桑溝灣養(yǎng)殖海域沉積物中碳埋藏通量的長(zhǎng)期記錄

劉賽，楊茜，楊庶，孫耀＊，楊桂朋

（1.中國(guó)海洋大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院 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266003；2中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院 黃海水產(chǎn)研究所，山東 青島266071）

1 引言

碳是構(gòu)成地球上生命的基礎(chǔ)，在生物地球化學(xué)循環(huán)中扮演著重要角色。雖然對(duì)地球系統(tǒng)的碳循環(huán)有了比較明確的認(rèn)識(shí)，已有證據(jù)表明大洋海域是大氣二氧化碳的匯［1—2］，但全球陸架邊緣海的“匯／源”之爭(zhēng)仍在繼續(xù)，其碳循環(huán)仍存在著諸多的不確定性［3—4］。因此，對(duì)沉積物中碳埋藏研究具有重要意義。

近些年，全球?qū)μ悸癫赝康难芯恳延袌?bào)道，Henk等［5］研究了北海陸架沉積物有機(jī)碳的埋藏；Bhushan等［6］研究了阿拉伯海東部邊緣地區(qū)的有機(jī)和無(wú)機(jī)碳的埋藏通量；Tesi等［7］探究了地中海沉積物表層及柱狀樣中有機(jī)碳來(lái)源和埋藏通量；Li等［8］采集了膠州灣沉積物柱狀樣，分析了膠州灣近一百年來(lái)有機(jī)碳的埋藏通量；高學(xué)魯?shù)龋?］對(duì)南沙群島西部海域兩柱狀沉積物中碳的來(lái)源特征及埋藏通量進(jìn)行了估算；Jia等［10］研究了海南島沙美湖柱狀沉積物中TOC的埋藏通量，來(lái)反映此湖環(huán)境變化和初級(jí)生產(chǎn)力。但這些研究大部分集中于對(duì)陸架區(qū)有機(jī)碳埋藏通量的研究，因?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境中約90%的有機(jī)碳埋藏在陸架沉積物中［11］。然而，對(duì)養(yǎng)殖區(qū)碳埋藏通量的長(zhǎng)期記錄還鮮有報(bào)道，只有少數(shù)對(duì)養(yǎng)殖區(qū)表層沉積物中碳的研究［12—13］，中國(guó)是世界上第一水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó)，隨著漁業(yè)碳匯概念的提出，探討?zhàn)B殖區(qū)沉積物中碳的埋藏通量對(duì)了解區(qū)域碳循環(huán)，認(rèn)識(shí)海水養(yǎng)殖在碳的增匯減排中的作用，并合理發(fā)展養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)具有重要意義。此前桑溝灣海域?qū)μ嫉难芯看蠖嗉性谒w和表層沉積物：張明亮等［14］通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)研究了養(yǎng)殖櫛孔扇貝的呼吸、鈣化、生物沉積對(duì)灣內(nèi)碳循環(huán)的影響，指出其在碳循環(huán)中參與了碳匯的作用；張繼紅等［15］研究了貝類養(yǎng)殖對(duì)桑溝灣水體碳收支的影響；武晉宣等［16］探究了桑溝灣表層沉積物有機(jī)碳的季節(jié)性變化差異。然而，此養(yǎng)殖區(qū)柱狀沉積物中各種形態(tài)碳埋藏有何特點(diǎn)，能否像有機(jī)碳高含量海域一樣通過(guò)有機(jī)碳估算碳的埋藏通量？

本文以取自2007年8月桑溝灣北部和南部?jī)烧疚恢鶢畛练e物為研究對(duì)象，在對(duì)其進(jìn)行年代測(cè)定的基礎(chǔ)上，分析了總碳（TC）、無(wú)機(jī)碳（TIC）、有機(jī)碳（TOC）和海源有機(jī)碳（Ca）含量的垂直變化特征和埋藏通量，并將桑溝灣與黃海中部柱狀沉積物碳埋藏作對(duì)比來(lái)探討?zhàn)B殖海域碳埋藏特點(diǎn)，有助于認(rèn)識(shí)桑溝灣海域碳源匯問(wèn)題，為研究該區(qū)的古氣候環(huán)境，古生產(chǎn)力提供科學(xué)依據(jù)。

