河口水华区溶解有机碳行为与机制初探

浮游植物生长与固碳之间存在紧密的联系,相关机制的研究有助于更好了解海洋碳循环的过程。一般认为,水华发生时由于浮游植物大量繁殖,溶解有机碳（dissolved organic carbon,DOC,采用高温燃烧法测定）相应增加,然而,现场调查发现,长江口和珠江口夏季中高盐度（盐度10~30）水华区DOC浓度与非水华区相近,水华区总有机碳（total organic carbon,TOC）浓度较非水华区显著增加,其中,长江口水华区TOC比DOC增加60~140 μmol/L,珠江口水华区TOC较DOC高出~110 μmol/L以上,显示固碳主要以颗粒有机碳（particulate organic carbon,POC）存在。培养结果表明藻菌混合培养条件下DOC增加只占固碳~10%（即固碳的~90%为POC）,相反,无菌培养条件下DOC增量可占固碳的~80%（即固碳的~20%为POC）,两个河口水华区DOC未显著增加的机制可能是由于浮游植物产生的DOC易被细菌降解所致。     

长江口有机碳的时空分异及耦合行为

依据2014年5月、11月于长江口及其邻近海域两个航次的综合环境调查,对颗粒态有机碳（POC）和溶解态有机碳（DOC）在长江口水域的迁移分布及相互转化进行分析。结果表明,长江口DOC和POC浓度整体都遵循南部高、北部低,近岸高、远岸低的分布规律。春季DOC贡献率为18.44%～71.50%,均值为（46.78±13.87）%;秋季为25.46%～84.97%,均值为（63.35±14.63）%。在近岸水域尤其是最大浑浊带（TMZ）附近以POC为主;近海区则以DOC为主,且表层DOC贡献高于底层。长江口水域有机碳物源复杂且主要为陆源输入贡献,底层海洋和三角洲来源的贡献更高。在长江口水域DOC和POC之间存在着形态比例转化,主要受盐度和悬浮颗粒物（TSM）动态变化的控制;当水体中TSM浓度大于98.41 mg/L时,长江口有机碳以颗粒态为主,反之则以溶解态为主。TMZ是有机碳浓度和形态转变的重要场所,POC在此发生沉降并矿化,强水动力导致的解吸和微生物的降解作用可能会促使其向DOC转化。     

长江有机碳通量的季节变化及三峡工程对其影响

2003年6月～2005年7月在长江口每月采集表层水样,测定溶解有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POC).结果表明,DOC和POC平均浓度分别为1.59±0.21和0.91±0.42mg/L,其中枯季的DOC浓度较洪季高,而POC则呈相反趋势.POC浓度与水体中总悬浮颗粒物(TSM)浓度有显著性正相关关系,在TSM中的POC%随着TSM浓度的增加而减小.2003,2004年长江的DOC通量分别为1.32×10⁶t和1.20×10⁶t,POC通量分别为2.69×10⁶t和1.63×10⁶t,约76%的总有机碳在洪季输送入海,组成以颗粒态为主.2003～2004年间POC通量急剧减少,DOC通量与POC通量的比值迅速增大,可能与三峡水库对颗粒物的拦蓄、改造及富营养化有关.     

闽江下游不同碳组分及其通量特征

河流连接着地表主要碳库,在全球碳循环中发挥着重要作用.河流水体中不同碳组分的水平输送、水-气界面通量及其比例对认识河流在区域碳循环的作用具有重要意义.2013年11月-2014年10月在闽江下游竹岐水文站连续进行采样,分析水样中c（DIC）（dissolved inorganic carbon,溶解性无机碳）、c（DOC）（dissolved organic carbon,溶解性有机碳）和c（POC）（particulate organic carbon,颗粒性有机碳）,并结合相关参数估算闽江不同碳组分的水平及垂直通量.结果表明:① c（DIC）、c（DOC）、c（POC）分别为230~892、112~209、14~183 μmol/L.②调查期间闽江总碳水平通量达46×1010 g/a,其中,DIC水平通量为29×1010 g/a,占总碳水平通量的63%;POC水平通量为6×1010 g/a,相当于DOC水平通量（11×1010 g/a）的55%.③不同组分的季节变化特征不同,c（DIC）在丰水期较低、枯水期升高,表明DIC输出受流域生态系统的供应限制;各月c（DOC）变化不大,表明流域DOC输出潜力较大;c（POC）在丰水期明显升高,枯水季较低;溶解态碳是河水碳组分的主要部分;年内各月DIC水平通量分配较均匀,有机碳水平通量集中在丰水期.④闽江竹岐水体pCO₂（二氧化碳分压）为1 500~6 400 μatm（1 atm=101 325 Pa）,是大气CO₂的"源",闽江下游水-气界面CO₂垂直通量约为DIC水平通量的2%,闽江下游河流DIC输出以水平输出为主.建议今后进一步开展闽江中典型流域和水域的碳组分调查,加强闽江碳组分输出的控制机制研究.      

