸高、遠(yuǎn)海低的趨勢(shì)。CO的濃度按取樣和測(cè)試時(shí)間以小時(shí)為單位分割求平均值,該平均濃度表現(xiàn)出周日變化的特征,中午最高,凌晨最低

3、,最大值約為最小值的10倍。調(diào)查期間黃、渤海表層海水均處于過(guò)飽和狀態(tài),CO的過(guò)飽和系數(shù)為3.61±2.99,表明黃、渤海海水是大氣CO的凈源。CO的海-氣通量采用Wanninkhof公式(W92)計(jì)算,平均通量為2.13±2.91μmol m-2d-1,由此估算黃、渤海春季向大氣輸入CO-C的量為1.10 Gg(1G=109)。黃、渤海各調(diào)查站位中CO的微生物消耗為一級(jí)反應(yīng),表層海水中的κbio具有明顯的空間分布:近岸高,遠(yuǎn)海低。κbi

4、o平均值為0.29 h-1。渤海和黃海表層海水中CO的微生物消耗速率與Chl-a濃度和鹽度之間均有一定的線性關(guān)系。運(yùn)用SMARTS2模型計(jì)算得到整個(gè)調(diào)查區(qū)域的春季光致生成速率為54.60μmol m-2 d-1,光致生成CO-C的量為26.95 G g。
　　 (2)分別于2010年3、5-11月和2011年1月共9個(gè)月期間,對(duì)膠州灣表層海水和上方大氣CO的濃度分布、海-氣通量和光化學(xué)生產(chǎn)進(jìn)行了研究。CO的濃度呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化

5、,呈現(xiàn)出夏季>春季>秋季>冬季,平均濃度分別為4.69、3.19、1.90和0.98 nmol L-1。各月份膠州灣表層海水中的CO除了2011年1月部分調(diào)查區(qū)域外,其他月份各調(diào)查站位全部呈過(guò)飽和狀態(tài),且變化趨勢(shì)與[CO]surf變化相同,上述4個(gè)季節(jié)CO的過(guò)飽和系數(shù)平均值分別為12.34、8.02、4.14和1.23,可見(jiàn)膠州灣海水中是大氣中CO的凈源。按W92公式計(jì)算了海-氣通量,其季節(jié)變化趨勢(shì)同[CO]surf季節(jié)變化一致,夏季、

6、春季、秋季和冬季的平均海-氣通量分別為18.80、15.08、5.67和0.83μmol m-2 d-1。CO濃度的水平分布表現(xiàn)出北高南低,東高西低的趨勢(shì)。根據(jù)不同季節(jié)的調(diào)查結(jié)果,初步估算出膠州灣海水表層CO的全年平均海-氣通量為10.10μmol m-2d-1,年釋放量為0.02 Gg CO-C a-1。由Matlab程序計(jì)算得出膠州灣海水中CO年平均光致生成速率為71.01μmol m-2d-1,光致生成量約為0.13 Gg CO-

7、C a-1,由此計(jì)算全年膠州灣DOC年平均光礦化速率為23.8 mgC m-2 d-1,占初級(jí)生產(chǎn)力的6.5％。
　　 (3)分別在2009-2010年春季、夏季、秋季和冬季四個(gè)不同季節(jié)對(duì)膠州灣海泊河、李村河、白沙河、墨水河、大沽河、漕汶河、洋河河口表層水中CO的濃度分布、海-氣通量和光化學(xué)生產(chǎn)進(jìn)行了研究。[CO]surf有明顯的季節(jié)變化,表現(xiàn)為夏季>春季>秋季>冬季,平均值分別為9.91±3.11、7.55±3.30、4.40

8、±1.35和2.98±2.08nmol L-1。河口區(qū)表層CO的濃度全年中均呈飽和狀態(tài),膠州灣河口水是大氣中CO的凈源。季節(jié)變化與[CO]surf變化相同,平均飽和度分別為35.71±13.79、15.21±7.89、7.59±3.08和6.09±3.35。采用W92公式計(jì)算的海-氣通量于春夏秋冬不同季節(jié)分別為47.02±19.21、54.00±16.73、14.79±5.93和10.21±6.86μmol m-2d-1。通過(guò)計(jì)算得出海

9、泊河、李村河、白沙河、墨水河、大沽河、和漕汶河全年平均海-氣通量為31.51±m(xù)ol m-2 d-1,向大氣輸入NCO-C的量為0.88 Gg。應(yīng)用SMARTS2模型可以計(jì)算出海泊河、李村河、白沙河、墨水河、大沽河、和漕汶河年平均光致生成速率為118.90μmol m-2 d-1,光致生成CO-C的量2.18 Gg。此外,對(duì)膠州灣及河口海水中CO的光致生成速率的影響因素進(jìn)行了研究,結(jié)果表明海水中CO的光致生成速率隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增大,