2 調(diào)查區(qū)域與方法

桑溝灣位于山東半島東端（37°01′～37°09′N，122°24′～122°35′E），北、西、南三面都是陸地，灣口朝東，面臨黃海，為半封閉海灣，面積13 333 hm2，平均水深7～8 m，最大水深18 m。灣北部多為基巖海岸，西部多為砂質(zhì)海岸，南岸則為基巖和砂質(zhì)相間。灣的底質(zhì)是以泥質(zhì)粉砂為主的沉積類型。桑溝灣是以筏式貝藻大規(guī)模養(yǎng)殖為主要特征的典型海灣，養(yǎng)殖面積約為10 000 h m2，占水域面積在70%～80% 之間，年養(yǎng)殖產(chǎn)量10萬(wàn)多噸［17］，從20世紀(jì)60年代開(kāi)始海帶養(yǎng)殖快速發(fā)展，到80年代貝類開(kāi)始規(guī)?；B(yǎng)殖，近些年養(yǎng)殖企業(yè)在提高養(yǎng)殖密度的同時(shí)，亦大規(guī)模擴(kuò)展養(yǎng)殖面積，海帶養(yǎng)殖已擴(kuò)展到灣外海域，是中國(guó)北方重要的水產(chǎn)養(yǎng)殖海區(qū)和海產(chǎn)品基地。

2.1 調(diào)查站位和分析方法

本次調(diào)查的區(qū)域?yàn)闉潮辈縎1（37°08′N，122°34′E）和灣南部S2（37°03′N，122°33′E）兩個(gè)站位（圖1），分別位于扇貝和海帶筏式養(yǎng)殖區(qū)，于2007年8月進(jìn)行了調(diào)查。使用振動(dòng)式柱狀采樣器采集柱狀沉積物樣品，S1、S2兩柱狀沉積物長(zhǎng)分別為140 cm和110 cm。將樣品冷凍帶回實(shí)驗(yàn)室，分別以2 cm（0～14 cm）、3 cm （14～35 cm）、5 cm （35～70 cm）和10 cm（70 cm至柱末端）的厚度進(jìn)行分割，分層后冷凍保存。其中在S1站的20～80 cm和S2站的28～100 cm均含有一定數(shù)量的貝殼沉積。取分層后樣品于60℃恒溫烘干至恒重，測(cè)其含水率，計(jì)算沉積物干密度，用電動(dòng)研磨儀研磨，過(guò)60目篩，待測(cè)定。

圖1 調(diào)查站位Fig.1 Investigation stations

2.2 沉積物年代測(cè)定

本文采用210Pb法測(cè)定沉積物的年齡，210pb在百年尺度上沉積物定年已被廣泛應(yīng)用，210Pb（半衰期為22.3 a）測(cè)年在實(shí)際應(yīng)用中要求具有穩(wěn)定的沉積環(huán)境和沉積后未改造，桑溝灣等陸架泥質(zhì)區(qū)相對(duì)于河口區(qū)，濱海區(qū)等沉積環(huán)境相對(duì)較穩(wěn)定，是良好的進(jìn)行210Pb定年的區(qū)域。兩柱狀沉積物分別取12個(gè)樣品，以取樣時(shí)間2007年為測(cè)年零點(diǎn)，利用沉積速率將年代推算到整個(gè)柱狀沉積物。沉積速率的計(jì)算公式如下所示：

式中，DR為沉積速率（單位：cm／a），H為深度（單位：cm），λ（0.311 4 a－1）為210Pb的衰變常數(shù)，I h為深度H處的210Pb放射性活度（單位：Bq／kg），I0（Bq／kg）為柱狀沉積物表層的210Pb放射性活度（單位：Bq／kg）［18—19］。

2.3 TC、TOC、TN及TIC測(cè)定

首先進(jìn)行總碳測(cè)定，取研磨好的樣品采用德國(guó)Elementar vario ELⅢ元素分析儀測(cè)定總碳；結(jié)果以碳原子百分含量的形式給出，其分析的誤差在 ±0.1%之內(nèi)，樣 品 量為0.02～800 mg，分解溫度為950～1 200℃。再稱取烘干研磨好的沉積物樣品1.5 g左右于小燒杯內(nèi)，經(jīng)24 h濃鹽酸熏蒸后，用蒸餾水沖洗至中性，烘干研磨均質(zhì)化，于Elementar vario ELⅢ元素分析儀測(cè)定TOC和TN含量，結(jié)果同樣以百分含量的形式給出。TC、TOC和TN含量均表示為其占沉積物酸化前干質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。TIC的含量由TC和TOC含量的差值進(jìn)行計(jì)算。