2008年南黄海西部浒苔暴发区有机碳的分布特征及浮游植物的固碳强度

根据2008-08-09～2008-08-13在南黄海西部绿潮(浒苔)暴发区取得的溶解有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)和颗粒氮(PN)的分析数据,结合同步获得的水文环境要素资料,研究了该区域有机碳的分布特征、来源、影响因素以及浮游植物的固碳强度.结果表明,DOC的浓度范围为1.55～3.22mg/L,平均值为2.44mg/L;POC的浓度范围为0.11～0.68mg/L,平均值为0.27mg/L.DOC与POC的分布特征基本一致,呈现近岸高,外海低;表层高,底层低的趋势.POC与TSS的相关分析表明,POC与TSS整体上呈显著正相关,表明TSS的浓度和来源是控制POC浓度高低的重要因素.通过建立POC与PN的一元线性回归模型,估算了样品中PIN的含量.扣除样品中PIN的影响后,沿岸大部分海域POC/PON的平均值8,结合POC/Chl-a比值,表明沿岸海域POC主要是海洋有机质来源,并且存在降解有机物,这可能是调查期间处于绿潮暴发后期,部分浒苔开始腐烂被降解所致.应用初级生产力估算的浮游植物固碳强度的结果表明,南黄海西部绿潮(浒苔)暴发区浮游植物的固碳强度变化范围为167～2017mg/(m2·d),平均为730mg/(m2·d),该区域日固碳量达到2.95×104t.换算至整个黄海,日固碳量为28.03×104t.     

渤海中部海域颗粒有机碳季节性变化及碳库估算

依据不同季节的调查,对渤海水体中颗粒有机碳（POC）的时空变化特征、碳库及影响因素进行对比研究.结果表明：春、夏、秋和冬季渤海调查海域颗粒有机碳的平均浓度分别为（338±146）μg/L、（491±136）μg/L、（358±228）μg/L和（2534±2601）μg/L,其中冬季渤海水体中POC浓度最高约是春季的7倍.不同季节渤海调查海域POC分布具有相似的规律,即由近岸浅水区向远岸逐渐降低,高值区多集中在调查海域北侧近岸、黄河入海口以及渤海湾等处.不同季节影响POC分布的因素不同,春、夏和秋季影响渤海调查海域POC分布的因素主要是陆源输入和浮游植物的生长繁殖,沉积物再悬浮是影响冬季渤海调查海域POC分布的主要因素.通过C/N比值探究不同季节渤海水体中POC来源发现,春季有45.3%、52.8%样品的C/N比值分别介于2.6~4.3和4~10之间,夏季有38.7%、32.3%样品的C/N比值分别介于2.6~4.3和4~10之间;秋季有84.4%样品的C/N比值介于4~10;而冬季有72.2%样品的C/N比值大于12,可见渤海水体中POC来源具有季节性差异,春季和夏季渤海调查海域POC主要来源于海洋生物的代谢活动,秋季渤海水体中POC的主要来源是浮游植物,冬季渤海POC的主要来源是再悬浮物作用下沉积物中保留下来的有机物.渤海POC碳库呈季节性变化,春、夏和秋季渤海调查海域POC碳库在6×10⁵~7×10⁵t范围内,冬季碳库最高,为2.5×10⁶t.     

