海洋中大氣co的強度和非生命活動

海洋中大氣co的強度和非生命活動

海洋是地球碳的最重要儲存之地之一，也是世界碳循環(huán)系統(tǒng)的重要因素和co。大洋碳循環(huán)經(jīng)過近12a的國際JGOFS計劃研究,對其基本的大洋碳源匯格局、海洋生物泵過程等有了比較明確的認識,但在陸架邊緣海碳循環(huán)研究中仍存在著諸多的不確定性中國東部的渤海、黃海、東海及南部的南?？偯娣e達470萬km中國碳研究的重要進展不同研究區(qū)域的對比研究結(jié)果至目前,對于中國近海碳源匯強度的研究主要集中在黃海和東海中國海區(qū),南海中國海區(qū)和渤海的結(jié)果較少。雖然由于研究區(qū)域大小不同、所采用的方法不同等原因,不同研究者的研究結(jié)果在量值上存在較大差異,但各研究結(jié)果顯示,以年為尺度,渤、黃、東、南海均表現(xiàn)為大氣CO中國近海碳源匯的強度還有季節(jié)上的巨大差異。春季和冬季時渤、黃、東海皆為大氣CO另外,不少研究者對一些海域某些季節(jié)的海-氣間CO可以看出,中國近海海-氣間CO中國沿海碳生物化合物固化過程的研究1.2.1浮游生物和非生命顆粒物海洋的所有有機物中,生命顆粒有機物只占2%,非生命顆粒物占9%,而溶解有機物占89%。以碳為核心的生源物質(zhì)循環(huán)研究關心的是全部的與生命活動有關的有機物質(zhì)。生命活動是海洋中最積極、最活躍的活動,有生命的有機物的生物量雖然只占海洋中總有機物的2%,但所起的作用是巨大的。在海洋初級生產(chǎn)者當中,2～20μm的微型浮游生物和小于2μm的超微型浮游生物占有很大比重,它們的貢獻經(jīng)常超過傳統(tǒng)概念上的生產(chǎn)者——硅藻,特別是在熱帶海域非生命顆粒物是海洋中構(gòu)成碳的垂直通量的主要組分,也是生態(tài)系統(tǒng)能流和物流的重要環(huán)節(jié)和通道。非生命顆粒物來自生命的顆粒物,但二者消長并不同步,非生命顆粒物有其自身的消長規(guī)律。有的海區(qū)(如河口和港灣)初級生產(chǎn)力并不高,卻支持著一個相當高的漁產(chǎn)量,其原因就是因為非生命顆粒物的貢獻和微生物的二次生產(chǎn)。1994年對東海進行的兩個航次調(diào)查,表明東海顆粒有機碳(POC)的平均質(zhì)量濃度為417μg/L,分布主要受長江徑流輸入的顆粒物影響,秋季明顯高于春季數(shù)值,很顯然,在東海非生命的顆粒是主要的生物活動對于海洋碳循環(huán)的影響意義重大。浮游植物的初級生產(chǎn)和浮游動物的次級生產(chǎn)將溶解無機碳轉(zhuǎn)化為溶解有機碳(DOC)和顆粒有機碳,而一部分有機碳又通過生物的呼吸作用和細菌的分解作用而消耗掉。細菌廣泛分布于海洋中,細菌在利用有機碳的過程中又被上層營養(yǎng)級分的原生動物等水生生物濾食,轉(zhuǎn)化為更高階層生物可利用的顆粒碳。Shiah等1.2.2對微生物食物網(wǎng)的影響底層物質(zhì)再懸浮對物質(zhì)通量產(chǎn)生明顯影響,再懸浮中由于再礦化率增高、間隙水與上覆水混合,大部分生源要素的濃度一般都會得到提高。海洋微生物作為海洋食物鏈的下層,對整個海洋生物鏈具有重要影響。再懸浮對微生物食物網(wǎng)的影響主要通過再懸浮過程中的再礦化及可溶性的營養(yǎng)物和有機顆粒物與水體的混合作用,轉(zhuǎn)變?yōu)樵孱惡图毦桌玫臓I養(yǎng)形式,以及懸浮顆粒的表面積更利于細菌吸附。Garsteckl等表層沉積物的再懸浮是造成顆粒碳垂直轉(zhuǎn)移量不能準確獲得的主要原因。對東海長江口及鄰近海域表層沉積物的再懸浮和POC的垂直凈通量研究可知,豐水期表層沉積物的再懸浮比在表層水為47.4%～79.2%(平均值為65.6%),底層的再懸浮比率更高,在72.8%～97.0%(平均值為89.4%)。POC的表觀垂直轉(zhuǎn)移通量為12.4～148.2mg/(m1.2.3碳-氮-磷-硅的相互作用碳與其他的生源要素氮磷硅一同參與生物地球化學循環(huán),碳-氮-磷-硅體現(xiàn)出的相互耦合作用十分明顯。在渤海南部海域沉積物中有機碳的分解速率常數(shù)為4.8×10無機碳的含量海洋在全球變化中的作用是巨大的,海洋碳循環(huán)是全球海洋通量變化的核心目前海水中DIC的主要測定方法是用庫侖滴定法和紅外CO海洋沉積物是全球碳的重要源與匯,在碳循環(huán)中起著重要的作用。海洋沉積物中的碳分為無機碳和有機碳,到目前為止,絕大部分研究集中于有機碳,很少涉及無機碳。而實際上,海洋沉積物中無機碳的含量往往要比有機碳高得多,特別是在近海。對無機碳的研究主要集中于總無機碳的含量及其分布。測定方法一般是采用鹽酸(或醋酸)處理樣品,測定被溶出的鈣和鎂含量,然后計算出碳酸鹽的量;也有的用元素分析儀或其它可以測定CO海洋沉積物中的碳酸鹽礦物主要有方解石、文石、白鉛礦、角鉛礦、菱鋅礦、菱鎂礦、菱錳礦和菱鈷礦等。