2.4 海源有機(jī)碳（Ca）的估算

TOC與TN含量之比c（TOC）／c（TN）已廣泛用來(lái)區(qū)分海洋中有機(jī)質(zhì)的不同來(lái)源，海生植被此值一般為4～10，而陸源植物C與N含量之比c（C）／c（N）＞20［20］，陸源和海生物質(zhì)有機(jī)質(zhì)含量不同，因此，c（TOC）／c（TN）比率的增長(zhǎng)或降低可用來(lái)推斷陸源和海源沉積物的來(lái)源［21—22］。本文采用錢(qián)軍龍等［23］提出的方法用c（TOC）／c（TN）比值定量估算總有機(jī)碳中海源有機(jī)碳（Ca）含量。該方法假設(shè)海源和陸源有機(jī)物c（TOC）／c（TN）的比值分別為5和20（作為零級(jí)近似），公式如下：

式中，c（TOC）和c（TN）是測(cè)量值，c（Ca）、c（Na）分別為海源碳、氮含量，c（Ct）、c（Nt）分別為陸源碳、氮。由上式可推導(dǎo)出c（Ca）的計(jì)算公式：

2.5 碳埋藏通量（BF）的估算

碳的埋藏通量可用每個(gè)樣品中碳的百分含量與沉積速率和干樣密度的乘積求得。可以通過(guò)下式進(jìn)行估算［24—25］：

式中，BF表示沉積物的埋藏通量［單位：g／（m2·a）］，Ci是沉積物中碳的百分含量，S為沉積速率（單位：cm／a），ρd是干密度（單位：g／cm3），㊣是沉積物的含水率（%），ρs是沉積物的密度（單位：g／cm3），ρw是水的密度（單位：g／cm3）。

3 結(jié)果與討論

3.1 210 Pb的垂直分布與沉積速率

210Pb隨柱狀沉積物深度的衰減呈“兩層分布模式”［26］（見(jiàn)圖2），說(shuō)明兩柱狀沉積物雖受養(yǎng)殖活動(dòng)影響，但物質(zhì)來(lái)源未發(fā)生顯著變化，沉積環(huán)境較穩(wěn)定。根據(jù)210Pb在樣品層位中垂直深度及比活度計(jì)算得S1、S2站位的沉積速率分別為0.726 cm／a和0.593 cm／a，柱狀沉積物底部沉積年齡分別約為186 a和245 a。210Pb比活度在沉積柱頂部（0～10 cm）較為異常，其中S2站位2～4 cm層沉積速率為1.29 cm／a，遠(yuǎn)高于此區(qū)的平均值，可能是近些年養(yǎng)殖活動(dòng)大幅度增加，造成沉積變化的不均一，也可能是沉積物表層的擾動(dòng)混合作用所致。養(yǎng)殖區(qū)有較高的沉積速率，此區(qū)沉積速率約為黃海中部柱狀沉積物的3～5倍［27］。大規(guī)模人工養(yǎng)殖以前，天然藻類貝類等生物的繁殖其排泄物及尸體等在底質(zhì)環(huán)境中大量積累；養(yǎng)殖之后餌料投入，未食的殘?jiān)黾恿说踪|(zhì)環(huán)境的沉積速率，使養(yǎng)殖區(qū)沉積速率明顯高于外海域。

3.2 沉積物中碳的形態(tài)和垂直變化特征

沉積物中碳的形態(tài)分為有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳。有機(jī)碳主要存在于有機(jī)質(zhì)中，無(wú)機(jī)碳的主要成分為碳酸鹽。沉積物中有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳的含量在不同海域變化很大，大洋海域，有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳只有很少一部分被埋藏保存，并真正從海洋中分離出來(lái)，對(duì)長(zhǎng)期碳的減少有貢獻(xiàn)。對(duì)于養(yǎng)殖區(qū)，養(yǎng)殖生物殘骸的埋藏能大大增加沉積物中碳埋藏量，S1、S2站位在1880—1948年之間的天然小型貝類繁盛期碳的埋藏出現(xiàn)大的突躍，各種碳形態(tài)的埋藏量都大幅上升（見(jiàn)圖3陰影），養(yǎng)殖區(qū)有機(jī)質(zhì)來(lái)源豐富，餌料的投入和藻類的大量繁殖等是有機(jī)碳的主要來(lái)源；無(wú)機(jī)碳主要為貝殼碳的沉積埋藏，其中在S1站位的20～80 cm和S2站位的28～100 cm均含有一定數(shù)量的貝殼沉積，貝殼無(wú)機(jī)碳是此區(qū)無(wú)機(jī)碳的重要來(lái)源。

