春夏季東海赤潮高發(fā)區(qū)顆粒有機(jī)物的來源、含量變化及其與固碳作用的關(guān)系.pdf

1、海洋是一個巨大的碳庫，海洋碳通量研究中一個重要的問題就是海洋對大氣CO<,2>調(diào)節(jié)能力的大小，而陸架邊緣海在這一研究中占有相當(dāng)重要的地位。本文從對固碳作用影響顯著的顆粒有機(jī)物在東海赤潮高發(fā)區(qū)的含量與變化入手，利用2005年～2006年進(jìn)行的十次大面調(diào)查、九次重點斷面調(diào)查、一次定點連續(xù)觀測、一次可沉降顆粒物捕集和兩次圍隔生態(tài)實驗所得數(shù)據(jù)，對赤潮這一異常生態(tài)現(xiàn)象對我國重要的陸架邊緣?！獤|海的固碳作用所產(chǎn)生的影響進(jìn)行了研究。 本文首

2、先結(jié)合相關(guān)參數(shù)對2005、2006兩年現(xiàn)場調(diào)查中得到的東海赤潮高發(fā)區(qū)顆粒有機(jī)物的分布進(jìn)行了深入分析，并運用多種數(shù)理統(tǒng)計方法對所得結(jié)論進(jìn)行解釋與驗證，主要得到如下結(jié)果：1、調(diào)查海域顆粒有機(jī)碳濃度較高，最高值可達(dá)5998.92μg·dm<'-3>，遠(yuǎn)高于非赤潮期；2、顆粒有機(jī)碳與葉綠素含量的線性相關(guān)系數(shù)達(dá)0.8l(n=1011，P<0.0001)，其比值為62.89；3、顆粒有機(jī)物中所含碳與氮的線性相關(guān)系數(shù)達(dá)0.97(n=1020，P<0.

3、0001)，碳氮比為6.97(原子比)，接近Redfield比值；4、在R型聚類分析中，顆粒有機(jī)碳與顆粒有機(jī)氮、顆粒磷、葉綠素、脫鎂葉綠酸等參數(shù)先后聚為一類，而與其它參數(shù)距離較遠(yuǎn)；5、在相關(guān)分析中，顆粒有機(jī)物中的碳、氮、磷等元素與葉綠素和脫鎂葉綠酸呈顯著正相關(guān)關(guān)系(置信度99﹪)，與其它參數(shù)相關(guān)性較低；6、河口及近岸區(qū)顆粒有機(jī)碳與鹽度無顯著相關(guān)關(guān)系。這些結(jié)果證明了春夏季在調(diào)查海域顆粒有機(jī)物含量與分布的主控因子為浮游植物的生長繁殖及其引發(fā)

4、的赤潮過程。顆粒有機(jī)物來源單一，主要由光合生產(chǎn)直接或間接貢獻(xiàn)，其中碳元素的量值可近似代表該海域春夏季通過光合作用吸收無機(jī)碳的總量。陸源徑流及底質(zhì)再懸浮的輸入量與之相比可忽略不計。在研究中還可發(fā)現(xiàn)，光合作用生產(chǎn)的顆粒有機(jī)物主要集中于水體中上層，浮游植物死亡后，其可以穿過密度躍層向海底沉降并最終成為沉積物的一部分，這一過程可以實現(xiàn)將光合作用吸收的碳最終埋藏的作用。 在上述靜態(tài)分析基礎(chǔ)上，本文還對顆粒有機(jī)物中碳含量的變化趨勢進(jìn)行了動態(tài)

5、分析。結(jié)果表明，由于赤潮水體存在運動性，因而對小范圍海域進(jìn)行分析時無法較好地體現(xiàn)其內(nèi)在規(guī)律；隨著調(diào)查海域的擴(kuò)大，規(guī)律性逐漸顯現(xiàn)，當(dāng)調(diào)查海域覆蓋整個赤潮高發(fā)區(qū)時，顆粒有機(jī)碳含量的積分平均值隨時間變化的趨勢符合引入環(huán)境容納極限概念的Logistic生長模型，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.870。進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，顆粒有機(jī)碳在水體中的生消過程與該模型在機(jī)制上存在諸多相似之處，從原理上證明了運用該模型解釋顆粒有機(jī)碳含量變化的內(nèi)在合理性，現(xiàn)場圍隔實驗數(shù)據(jù)也為這

6、一觀點提供了有力的支持。在分析中還發(fā)現(xiàn)顆粒有機(jī)碳在水體中存在明顯的積累現(xiàn)象，而非隨赤潮消散即迅速分解，在對現(xiàn)場顆粒有機(jī)碳與葉綠素含量隨溫鹽的變化趨勢及圍隔實驗所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時也觀察到了同樣的現(xiàn)象。以上分析給出了赤潮過程與固碳作用的定性及半定量關(guān)系，可以認(rèn)為顆粒有機(jī)碳含量的變化與積累過程在發(fā)生赤潮的天然水體與圍隔生態(tài)實驗中符合相同的內(nèi)在規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，本文繼續(xù)對調(diào)查海域赤潮期的固碳總量進(jìn)行定量分析，結(jié)果表明：調(diào)查海域在赤潮期由光合作用

7、生產(chǎn)的顆粒有機(jī)碳總量約為337×10<'4>t，其中約有50.72x10<'4>t最終從真光層中輸出，導(dǎo)致面積只占東?？偯娣e約2.9﹪的調(diào)查海域形成的碳匯量值達(dá)到了整個東海全年碳匯總量值的11.8﹪，證實了大規(guī)模赤潮過程確實對調(diào)查海域乃至整個東海的碳匯量值產(chǎn)生了重大影響。 在以上計算過程中本文還發(fā)展出了一套與以往不同的通過水體中顆粒有機(jī)碳的含量及變化估算赤潮期海水固碳總量的方法。該方法的基本思路是首先通過公式計算出顆粒有機(jī)碳在水

8、體中的累計質(zhì)量，再乘以相應(yīng)的校正系數(shù)即得到其總生產(chǎn)量或凈輸出量。為得到較為準(zhǔn)確的校正系數(shù)，本文分別采用圍隔生態(tài)實驗、可沉降顆粒物捕集及晝夜連續(xù)觀測實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)不同原理得到相互獨立的結(jié)果，其較高的一致性證明所得校正系數(shù)真實可信，用于計算總生產(chǎn)量和凈輸出量的校正系數(shù)分別為0.133和0.020。此方法適用于發(fā)生較明顯的赤潮過程并存在顆粒有機(jī)碳積累現(xiàn)象的水體。 本文最后根據(jù)圍隔實驗中顆粒物的碳氮比隨赤潮生消而升高的現(xiàn)象討論了調(diào)查海域