2006年夏季黃、東海溶解有機(jī)碳的分布特征＊

石曉勇，李鴻妹，張傳松，王作華

（1.中國(guó)海洋大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島266100；2.中國(guó)海洋大學(xué) 海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島266100；3.國(guó)家海洋局減災(zāi)中心，北京100194）

大氣中CO2等溫室效應(yīng)氣體的增加以及隨之產(chǎn)生的氣候效應(yīng)，是當(dāng)今人類(lèi)面臨的全球重大環(huán)境問(wèn)題熱點(diǎn)，由此引發(fā)科學(xué)界對(duì)全球碳循環(huán)研究的重視。占全球面積71%的海洋，每年吸收CO2的量約占人為排放總量的30%～50%，是大氣CO2重要的匯。

溶解有機(jī)碳（DOC）占海洋有機(jī)碳含量的80%～95%，海洋中以DOC 形式存在的碳與大氣中CO2量相當(dāng)（750×1015g），可在1ka～10ka的時(shí)間尺度影響大氣中CO2的含量［1］，在海洋碳循環(huán)和海洋生態(tài)系統(tǒng)中起著重要的作用［2］。DOC是表征水體中有機(jī)物含量和生物活動(dòng)水平的重要參數(shù)，是研究總有機(jī)碳的通量、分布、作用和循環(huán)中重要的一部分，對(duì)于化學(xué)海洋學(xué)和生物海洋學(xué)的研究有重要意義。此外，海水中的DOC還是一種關(guān)于污染和生物活動(dòng)水平的綜合指標(biāo)，可以用于判斷海洋污染程度等。因此在全球海洋通量研究（JGOFS）中，DOC對(duì)于了解海洋對(duì)大氣CO2的吸收、轉(zhuǎn)移和垂直遷移碳的能力具有重要的作用［3］。

海水中DOC組成異常復(fù)雜，大多是由不同數(shù)量和組分的氨基酸、核苷、碳水化合物、油脂類(lèi)、芳香烴、非芳香烴和大分子量腐殖酸等的混合物組成［4］。浮游植物的光合作用、細(xì)菌的活動(dòng)、生物的新陳代謝以及陸源輸入是其重要來(lái)源，此外顆粒有機(jī)碳（POC）向DOC的轉(zhuǎn)化、大氣輸送及沉積物間隙水的向上釋放也是水體中DOC的重要來(lái)源［1］。

近年來(lái)我國(guó)科研人員針對(duì)海洋有機(jī)碳的研究已有了很大進(jìn)展［3-13］，但是大部分研究海域范圍相對(duì)獨(dú)立，面積較小，尚缺乏對(duì)大尺度海域的調(diào)查研究。我們就2006年夏季對(duì)黃海和東海海域的調(diào)查資料，分析了我國(guó)東部陸架邊緣海域DOC的分布特征，并對(duì)其來(lái)源進(jìn)行了初步分析。力圖在較大尺度海域范圍深入了解海水中DOC的各項(xiàng)特征。

1 調(diào)查區(qū)域與分析方法

2006-06-28-07-15乘坐“東方紅2號(hào)”考察船對(duì)東中國(guó)海海域進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，調(diào)查范圍為24°～36°N，118°～128°E海域，調(diào)查區(qū)域覆蓋了黃、東海的大部分陸架區(qū)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查由北向南共設(shè)置7條斷面，共計(jì)51個(gè)站位，其中化學(xué)站位41個(gè)（站位見(jiàn)圖1）。采樣深度從幾米到千余米不等，采水層次為0，10，30，50m 和底層。

調(diào)查過(guò)程中每個(gè)站位海水的深度、溫度和鹽度均使用SeaBird 911-Plus CTD 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，同時(shí)使用電控12聯(lián)裝Niskin采水器及時(shí)采集各層次水樣，采得的水樣立即用Whatman GF／F濾膜（預(yù)先于450 ℃灼燒6 h）在全玻過(guò)濾器上抽濾。所得濾液轉(zhuǎn)移至玻璃瓶（450 ℃灼燒6h）中，并加入8～10μL飽和HgCl2（質(zhì)量濃度）溶液，于-20 ℃冷凍保存，至陸地實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。

一個(gè)月后分析所采樣品，實(shí)驗(yàn)室分析時(shí)，濾液充分解凍并經(jīng)室溫下平衡后在島津總有機(jī)碳分析儀TOCVCPH 上以鄰苯二甲酸氫鉀為標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定樣品中的溶解有機(jī)碳，該方法相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于±2%，精度為0.005mg／L［14］。其它相關(guān)參數(shù)的測(cè)定均依據(jù)《海洋調(diào)查規(guī)范》或相關(guān)國(guó)際通用方法進(jìn)行［14-16］。