沉積物中TC、TOC和TIC含量之間的變化基本一致（見(jiàn)圖3），在0～20 cm之間變化很小，S1站位在20～120 cm，S2站位在20～70 cm之間出現(xiàn)躍層，據(jù)觀察，上述躍層區(qū)總是伴隨著大量的小型貝類沉積層，該時(shí)期處于中國(guó)第一次工業(yè)革命興起至20世紀(jì)60年代人工養(yǎng)殖開(kāi)始之前，工業(yè)化的加劇，使灣內(nèi)水體營(yíng)養(yǎng)水平提高，天然貝藻大量繁殖，其殘骸分解沉積使底質(zhì)碳含量大幅升高。近底層碳含量又趨于穩(wěn)定，可認(rèn)為兩個(gè)站位碳的背景值。表層與近底層碳的量值都處于平穩(wěn)期，但表層略高于底層，說(shuō)明近些年的養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)灣內(nèi)碳埋藏量有一定影響，但影響不大，可能由于養(yǎng)殖密度的變化和由單純?cè)孱愷B(yǎng)殖到貝藻混養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)變，互為促進(jìn)，既提高了產(chǎn)量又未對(duì)沉積環(huán)境造成太大影響。

圖2 桑溝灣S1、S2站位的210 Pb垂直分布Fig.2 The vertical distribution of 210 Pb in S1 and S2 stations from Sanggou Bay

兩站位海源有機(jī)碳（Ca）含量范圍為0%～0.25%，在0～30 cm呈顯著增加趨勢(shì)（見(jiàn)圖3）。S2站位在30 cm以下Ca含量基本在0%左右，處于平穩(wěn)狀態(tài)，而S1站位較S2站位的Ca含量波動(dòng)較大。這可能與S1站位所處地理位置有關(guān)，外海流注入灣內(nèi)時(shí)一般經(jīng)由S1站位，排出時(shí)經(jīng)由S2站位，S1站受黃海沿岸流等外海流影響較大，Ca含量波動(dòng)較大。沉積物中Ca含量的垂直分布特征與TC、TIC、TOC含量顯著不同（見(jiàn)圖3）。說(shuō)明近些年隨著養(yǎng)殖密度和養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大，高密度養(yǎng)殖降低了局部水體流速，增加了沉積環(huán)境中Ca含量，但并未造成底質(zhì)環(huán)境累積性污染［26］。這是否可以說(shuō)明，垂直沉積剖面上Ca含量與養(yǎng)殖生產(chǎn)活動(dòng)密切相關(guān)，而TC、TIC、TOC含量可能受其他碳來(lái)源的影響，難以很好地反映養(yǎng)殖生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響。

20世紀(jì)前，S1，S2兩站位的TIC含量都處于上升階段（見(jiàn)圖4），S1站位增長(zhǎng)幅度明顯高于S2站位；20世紀(jì)初到20世紀(jì)60年代之間，兩站位TIC含量較高且波動(dòng)較大，可能此期間值中國(guó)工業(yè)革命發(fā)展期間，陸源有機(jī)質(zhì)的輸入及大氣環(huán)境的影響使水體營(yíng)養(yǎng)化水平提高，促使大量天然小型貝類繁殖，大量貝類殘骸的埋藏大大增加了沉積物中TIC的含量；該灣的海水養(yǎng)殖業(yè)始于20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)海帶是唯一的養(yǎng)殖品種，70年代期間，貽貝養(yǎng)殖亦有所發(fā)展，進(jìn)入90年代以來(lái)，桑溝灣海水養(yǎng)殖單位為了追求高產(chǎn)量、高產(chǎn)出，在大量擴(kuò)展養(yǎng)殖面積的同時(shí)亦提高了養(yǎng)殖密度。在此期間，S1站位有一個(gè)明顯的TIC小高峰期，可能由于S1站處于扇貝養(yǎng)殖區(qū)，但兩站位的TIC含量在此期間波動(dòng)不大，可能由于人工養(yǎng)殖的原因，將養(yǎng)殖的貝類、藻類隨即收獲，未造成底質(zhì)環(huán)境TIC含量的明顯增加。桑溝灣垂直沉積剖面上TIC與TC含量比值基本在67%～98%之間，無(wú)論是在貝類自然繁盛期還是近些年來(lái)人工大面積養(yǎng)殖期，無(wú)機(jī)碳都占據(jù)總碳很大比例，遠(yuǎn)高于東、黃海黑潮強(qiáng)侵入?yún)^(qū)域［28—29］。不難判斷，這種TIC與TC含量的高比值會(huì)淹沒(méi)TC和TOC對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)。