九龙江下游河口水域抗生素及抗性细菌的分布

2011年8月和2012年5月对九龙江下游河口流域中的四环素和氟甲砜霉素的残留进行检测,显示这2种抗生素含量呈现明显的季节性,四环素(8月)和氟甲砜霉素(5月)的平均浓度分别为2.81ng/L和16.28ng/L.同时采用抗生素平板筛选培养法分析得出分析抗性细菌的丰度,得出2011年8月和2012年5月该海域中表层水样中四环素抗性细菌平+均丰度分别为1.14×105和8.41×103cells/mL,氟甲砜霉素抗性细菌的平均丰度分别为1.61×102cells/mL和5.88×102cells/mL.四环素抗性细菌的丰度明显高于氟甲砜霉素抗性细菌.2种抗生素抗性细菌的季节差异与抗生素含量的季节差异一致.2种抗生素抗性细菌的丰度与抗生素浓度均不具有显著相关性,显示九龙江流域水体中抗生素浓度不是决定抗性细菌的丰度的唯一因素.     

雨水中碳丰度季节性特征及对酸雨形成的贡献

针对广州市连续1 a内降雨展开碳丰度的研究,通过对雨水中总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、颗粒物有机碳(POC)和颗粒物元素碳(PEC)的测定,进一步探讨雨水中碳丰度的季节性特征及其对酸雨形成的贡献作用.结果表明,TOC年均含量7.10 mg/L,DOC年均含量3.58 mg/L,POC年均含量3.60 mg/L,PEC年均含量O.72 mg/L,证明广州市污染物排放对降雨影响较严重.雨水中碳丰度具有一定季节性特征,TOC和DOC含量春季最高,夏季较低,表明广州市春季的总污染物排放量相对大于其它季节;POC对TOC的贡献率夏季要明显高于其它季节,说明固体颗粒物的排放量在夏季达到最高;干季POC相对含量要明显高于湿季,表明由机动车尾气排放导致的有机污染物排放量在秋冬季节要明显高于其它季节.TOC、DOC含量与pH值具有一定负相关性.这些特征从碳丰度角度证明机动车尾气等有机污染物排放对酸雨形成有一定的贡献作用.     

夏季渤海湾及邻近海域颗粒有机碳的分布与物源分析

根据2006年8月在渤海湾及其邻近海域41个站位取得的155个样品的颗粒有机碳（POC）和颗粒氮（PN）的分析数据,结合同步获得的水文环境要素资料,分析了该区夏季POC和PN的空间分布特征、影响因子与有机碳物源．结果表明,夏季水体中POC的浓度为155.9～1363.1 μg/L,平均浓度为429.5 μg/L; PN的浓度为26.2～225.5 μg/L,平均浓度111.5 μg/L. POC与PN的空间分布特征一致,呈现近岸高、远岸低、表层低、底层高的特点. 生物作用、水体温盐跃层和总悬浮颗粒物（TSM）是影响研究区POC空间分布的重要原因. POC与TSM的相关分析表明,POC与TSM之间具有正相关关系,不同来源的TSM是控制水体中POC浓度高低的重要因素. 本区POC/PN的比值范围为3.4～7.0,但这一物源指标的应用受到海水中颗粒无机氮（PIN）的影响. 通过建立POC和PN的一元线性回归模型,估算了样品中PIN的含量. 扣除样品中PIN的影响后,本研究区的POC/PON (颗粒有机氮) 比值范围介于5.5～19.8之间,显示POC除了海洋生物为主要来源外,周边河流的陆源输入也有重要贡献.这一研究方法对认识中国近海的POC物源具有一定的参考价值．     