圖1 夏季調(diào)查站位分布圖Fig.1 Location of sampling stations in the summer survey

2 結(jié)果與討論

2.1 DOC質(zhì)量濃度變化特征

整個(gè)調(diào)查海區(qū)DOC的質(zhì)量濃度范圍為0.50～3.05mg／L，平均質(zhì)量濃度為1.08mg／L（表1）。調(diào)查海域DOC的垂向分布特征基本表現(xiàn)為DOC質(zhì)量濃度平均值隨深度增加逐漸降低。表層DOC的平均質(zhì)量濃度為1.27mg／L，其數(shù)值在所有層中最高，且變化范圍最大，變幅可達(dá)2.39mg／L；底層DOC 的平均質(zhì)量濃度為0.97mg／L，其數(shù)值最低。此外，30m 以淺各層DOC平均質(zhì)量濃度均大于1.00mg／L，而深海域數(shù)值相對(duì)較低。其中，50m 層DOC變化范圍最小，變幅為0.66mg／L。

圖2為調(diào)查海域03，04，05，07斷面DOC的垂直分布。調(diào)查海域DOC的質(zhì)量濃度呈現(xiàn)隨深度的增加逐漸降低的分布特征。DOC在垂直方向上所呈現(xiàn)的由表到底逐漸降低的特征，主要由2方面原因造成：1）由于上層水體具有較高的生物量，浮游植物通過(guò)光合作用分解釋放產(chǎn)生大量的溶解有機(jī)碳（夏季表層和水深10m 葉綠素的質(zhì)量濃度比較高），該部分約占初級(jí)生產(chǎn)力的20%～30%［17］，而下層水體（30m 以深）受到光限制及貧營(yíng)養(yǎng)的黑潮水體等的影響，不利于浮游植物的生長(zhǎng)，從而導(dǎo)致深層海水中溶解有機(jī)碳偏低；此外，夏季黃、東海沿岸陸地河流紛紛進(jìn)入豐水期，大量的陸源有機(jī)污染物被輸送到近岸海域中，河流輸入的溶解有機(jī)碳質(zhì)量濃度一般比海水中要高很多，如長(zhǎng)江水體中DOC為3.30～11.20mg／L，黃河為2.20～17.11mg／L［18］，同時(shí)由于夏季海水層化現(xiàn)象的存在，使得隨陸源淡水輸入的DOC只能上浮在較淺的水層，這成為沿岸海域表層溶解有機(jī)碳質(zhì)量濃度較高的又一重要原因。

表1 調(diào)查海區(qū)內(nèi)DOC的質(zhì)量濃度Table1 DOC concentrations in the survey area

圖2 典型斷面ρDOC的斷面分布Fig.2 Vertical distribution of DOC concentration（mg·L-1）along typical sections in the survey area

2.2 與其它海區(qū)比較

與以往文獻(xiàn)數(shù)據(jù)相比，雖然本次所測(cè)得的DOC 質(zhì)量濃度與以往在黃、東海測(cè)定的有所差異，但仍在同一數(shù)量級(jí)水平上（表2）。研究海域DOC 質(zhì)量濃度值僅低于渤海［19］、河口區(qū)［5，12］及南黃海［8］，但與南海［3，20］及大洋水［11，21，22］相比較，黃、東海DOC質(zhì)量濃度均高于這2個(gè)海域，這主要?dú)w因于充足的陸源輸入和旺盛的生物代謝活動(dòng)。有研究表明浮游植物光合作用和生物代謝活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量的DOC，約占固碳總量5%～50%［13］。河口主要受到陸源碳輸入的影響，而渤海為中國(guó)內(nèi)海，黃海是半封閉陸架淺海，水更新周期長(zhǎng)，且接受大量的陸地徑流輸入及人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的大量有機(jī)物，可直接或間接轉(zhuǎn)化為DOC，使得DOC 質(zhì)量濃度整體較高。

表2 中國(guó)近海及大洋水體ρDOC質(zhì)量濃度Table 2 DOC concentrations in the oceans and the coastal waters of China

2.3 DOC平面分布特征

調(diào)查海域夏季水深30m 以淺海域DOC的分布趨勢(shì)均表現(xiàn)出北高南低的特征，高值區(qū)主要集中在長(zhǎng)江口以北的124°～126°E的海域，底層呈現(xiàn)由近岸向外海降低的趨勢(shì)，與水深30m 以淺的分布明顯不同（圖3）。