3.3 沉積中碳埋藏通量的估算

桑溝灣養(yǎng)殖業(yè)十分發(fā)達(dá)，始于20世紀(jì)60年代，

當(dāng)時(shí)海帶是唯一的養(yǎng)殖品種，此期間S1站位TC埋藏通量（BFTC），TOC埋藏通量（BFTOC）基本處于平穩(wěn)期，海源有機(jī)碳埋藏通量（BFCa）呈下降趨勢(shì)；S2站位BFTC，BFTOC呈下降趨勢(shì)，BFCa明顯增高，可能S2處于海帶養(yǎng)殖區(qū)，海帶生長(zhǎng)繁殖提高了海水的營(yíng)養(yǎng)水平，促進(jìn)了其他海生生物繁殖，使BFCa顯著升高。70年代此海域曾一度養(yǎng)殖貽貝，S1、S2兩站位各種形態(tài)碳埋藏通量曲線都有小幅波動(dòng)，基本都呈先增加后降低趨勢(shì)，可能與此時(shí)間段極端氣候事件有關(guān)，ENSO事件在70年代發(fā)生較頻繁［30］，影響了該區(qū)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。80年代隨著扇貝人工育苗的成功，櫛孔扇貝養(yǎng)殖得到迅速發(fā)展，此期間S1、S2站位的BFTC，BFTOC趨于平穩(wěn)階段，BFCa在S1站位處于上升階段，S2站位在80年代達(dá)最大值18.6 g／（m2·a），其后又處于約14 g／（m2·a）的平穩(wěn)期。90年代末期由于櫛孔扇貝夏季大規(guī)模死亡，養(yǎng)殖者轉(zhuǎn)養(yǎng)牡蠣，此期間碳埋藏通量較80年代變化不大，S1站位的BFCa在90年代達(dá)歷史以來(lái)最大值16.7 g／（m2·a）。近些年桑溝灣以牡蠣和海帶養(yǎng)殖為主，海帶養(yǎng)殖面積在近幾年擴(kuò)展到了灣外海域，魚(yú)類網(wǎng)箱養(yǎng)殖規(guī)模也有所擴(kuò)大，由曲線可見(jiàn)（見(jiàn)圖5）各種碳埋藏通量有略微上升趨勢(shì)。

圖3 桑溝灣沉積物中TC、TIC、TOC和Ca含量的垂直分布特征Fig.3 Vertical distribution profiles of TC，TIC，TOC and Ca from stations S1 and S2

圖4 桑溝灣垂直沉積剖面上TC和TIC含量的年代際變化Fig.4 The interdecadal variation of TC and TIC contents in Sungo Bay sediments

整體來(lái)看，上世紀(jì)70年代以前，S2站位BFCa一直處于約0 g／（m2·a）的平穩(wěn)期，而S1站位在1850—1890年，1930—1970年間都有小幅波動(dòng)?？赡苡捎赟1站位的地理位置靠近灣口，易受沿海環(huán)流的影響，較S2站位有明顯的波動(dòng)。隨著上世紀(jì)70年代桑溝灣大規(guī)模筏式養(yǎng)殖活動(dòng)的興起，養(yǎng)殖密度不斷增加，海源有機(jī)碳埋藏通量（BFCa）顯著增加（見(jiàn)圖5）。BFTC和BFTOC的高值區(qū)卻出現(xiàn)在1880—1948年之間的天然小型貝類繁盛期，可能此時(shí)間段灣內(nèi)氣候環(huán)境，水域狀況適宜于海洋生物生長(zhǎng)繁殖，沿岸居民在此期間并未對(duì)海灣天然貝類等進(jìn)行收獲食用，大量貝類和藻類死亡后殘骸埋藏于底質(zhì)環(huán)境，造成BFTC和BFTOC大幅度上升。人工養(yǎng)殖活動(dòng)逐年增加后，并未造成BFTC和BFTOC的大幅度變化，兩站位的埋藏通量一直處于平穩(wěn)狀態(tài)，可能由于人工養(yǎng)殖抑制了天然小型貝類繁殖，且養(yǎng)殖的海產(chǎn)品通過(guò)不斷的收獲，未造成底質(zhì)沉積物中TC和TOC的累積。與宋嫻麗等用TOC對(duì)桑溝灣有機(jī)質(zhì)污染的評(píng)價(jià)結(jié)果一致［31］。20世紀(jì)60年代前，兩站位的Ca與TOC的埋藏通量比值（BFCa／BFTOC）和Ca與 TC的埋藏通量比值（BFCa／BFTC）分別在20% 和4% 以下波動(dòng)（見(jiàn)圖5），其后隨近些年養(yǎng)殖活動(dòng)增加呈明顯增大趨勢(shì)，但Ca僅是TOC中的一部分，而B(niǎo)FTOC／BFTC基本在40%以下范圍內(nèi)波動(dòng)，并未隨近些年養(yǎng)殖活動(dòng)而出現(xiàn)明顯波動(dòng)，說(shuō)明僅應(yīng)用TOC或Ca估算碳埋藏通量可能帶來(lái)巨大誤差，因?yàn)門(mén)IC在桑溝灣養(yǎng)殖區(qū)占據(jù)很大比重，有機(jī)碳的埋藏通量不足以完全反應(yīng)養(yǎng)殖區(qū)碳的埋藏趨勢(shì)。