這些礦物的粒度很小,常規(guī)操作則不可能獲得這些單礦物,只能研究不同粒級下總碳酸鹽的含量,而不能給出哪些碳酸鹽可在某些條件下被溶解。研究表明:這些礦物在不同pH值介質(zhì)中的溶解能力不同,菱鈷礦和菱鋅礦等溶于氨水;白鉛礦和角鉛礦可溶于NaOH;方解石和文石則主要溶于酸。故可根據(jù)碳酸鹽礦物的這些特征,選擇不同強度的浸取劑溶解不同形態(tài)的碳酸鹽,從而為進一步探討沉積物中無機碳在海洋碳循環(huán)中的行為奠定基礎。李學剛等控制碳循環(huán)關鍵過程的方法雖然中國近海的渤海、黃海、東海、南海在地理地貌特征、自然環(huán)境等方面有很大的差異,但從大的方面來總結(jié)歸納控制其碳循環(huán)的關鍵過程仍有許多相似之處,可以總結(jié)為以下幾個方面。經(jīng)濟效益分析中國河流眾多,河流年入海水量占全球入海水量的7%僅以長江口為例,強大的徑流不斷向河口及鄰近海域輸送營養(yǎng)鹽類,成為生物生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎。長江營養(yǎng)鹽年入海量為總無機氮8.88×10全球陸地生態(tài)系統(tǒng)每年通過河流向海洋排放約0.45×10近20a來,長江輸入東海的生源要素的含量居高不下,致使長江口沿岸東海內(nèi)陸架區(qū)頻頻發(fā)生赤潮。頻繁出現(xiàn)的赤潮嚴重影響了該海區(qū)的生態(tài)系統(tǒng),給水產(chǎn)養(yǎng)殖和漁業(yè)生產(chǎn)造成重大損失。長江口赤潮多發(fā)區(qū)全年赤潮發(fā)生的最高紀錄為19次,累計持續(xù)時間約60d東海陸架區(qū)中國近海水體中含有豐富的有機碳,這些豐富的有機碳是海洋生物泵過程的基礎。在東海陸架水體中,有機碳中的DOC平均占87.5%,POC占11%對于東海的研究表明,雖然東海內(nèi)陸架區(qū)沉積物和有機碳的沉積速率較高,但從陸架坡到?jīng)_繩海槽只有少部分有機碳被埋藏,大部分被輸出或再礦化海洋動力條件在很大程度上決定碳源匯的強度,近海環(huán)流、上升流過程、海水上下層的混合等決定著海-氣間CO季節(jié)變化帶來的海水溫度特別是表層海水溫度變化是決定海-氣界面交換大氣CO精養(yǎng)過程組成中國是世界第一水產(chǎn)養(yǎng)殖大國。海水養(yǎng)殖是中國近幾年發(fā)展較快的領域,2003年全國海水養(yǎng)殖面積達6.65×10貝類養(yǎng)殖不需要人工投餌,但有內(nèi)源代謝問題。貝類為濾食性生物,對食物沒有嚴格的選擇性,浮游植物、有機碎屑、泥沙顆粒等都可被貝類濾食。貝類從濾食浮游植物和有機碎屑中獲取物質(zhì)和能量。攝入體內(nèi)的未被同化的部分物質(zhì)以糞便的形式排出;被同化的部分物質(zhì)則一部分以呼吸和排泄的形式丟失,其余的部分用于生長。貝類代謝過程排入水中的產(chǎn)物,80%左右是可溶性物質(zhì),其余為懸浮物對蝦養(yǎng)殖和網(wǎng)箱養(yǎng)殖現(xiàn)在主要采用人工投餌為主的精養(yǎng)方式,而餌料投喂是對海洋環(huán)境產(chǎn)生影響的一個重要因素。目前大部分地區(qū)對蝦養(yǎng)殖中餌料系數(shù)一般保持在1.4～1.7,也就是說生產(chǎn)1t蝦,需要投入1.4～1.7t餌料。餌料的利用率基本保持在80%左右,即大約有20%左右的餌料未被利用,這些殘餌和養(yǎng)殖魚類的排泄物都進入水環(huán)境。研究表明,網(wǎng)箱養(yǎng)魚過程中以漁產(chǎn)品收獲的營養(yǎng)物質(zhì)一般僅占投喂餌料營養(yǎng)物質(zhì)總量的30%左右,其余部分以顆粒態(tài)或溶解態(tài)養(yǎng)殖廢物的形式排入環(huán)境中另外,養(yǎng)殖區(qū)的網(wǎng)箱、筏架等養(yǎng)殖工具還會對海流等水文狀況產(chǎn)生影響。桑溝灣貝類懸浮式養(yǎng)殖使潮流速度比養(yǎng)殖前減小約35%～40%;蓬萊蘆洋灣淺海筏式養(yǎng)殖面積從1976年的18km總之,大規(guī)模人工養(yǎng)殖對于近海碳循環(huán)的影響不可忽視。中國近海碳循環(huán)研究的未來展望海洋碳系統(tǒng)是一個物理系統(tǒng)、化學系統(tǒng)、生命系統(tǒng)等多個系統(tǒng)相互耦合的開放的復雜巨系統(tǒng)。海洋碳系統(tǒng)的微小波動會對全球氣候和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生顯著影響。因此,海洋碳循環(huán)研究在今后較長一段時間內(nèi)仍將是全球變化研