表層DOC的分布整體呈現(xiàn)出2個(gè)特點(diǎn)：1）整體呈現(xiàn)北高南低的趨勢(shì)。長(zhǎng)江口以北海區(qū)DOC 質(zhì)量濃度較高，等值線(xiàn)密集，DOC 質(zhì)量濃度均在1.30mg／L 以上，而東海南部等值線(xiàn)極為稀疏，DOC 質(zhì)量濃度小于1.00mg／L。2）DOC在長(zhǎng)江口以北海區(qū)出現(xiàn)2個(gè)高值區(qū)，一個(gè)位于長(zhǎng)江口以北（31°～33°N，124°～126°E），DOC以32.3°N，124.4°E海區(qū)為中心，呈輻射狀向四周遞減，中心質(zhì)量濃度大于3.00mg／L；另一個(gè)位于南黃海東部海區(qū)（35.0°N，123.5°E），中心質(zhì)量濃度大于2.00mg／L。而葉綠素在北部海區(qū)無(wú)高值，表明DOC高值來(lái)源于生物體碎屑分解過(guò)程中釋放出大量的DOC。此外，長(zhǎng)江口入海口處DOC質(zhì)量濃度較高，這是由于夏季長(zhǎng)江徑流量增大，攜帶大量溶解有機(jī)質(zhì)入海所致。

水深10m 層DOC的分布分2部分：1）長(zhǎng)江口以北DOC 分布與表層相似，高值仍出現(xiàn)在長(zhǎng)江口以北（31°～33°N，124°～126°E）的海區(qū)，但高值中心質(zhì)量濃度與表層相比有所減小，為2.10mg／L；南黃海東部高值消失。2）長(zhǎng)江口以南DOC分布呈現(xiàn)由近岸向遠(yuǎn)海降低的趨勢(shì)。在浙江近岸上升流區(qū)出現(xiàn)DOC 的最大值（2.12mg／L），這是因?yàn)樯仙骺蔀樯蠈铀w帶來(lái)豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，且此區(qū)域溫度較高，光照充足，適宜浮游植物的光合作用，該區(qū)域葉綠素也出現(xiàn)高值，表明上升流區(qū)DOC的高值來(lái)源于浮游植物的初級(jí)生產(chǎn)。

水深30m 層DOC 的分布特征與水深10m 層基本一致，但與水深10m 層相比，質(zhì)量濃度有所減小。長(zhǎng)江口以北的124°～126°E 的海域仍為DOC 的高值區(qū)，但高值中心略向東北偏移（S0406 站，32.5°N，124.9°E）；南黃海和臺(tái)灣東北部質(zhì)量濃度較高，而杭州灣灣口附近質(zhì)量濃度較低。

底層，DOC質(zhì)量濃度分布有以下2個(gè)特征：1）表現(xiàn)為明顯的由近岸向遠(yuǎn)海降低的趨勢(shì)，且水深30m 以淺海域長(zhǎng)江口以北的高值區(qū)消失。2）近岸有2個(gè)高值中心，一個(gè)位于長(zhǎng)江入?？冢c葉綠素的高值區(qū)恰好吻合，這主要是由于近岸水深較淺，水體上下混合均勻，且夏季長(zhǎng)江徑流量增大，將大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從陸地帶入長(zhǎng)江口海域［23］。另一個(gè)位于浙江沿岸舟山漁場(chǎng)附近，也是東海赤潮高發(fā)區(qū)［24］，葉綠素在此處也有次大值，這主要與此處上升流有關(guān)。這表明近岸DOC 高值主要來(lái)源于浮游植物的初級(jí)生產(chǎn)，可能主要來(lái)源于陸源輸入和沉積物在懸浮的物質(zhì)交換，應(yīng)該與浮游植物無(wú)關(guān)。

圖3 表層、10m 層、30m 層和底層DOC和葉綠素a的平面分布Fig.3 Horizontal distributions of DOC and Chlorophyll a in the surface，10m，30mand bottom layers

3 結(jié) 語(yǔ)

1）2006年夏季黃、東海海域DOC質(zhì)量濃度的變化范圍為0.50～3.05mg／L，平均值為1.08mg／L。垂直方向上，DOC平均質(zhì)量濃度隨深度增加逐漸降低，一方面由于上層水體浮游植物初級(jí)生產(chǎn)釋放大量DOC，另一方面由于夏季海水層化使得較高質(zhì)量濃度的DOC只能積累在較淺水域。

2）DOC的平面分布表現(xiàn)為水深30m 以淺海域呈現(xiàn)北高南低的特征，高值區(qū)主要集中在長(zhǎng)江口以北的124°～126°E的海域，主要來(lái)源于生物體碎屑，分解過(guò)程中釋放大量的DOC；底層表現(xiàn)為由近岸向外海降低的趨勢(shì)，近岸高值主要來(lái)源于陸源排放。

致謝：王江濤老師在樣品測(cè)定和分析過(guò)程中提供幫助。

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