近5 a來(lái)，不少學(xué)者對(duì)桑溝灣的養(yǎng)殖模式，營(yíng)養(yǎng)鹽水平，生態(tài)系統(tǒng)健康情況等做出了研究［32—34］，2011年海灣暴發(fā)了赤潮，但最近研究表明整個(gè)桑溝灣水質(zhì)質(zhì)量較好，營(yíng)養(yǎng)鹽濃度雖有上升，但符合國(guó)家海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)，雖然養(yǎng)殖規(guī)模有所擴(kuò)大，但實(shí)施了貝藻混養(yǎng)等多元養(yǎng)殖模式后，在保證海灣生態(tài)系統(tǒng)健康的前提下，提高了海洋養(yǎng)殖效率和產(chǎn)量，根據(jù)近幾年碳埋藏通量的趨勢(shì)，以此長(zhǎng)期和諧發(fā)展下去，估計(jì)桑溝灣在最近幾年及未來(lái)一段時(shí)期碳埋藏通量不會(huì)有大的起伏。

3.4 桑溝灣與黃海中部碳埋藏對(duì)比

本文取了黃海中部一柱狀沉積物10694站（35°N，123°E）［27］與桑溝灣碳埋藏通量作對(duì)比，10694站位柱樣TIC與TC埋藏通量的比值（BFTIC／BFTC）在近200 a來(lái)波動(dòng)不大，雖然有小的起伏但基本在20%以下（見(jiàn)圖6），桑溝灣養(yǎng)殖區(qū)遠(yuǎn)高于此比例，兩柱狀沉積物BFTIC／BFTC的比值基本在60%以上波動(dòng)，在大規(guī)模小型貝類繁盛期比值可達(dá)96%，60年代后伴隨著人工養(yǎng)殖活動(dòng)的開(kāi)始，人工收獲雖然使BFTIC／BFTC比值有所下降并在近些年一直處于平穩(wěn)期，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于10694站位。養(yǎng)殖活動(dòng)使桑溝灣的TIC埋藏通量（BFTIC）大幅上升，占TC埋藏通量（BFTC）比例約是10694站位的6倍之多，因此桑溝灣養(yǎng)殖區(qū)碳埋藏與外海域存在明顯差異，養(yǎng)殖區(qū)高的TIC含量使僅應(yīng)用TOC估算碳埋藏通量會(huì)帶來(lái)巨大誤差。

4 結(jié)論

（1）桑溝灣柱狀沉積物中TC、TOC和TIC在上世紀(jì)60年代前大量小型貝類沉積層含量較高，曲線波動(dòng)明顯，60年代后隨著人工養(yǎng)殖活動(dòng)興起，其含量長(zhǎng)期處于平穩(wěn)狀態(tài)，與此區(qū)的背景值基本相同，養(yǎng)殖并未對(duì)碳含量造成顯著影響；70年代人工大規(guī)模養(yǎng)殖后，垂直沉積剖面上Ca含量出現(xiàn)明顯增加趨勢(shì)，可能與養(yǎng)殖生產(chǎn)活動(dòng)密切相關(guān)，而TC、TOC可能受其他來(lái)源碳的影響，難以很好地反映養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響；垂直沉積剖面上TIC與TC含量的比值基本在67%～98%之間，這種高比值會(huì)淹沒(méi)TC和TOC對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)。

圖5 S1、S2站位沉積物中碳埋藏通量［單位：g／（m2·a）］及其比值的年代際變化Fig.5 The interdecadal variation of carbon burial fluxes and their ratios in core S1 and S2

圖6 S1、S2、10694站位BF TIC／BF TC比值的年代際變化Fig.6 The interdecadal variation of BF TIC／BF TC ratio from Stations S1，S2 and 10694