河流湖泊碳循环研究进展

围绕河流湖泊的碳循环,明晰了不同水生生态系统中的颗粒有机碳（POC）、颗粒无机碳（PIC）、溶解有机碳（DOC）等各类碳组分的迁移转化过程,进而梳理了影响河流湖泊碳通量的关键因素,归纳了目前可用于水体碳组分测定的仪器和实验室技术.重点探讨了遥感技术在河湖碳循环组分反演和估算方面的应用,系统归纳了近年来利用遥感数据估算POC、DOC、有色溶解有机物（CDOM）以及叶绿素a（Chla）等河湖碳组分的相关研究进展,并进一步对目前国内外已经建立的内陆水域碳循环模型进行了全面的对比分析.研究发现,不同纬度与类型的河流湖泊碳通量和碳循环的影响因素不同,主要由当地水循环过程以及水-气交换过程决定.传统实验室测定是精确测量水体碳组分的技术手段,卫星遥感则可全方位监测河湖水体中CDOM、DOC、POC以及浮游植物等碳组分,实现大区域的水质和碳循环过程监测.河流湖泊碳循环模型可进一步分析碳组分的来源与特征,准确揭示生物地球化学循环过程,但现有模型的适用性和稳健性仍有待进一步提高.     

2015年秋季长江口有机碳的分布特征及其影响因素

依据2015年11月对长江口及其邻近海域的综合调查,分析了秋季长江口颗粒有机碳（POC）和溶解有机碳（DOC）的分布特征及其与环境因子的关系。结果表明:2015年秋季长江口POC的质量浓度为0.65~8.25 mg/L,均值为1.34 mg/L,整体呈现近岸高、远岸低,表层低、底层高的分布趋势;DOC的质量浓度为0.77~2.69 mg/L,均值为1.49 mg/L,整体表现为近岸高、远岸低,表层高、底层低的变化特征。有机碳与总悬浮颗粒物（TSM）的线性回归关系表明,陆源输入对POC含量分布贡献很大;有机碳和盐度（S）的极显著相关性说明,S对有机碳的影响主要体现在海水对有机碳的稀释作用及促进POC向DOC转化两个方面;DOC与COD的显著相关性,揭示了DOC的来源与长江径流和河口沿岸工农业排污输入密切相关。     

春季黄东海颗粒有机碳的时空分布特征

根据2009年4～5月对黄东海大面积调查的资料,分析研究了黄东海颗粒有机碳（particulate organic carbon,POC）的浓度和时空分布特征,并结合叶绿素（Chlorophyll a,Chl-a）和C/N摩尔比值探讨了POC的主要来源.结果表明,春季黄东海POC的浓度范围是24.33～2 817.29...     

冬季黄东海颗粒有机碳的时空分布特征

根据2007年1～2月对黄东海大面调查的资料,分析研究了黄东海颗粒有机碳(POC)的时空分布特征。结果表明,冬季黄东海POC的浓度范围是2.49～1 658.96μg/L,平均浓度为125.88μg/L。在垂直方向上,POC由上而下随着水深的增加浓度逐渐降低,到底层后浓度又升高。在平面分布上,POC整体上呈现西部近岸浓度较高、东部离岸浓度较低的特点;POC的高值区集中在浙江近岸海区,特别是浙江舟山群岛南部近海,POC浓度非常高,这是受陆源输入和沉积物再悬浮的共同作用。在周日变化上,受潮汐作用和海区生物活动的影响,东海陆架中部海域除底层以外,其它各层POC在午后、傍晚、凌晨出现浓度的高峰值,而西南海域,除了底层外,其它各层均表现出全日周期变化。     

珠江口表层沉积物有机碳不同浸提组分的空间分布特征

活性有机碳是海洋沉积物有机碳的重要组成部分,研究河口区沉积物不同浸提组分的活性有机碳对于认知近海活性有机碳的迁移转化过程具有重要意义,可为全球碳循环研究提供基础。本文于2013年7月采集珠江口表层沉积物样品,通过盐提取（SEC）、水提取（WEC）、氯仿熏蒸提取（MBC）和酸提取（AHC）等方法测定其活性有机碳,研究其分布规律及相互关系。结果表明:（1）珠江口表层沉积物SEC、WEC、MBC和AHC的平均含量分别为（768.0±23.5）×10-6、（688.1±31.2）×10-6、（963.2±26.4）×10-6和（3040.7±18.2）×10-6;（2）沉积物SEC和AHC含量由西北部向东南部逐渐减少,而MBC含量由口外向西北口内逐渐减少,WEC空间分布则相对均匀;（3）陆源输入的较难降解的活性有机碳主要在西部区域沉积,而微生物活性有机碳量则主要在东南部口外处沉积。总体来看,受人类活动的影响,珠江口沉积物中的活性有机碳含量相对较高,不利于其有机碳的埋藏。     

