近岸生態(tài)系統(tǒng)無機(jī)碳代謝及其對海洋酸化的響應(yīng)初探.pdf

1、海洋生物對碳循環(huán)的調(diào)控途徑主要包括碳酸鹽泵（碳酸鈣生產(chǎn)/溶解作用）和有機(jī)質(zhì)泵（光合/呼吸作用）過程。其中，有機(jī)質(zhì)泵的凈效應(yīng)會將表層海洋的二氧化碳(CO2)以有機(jī)碳形式固定至深層海洋，凈的碳酸鈣(CaCO3)生產(chǎn)會增加海水中的CO2。與此同時，隨著大氣中人為CO2的不斷增加，海水pH降低，會使碳酸鈣飽和度(Ω)下降，從而對海洋生物的生理活動尤其是鈣化生物乃至整個海洋生態(tài)系統(tǒng)有深遠(yuǎn)影響。本論文以無機(jī)碳代謝過程為核心內(nèi)容，開展沿岸上升流的自然

2、酸化過程和中尺度圍隔生態(tài)系統(tǒng)的溶解態(tài)鈣離子(Ca2+)和碳酸鹽系統(tǒng)的研究，探討CaCO3的生產(chǎn)/溶解這樣的無機(jī)碳代謝過程，評價近岸生態(tài)系統(tǒng)碳代謝活動對酸化的響應(yīng)，為預(yù)測未來環(huán)境變化對河口及近岸環(huán)境碳循環(huán)的影響提供科學(xué)基礎(chǔ)。
　　本研究首先發(fā)展了高精度測定顆粒態(tài)CaCO3的方法。該方法總體上基于Ca2+的EGTA(乙二醇-雙-(2-氨基乙醚)四乙酸）的高精度滴定法。測定流程主要包括顆粒態(tài)無機(jī)碳(PIC，主要成分是CaCO3)加酸溶解

3、，EGTA滴定法檢測淋洗液中的Ca2+含量，進(jìn)而確定顆粒態(tài)CaCO3的含量。與基于差減法獲得顆粒態(tài)無機(jī)碳含量的分析手段相比，該方法具有較低的檢測限(0.10μmol)、較高的精密度(4％)，而且該法所需的海水體積較小。因而，該方法具有良好的應(yīng)用前景。
　　2013年6月15日至2013年6月29日，我們在廈門五緣灣(富營養(yǎng)化水體，低pH)開展了為期15 d的中尺度圍隔實驗。接種到圍隔進(jìn)行培養(yǎng)的顆石藻和硅藻經(jīng)過一星期的生長階段后發(fā)生

4、了以硅藻為主的藻華，而后進(jìn)入藻華的衰退階段。培養(yǎng)期間，圍隔生態(tài)系統(tǒng)的凈鈣化速率為1.45±0.21μmol·kg-1·d-1，顆粒態(tài)有機(jī)碳(POC)生產(chǎn)速率為13.4±8.9μmol· L-1·d-1，溶解態(tài)有機(jī)碳(DOC)生產(chǎn)速率為21.9±9.7μmol·L-1·d-1，PIC/POC比值為0.17±0.13。通過對比不同圍隔在不同培養(yǎng)期的無機(jī)碳代謝過程的差異可知，在藻華前期的生長階段，低pH條件下單位顆石藻細(xì)胞的鈣化速率下降了29

5、％;在藻華爆發(fā)階段，凈鈣化速率增加約2倍;在藻華衰退階段，POC礦化速率越快，CaCO3溶解速率也越快。
　　2013年8月30日至2013年9月2日依托國家自然基金委南海西部開放航次，我們在有岸礁和礁斑的海南島東北部觀測到沿岸上升流過程。沿岸上升流水體呈現(xiàn)出高Ca2+和低Ωarag特征。根據(jù)碳酸鹽系統(tǒng)等相關(guān)參數(shù)，我們估算出該生態(tài)系統(tǒng)中無機(jī)碳代謝是有機(jī)碳代謝的1/5，高于南海海盆觀測的結(jié)果(無機(jī)碳代謝是有機(jī)碳代謝的1/14)(Ca

6、o et al.，2009)，表明近岸生態(tài)系統(tǒng)無機(jī)碳代謝的顯著作用。Ca+表現(xiàn)出非保守行為:在上升流站位的表層及底層爬升水體表現(xiàn)為Ca+的去除過程，特別是在上升流水團(tuán)中生物的鈣化速率為1.75±0.75μmol·kgl·d-1，而底層水體中CaCO3鈣化速率為3.0±1.8μmol·kg-1·d-1。在表層，水體上升流將大量浮游植物所需的營養(yǎng)鹽帶入真光層，促進(jìn)浮游植物增長，因而使得鈣化速率增大。而在次表層表現(xiàn)為Ca2+的添加過程，特別在