（2）隨著20世紀(jì)60年代桑溝灣養(yǎng)殖活動(dòng)的增加，BFCa呈增加趨勢(shì)，但BFTC和BFTOC的高值區(qū)卻出現(xiàn)在1880—1948年之間的天然小型貝類繁盛期，養(yǎng)殖活動(dòng)增加后，其埋藏通量處于較平穩(wěn)狀態(tài)并未出現(xiàn)大的波動(dòng)，桑溝灣養(yǎng)殖活動(dòng)和此區(qū)生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)和諧發(fā)展的趨勢(shì)，估計(jì)在最近幾年乃至未來(lái)一段時(shí)間桑溝灣碳埋藏量不會(huì)有大的波動(dòng)。20世紀(jì)60年代前BFCa／BFTOC／BFTC和BFCa／BFTC的比值分別在20%和4% 以下波動(dòng)，其后隨養(yǎng)殖活動(dòng)增加呈顯著增大趨勢(shì)，但BFTOC／BFTC比值基本在40% 以下范圍內(nèi)波動(dòng)；而B(niǎo)FTIC／BFTC的比值基本在60%以上，BFTIC在此區(qū)占據(jù)很大比例，遠(yuǎn)高于黃海中部柱狀樣，使桑溝灣海域僅應(yīng)用TOC或Ca估算碳埋藏通量會(huì)帶來(lái)巨大誤差。

［1］高學(xué)魯，宋金明，李學(xué)剛，等.中國(guó)近海碳循環(huán)研究的主要進(jìn)展及關(guān)鍵影響因素分析［J］.海洋科學(xué)，2008，32（3）：83－91.

［2］嚴(yán)國(guó)安，劉永定.水生生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)及對(duì)大氣CO2的匯［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，21（5）：827－833.

［3］Chen C T A，Borges A V.Reconciling opposing views on carbon cycling in the coastal ocean：continental shelves as sinks and near－shore ecosystems as sources of at mospheric CO2［J］.Deep－Sea Research Part II：Topical Studies in Oceanography，2009，56（8／10）：578－590.

［4］Tang Q S，Zhang J H，F(xiàn)ang J G.Shellfish and seaweed mariculture increase at mospheric CO2absorption by coastal ecosystems［J］.Marine Ecology Progress Series，2011，424：97－104.

［5］De Haas H，Bore W，Van Weering T C E.Recent sedimentation and organic carbon burial in a shelf sea：the North Sea［J］.Marine Geology，1997，144（1／3）：131－146.

［6］Bhushan R，Dutta K，Somayajulu B L K.Concentrations and burial fluxes oforganic and inorganic carbon on the eastern margins of the Arabian Sea［J］.Marine Geology，2001，178（1／4）：95－113.

［7］Tesi T，Langone L，Giani M，et al.Source，diagenesis，and fluxes of particulate organic carbon along the western Adriatic Sea（Mediterranean Sea）［J］.Marine Geology，2013，337：156－170.

［8］Li X G，Yuan H M，Li N，et al.Organic carbon source and burial during the past one hundred years in Jiaozhou Bay，Nort h China［J］.Journal of Environmental Sciences，2008，20（5）：551－557.

［9］高學(xué)魯，陳紹勇，馬?？?，等.南沙群島西部海域兩柱狀沉積物中碳和氮的分布和來(lái)源特征及埋藏通量估算［J］.熱帶海洋學(xué)報(bào)，2008，27（3）：38－44.

［10］Jia J J，Gao J H，Liu Y F，et al.Environ mental changes in Shamei Lagoon，Hainan Island，China：Interactions bet ween natural processes and human activities［J］.Journal of Asian Earth Sciences，2012，52：158－168.

［11］Hedges J I，Keil R G.Sedimentary organicmatter preservation：An assessment and speculative synthesis［J］.Marine Chemistry，1995，49（2／3）：81－115.

［12］Adams C A，Andrews J E，Jickells T.Nitrous oxide and methane fluxes vs.carbon，nitrogen and phosphorous burial in new intertidal and saltmarsh sediments［J］.Science of the Total Environment，2012，434：240－251.

［13］Adhikaria S，Lal R，Sahu B C.Carbon sequestration in the bottom sediments of aquaculture Ponds oforissa，India［J］.Ecological Engineering，2012，47：198－202.

［14］張明亮，鄒健，毛玉澤，等.養(yǎng)殖櫛孔扇貝對(duì)桑溝灣碳循環(huán)的貢獻(xiàn)［J］.漁業(yè)現(xiàn)代化，2011，38（4）：13－16，31.