青岛近海夏冬季颗粒有机碳的分布特征

于2006年夏季(8月)和2006年冬季(12月)对青岛近海的悬浮体(TSM)、颗粒有机碳(POC)进行采样并测定。结果表明,青岛近海夏季POC的质量浓度范围为0.15~1.04 mg/L,平均值为0.31 mg/L,冬季POC的质量浓度范围为0.089~0.88 mg/L,平均值为0.27 mg/L。夏季高于冬季,但变化不大。青岛近海夏季POC质量浓度的平面分布具有东北部海域高,西南部海域低的分布趋势,其平面分布与叶绿素a的平面分布基本相似,夏季POC由生物活动控制。冬季POC质量浓度的平面分布呈现近岸高,远岸低,等值线基本与海岸线平行的分布特征,其平面分布与TSM的平面分布相似,冬季POC由TSM控制。夏季和冬季,浮游植物对POC的贡献分别为26.9%和4.10%,青岛近海以碎屑有机碳为主。POC的周日变化明显,夏季由生物活动控制,冬季由潮汐控制。     

春季东海一氧化碳的浓度分布、海-气通量、微生物消耗和暗反应生成研究

为了探究陆架海域在全球海洋一氧化碳(CO)的生物地球化学循环中的地位,本文于2021年春季在中国东海对CO的浓度分布、海-气通量、暗反应生产和微生物消耗进行了研究。结果表明,东海大气中CO的体积分数为126.07×10^-9～353.15×10^-9,平均值为(191.32±51.52)×10^-9,呈现明显的近岸高、远海低的特点。表层海水中CO的浓度为0.83～4.08 nmol/L,平均值为(2.07±0.84)nmol/L,最大值出现在舟山群岛附近,最小值出现在夜间采样站位,受太阳辐射强度和陆源输入有机物的影响较大。近岸海水中CO的垂直分布呈现表层浓度高、随深度增加浓度逐渐减小的趋势。表层海水中CO的过饱和系数为4.98～24.96,平均值为13.94±5.77。CO的日海-气通量为2.62～9.38μmol/(m²·d),平均值为(6.70±2.62)μmol/(m²·d)。在CO的暗反应生成培养实验中,CO浓度随时间增长呈现线性增加的趋势,生成速率为0.024～0.50 n...     

珠江口夏季海陆源有机碳的模拟研究——分布特征、贡献比重及其迁移转化过程

基于经过验证的三维水动力-水质模型,对珠江口夏季有机碳进行海陆源区分,并对海陆源有机碳的分布特征、贡献比重及其通量过程进行研究.结果表明,水平方向上,珠江口夏季陆源（海源）有机碳浓度从口门到外海逐渐降低（升高）,在表、底层海水中平均浓度分别为1.45和0.87mg/L（0.97和1.05mg/L）;垂直方向上,在层化水域陆源（海源）有机碳浓度从上到下逐渐递减（升高）,在非层化水域海陆源有机碳浓度垂向分布较为均匀.珠江口夏季海源有机碳贡献率表层海水低于底层海水,平均贡献率为48.26%,沿向海方向海源有机碳贡献率逐渐增加--从内伶仃洋水域的4.43%逐渐提升到外伶仃洋东侧水域的81.20%.珠江口水动力条件复杂,在径流、潮汐、季风等因素的作用下陆源有机碳向海输送且向海输送量逐渐递减;海源有机碳在不同水域动力输送特征不同,西南水域向海输送,向海输送量逐渐递增;东北水域向岸输送,向岸输送量逐渐递减.陆源有机碳生化反应活性较弱,只有小部分被生化过程消耗,其迁移转化主要由沉降过程控制,而海源有机碳的迁移转化,则由口门的动力输送过程主控向外海的生化耗碳过程主控过渡.此外,海源有机碳沉降作用明显低于陆源有机碳,生化作用明显高于陆源有机碳.