珠江與密西西比河口碳酸鹽系統(tǒng)的比較研究.pdf

1、已有報道顯示，在全球尺度上河口每年向大氣釋放CO2的量高達0.34 Gt C，這個量甚至與河口以外的近海所吸收的CO2相當。但該結論是基于非常有限的河口CO2通量數(shù)據(jù)得出的，特別是低緯度河口CO2通量研究非常缺乏，因此應加強河口CO2通量及其控制機制研究，降低其估算的不確定性，并最終達到預測的目的。低緯度河口的面積為0.56×106 km2，占全球河口總面積的60％，因而低緯度河口可能對全球尺度上河口CO2通量評估具有至關重要的作用。珠

2、江口和密西西比河口都是低緯度的大河河口，其緯度相近，而且都鄰近寡營養(yǎng)鹽的半封閉的邊緣海。但是這兩個系統(tǒng)的淡水流量、碳酸鹽含量、生產(chǎn)力等都有顯著的差別。本研究擬對這兩個河口的碳酸鹽體系進行較為系統(tǒng)的研究，并嘗試對這兩個系統(tǒng)進行比較，以便更好地揭示河口CO2通量變化及其主要控制機制，進而揭示低緯度河口在全球河口CO2通量研究中的重要地位，及其河流/河口對鄰近陸架碳循環(huán)的影響。
　　 本研究的主要結果來自在珠江口實施的7個航次和在密西

3、西比河口（及其沖淡水/路易斯安娜陸架區(qū)）實施的5個航次的觀測數(shù)據(jù)。測定的參數(shù)包括碳酸鹽系統(tǒng)的CO2分壓(pCO2)、溶解無機碳(DIC)、pH和總堿度(TAlk)以及溶解氧(DO)等其他水化學參數(shù)。本研究擬回答的主要科學問題包括：(1)珠江口上游高pCO2的形成和維持機制是什么？(2)珠江口CO2通量的季節(jié)變化如何？其主要控制機制是什么？(3)珠江口DIC濃度和輸出通量的季節(jié)變化如何？其主要控制過程是什么？對鄰近的南海北部陸架的CO2通

4、量有什么影響？(4)密西西比河口鄰近的路易斯安娜陸架碳酸鹽系統(tǒng)的分布如何？其主要控制機制是什么？(5)珠江口CO2通量研究對全球河口CO2通量研究有何意義？(6)兩個系統(tǒng)碳酸鹽系統(tǒng)有何異同？
　　 研究發(fā)現(xiàn)，珠江口的pCO2分布呈現(xiàn)顯著的空間差異和季節(jié)變化。從空間分布上講，珠江口上游終年維持著高達7000μatm的pCO2，向下游方將逐漸降低；從季節(jié)變化來講，上游和中游春、夏季的pCO2比秋、冬季高。伶仃洋以外的萬山群島附近水域

5、冬季和夏季的pCO2比春、秋季低。珠江口夏季的CO2釋放通量為30.18 mol C m-2yr-1，是冬季的6倍。超額CO2與O2虧損的耦合分析表明，上游（黃埔水道）高pCO2的主要形成和維持機制是強烈的好氧呼吸和硝化作用，因此上游的CO2通量主要由好氧呼吸和硝化作用的速率決定；中游（內伶仃洋）主要是混合控制，CO2通量主要由上游輸入超額CO2的量決定；下游（萬山群島附近水域）則主要由凈群落生產(chǎn)力控制。
　　 在CO2釋放通量

6、發(fā)生顯著季節(jié)變化的同時，珠江口的DIC濃度和輸出通量也發(fā)生顯著的季節(jié)變化。在鹽度＞5的河口混合區(qū)，DIC基本呈保守分布。然而在S＜5的低鹽度區(qū)，DIC的分布卻非常復雜。冬季，淡水端的DIC高達＞2700μMol kg-1，并隨鹽度的升高而降低；相反在夏季，淡水端的DIC卻低至＜1000μmol kg-1，并隨鹽度的升高而升高。伶仃洋上游DIC和TAlk這種復雜的季節(jié)變化主要是各支流之間的混合和觀測的淡水端的位置轉移造成的。DIC的輸出通

7、量隨淡水流量的增大而增大。簡單箱式模型的分析表明，南海北部陸架的CO2通量對珠江DIC輸出通量的變化非常敏感。
　　 在充分考慮季節(jié)變化的基礎上計算出珠江口的年均CO2釋放通量為6.9 mol C m-2yr-1。整個珠江口每年向大氣釋放3×1010 mol的CO2，相當于珠江DIC輸出通量的6%。與世界上其他河口相比，珠江口的CO2通量較低，與熱帶/亞熱帶的印度河口相當，遠低于中緯度的歐洲河口和長江內河口。珠江口CO2通量數(shù)據(jù)

8、及其與其他河口的比較表明，全球河口的CO2釋放總量可能被高估，原因是大河河口的CO2通量數(shù)據(jù)不足，而大河河口的CO2通量看起來比較低。珠江口的CO2釋放量與DIC輸出通量相比非常低，其比例比歐洲河口低一個數(shù)量級。
　　 與珠江口不同，所有調查航次期間密西西比河的DIC和TAlk都比墨西哥灣北部的海水高，DIC和TAlk都＞2400μmol kg-1，而且在河口混合過程中發(fā)生顯著的DIC生物去除現(xiàn)象。對DIC和TAlk分布的分析表

9、明，凈光合作用和鈣化作用是影響密西西比河口碳酸鹽系統(tǒng)的主要過程，通過碳酸鹽系統(tǒng)參數(shù)估算了密西西比河口的凈群落生產(chǎn)力。密西西比河口/沖淡水區(qū)的凈群落生產(chǎn)力非常高，夏季平均值高達3.6 g C m-2d-1，春、秋季也高達1.2-1.3 g C m-2 d-1，是所有已見報道的河口/陸架系統(tǒng)中是最高的。這個區(qū)域在3-6月間凈生產(chǎn)3.5×1011 g C的有機碳，可以提供形成墨西哥灣北部夏季底層缺氧所需有機碳的70%以上。
　　 兩個