［15］張繼紅，方建光，唐啟升.中國(guó)淺海貝藻養(yǎng)殖對(duì)海洋碳循環(huán)的貢獻(xiàn)［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2005，20（3）：359－365.

［16］武晉宣，孫耀，張前前，等.桑溝灣養(yǎng)殖水域沉積物中營(yíng)養(yǎng)要素（TOC、TN和TP）溶出動(dòng)力學(xué)特性［J］.海洋水產(chǎn)研究，2005，26（2）：62－67.

［17］Zhang J H，Hansen P K，F(xiàn)ang J G，et al.Assessment of the local environmental impact of intensive marine shellfish and seaweed far ming－Application of the MOM system in the Sungo Bay，China［J］.Aquaculture，2009，287（3／4）：304－310.

［18］De Master D J，Mc Kee B A，Nittrouer C A，et al.Rates of sediment reworking at the Hebble site based on measurements of234Th，137Cs and210Pb［J］.Marine Geology，1985，66（1／4）：133－148.

［19］Li F Y.Modern sedimentation rates and sedimentation feature in the Huanghe River Estuary based on210Pb technique［J］.Chinese Journal of Oceanology and Li mnology，1993，11（4）：333－342.

［20］Ruttenberg K C，Go?i M A.Phosphorus distribution，C∶N∶P ratios，andδ13COCin arctic，temperate，and tropical coastal sediments：tools for characterizing bulk sedimentary organicmatter［J］.Marine Geology，1997，139（1／4）：123－145.

［21］Meyers P A.Organic geochemical proxies of paleoceanographic，paleoli mnologic，and paleocli matic processes［J］.Organic Geochemistry，1997，27（5／6）：213－250.

［22］Agui?iga S，Sanchez A，Silverberg N.Temporal variations of C，N，δ13C，andδ15N in organicmatter collected by a sediment trap at Cuenca Alfonso，Bahia de La Paz，SW Gulf of California［J］.Continental Shelf Research，2010，30（15）：1692－1700.

［23］錢(qián)君龍，王蘇民，薛濱，等.湖泊沉積研究中一種定量估算陸源有機(jī)碳的方法［J］.科學(xué)通報(bào)，1997，42（15）：1655－1657.

［24］趙一陽(yáng)，李鳳業(yè)，De Master D J，等.南黃海沉積速率和沉積通量的初步研究［J］.海洋與湖沼，1991，22（1）：38－43.

［25］Ingall E，Jahnke R.Evidence for enhanced phosphorus regeneration from marine sediments overlain by oxygen depleted waters［J］.Geochimica et Cosmochimica Acta，1994，58（11）：2571－2575.

［26］李鳳業(yè)，袁巍.南海、南黃海、渤海210Pb垂直分布模式［J］.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，1991，11（3）：35－43.

［27］楊茜，孫耀，王迪迪，等.東海、黃海近代沉積物中生物硅含量的分布及其反演潛力［J］.海洋學(xué)報(bào)，2010，32（3）：51－59.

［28］郭志剛，楊作升，曲艷慧，等.東海中陸架泥質(zhì)區(qū)及其周邊表層沉積物碳的分布與固碳能力的研究［J］.海洋與湖沼，1999，30（4）：421－426.

［29］王麗莎.東海赤潮高發(fā)區(qū)沉積物中生源要素的分布及其來(lái)源研究［D］.青島：中國(guó)海洋大學(xué)，2007.

［30］劉春玲，張強(qiáng)，徐有鵬，等.近半個(gè)世紀(jì)ENSO事件對(duì)長(zhǎng)江三角洲地區(qū)氣候的影響［J］.氣象，2005，31（3）：12－16.

［31］宋嫻麗，楊茜，孫耀，等.近200年桑溝灣養(yǎng)殖海域柱狀沉積剖面的污染有機(jī)質(zhì)記錄與評(píng)價(jià)［J］.海洋學(xué)報(bào)，2012，34（3）：120－126.

［32］魏皓，趙亮，原野，等.桑溝灣水動(dòng)力特征及其對(duì)養(yǎng)殖容量影響的研究—觀測(cè)與模型［J］.漁業(yè)科學(xué)進(jìn)展，2010，31（4）：65－71.

［33］萬(wàn)玲.春季桑溝灣海域貝類養(yǎng)殖對(duì)海水中營(yíng)養(yǎng)鹽的影響研究［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2012，37（6）：62－66.

［34］傅明珠，蒲新明，王宗靈，等.桑溝灣養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評(píng)價(jià)［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33（1）：238－248.