膠州灣表層海水碳酸鹽體系的季節(jié)變化*

鄧 雪 胡玉斌 劉春穎 楊桂朋 陸小蘭 張洪海

(中國(guó)海洋大學(xué)化學(xué)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 青島 266100)

隨著全球人口增長(zhǎng)速度和工業(yè)化進(jìn)程的加劇,溫室效應(yīng)對(duì)地球氣候的影響越來(lái)越明顯, 這引起了人們對(duì)大氣中CO2的濃度及釋放速度的關(guān)注。而海洋碳酸鹽體系作為調(diào)節(jié)大氣 CO2濃度的重要因子之一,調(diào)控著海水pH以及碳在生物圈、巖石圈、大氣圈和海洋圈的流動(dòng), 因此海洋在全球 CO2的儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)中的作用成為近幾十年來(lái)關(guān)注的焦點(diǎn)。雖然陸架邊緣海在全球海洋中只占總面積的 7%左右, 但其初級(jí)生產(chǎn)力在全球海洋總初級(jí)生產(chǎn)力的比重高達(dá) 15%—30% (Walsh, 1988; Longhurst et al, 1995)。因此近海在全球碳循環(huán)中起著重要作用, 成為全球碳循環(huán)研究的熱點(diǎn)之一。

膠州灣位于山東省山東半島南部, 其三面被青島市環(huán)繞, 只通過(guò)南部灣口與黃海保持著一定強(qiáng)度的水交換, 是典型的半封閉型海灣(劉啟珍等,2010)。近幾十年來(lái), 隨著青島市人口和城市化與工業(yè)化進(jìn)程的加快, 注入膠州灣的大部分河流, 特別是李村河、海泊河、墨水河,已基本成為了市區(qū)排放工業(yè)廢水和生活污水的主要河流通道, 也是造成膠州灣海水污染的重要原因(Gao et al, 2008)。針對(duì)城市化和人為污染較為嚴(yán)重的膠州灣, 開(kāi)展表層海水碳酸鹽體系的研究, 分析海水中碳酸鹽體系各參量及分布, 對(duì)于探究 CO2在海水中的轉(zhuǎn)移和歸宿, 海水吸收和轉(zhuǎn)移大氣中的 CO2的能力以及 CO2在海水中的循環(huán)過(guò)程等, 具有重要的意義,而研究河口區(qū)海水中的 CO2體系對(duì)于海洋科學(xué)的各個(gè)分支也具有重要意義(宋金明, 2011)。

關(guān)于膠州灣碳酸鹽體系的研究, 早期有劉輝等(1998)討論了 1995—1996年水體中的溶解無(wú)機(jī)碳(DIC)和 pCO2及 HCO3–、CO32–的含量及分布; 沈志良等(1997)通過(guò) pH 和總堿度(Alk)計(jì)算了海水CO2體系中各組分在不同季節(jié)的含量和分布;Zhang等(2012)通過(guò)實(shí)時(shí)走航觀測(cè)得到 pCO2數(shù)據(jù),并重點(diǎn)分析了 pCO2的秋冬季節(jié)分布及其影響因素。上述研究對(duì)認(rèn)識(shí)膠州灣海水CO2體系及其機(jī)制奠定了一定的基礎(chǔ), 但缺乏對(duì)其 CO2體系所有參數(shù)的全面分析和探討。本文依據(jù)四個(gè)航次對(duì)膠州灣的觀測(cè)數(shù)據(jù), 給出了 CO2體系各參數(shù)在不同季節(jié)的含量及其分布, 并探討了溫度、陸地徑流、生物活動(dòng)及人類活動(dòng)對(duì)各參數(shù)的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 研究海域

本研究觀測(cè)海域在膠州灣內(nèi)(35°57′—36°18′N,120°04′—120°23′E), 調(diào)查海區(qū)和站位的分布如圖 1所示。水樣采集時(shí)間分別為: 2007年8月5日, 2007年10月17日, 2008年1月16日和2010年4月13日。

圖1 調(diào)查海區(qū)與取樣站位Fig.1 Study area and locations of sampling stations

1.2 樣品采集

用 5L直立式有機(jī)玻璃采水器采集水樣, 現(xiàn)場(chǎng)對(duì)pH進(jìn)行測(cè)定, DIC和Alk樣品按照溶解氧的采樣方法,將水樣裝于 125mL聚丙烯瓶中至溢滿, 迅速滴加1—2滴飽和HgCl2溶液, 然后密閉放置于室溫條件下保存, 帶回陸地實(shí)驗(yàn)室后在一個(gè)月內(nèi)測(cè)定完畢。

1.3 分析方法

利用Fisher pH計(jì)(AR15)和Ross-8102 pH電極測(cè)定海水pH值(NBS標(biāo)度), 儀器精度為: ±0.002, 將實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的數(shù)據(jù)校正為現(xiàn)場(chǎng)的pH值。DIC采用美國(guó)Apollo科技公司 AS-C2型溶解無(wú)機(jī)碳分析儀進(jìn)行測(cè)定, 分析精度為0.2%; Alk采用美國(guó)Apollo科技公司AS-Alk1+總堿度分析儀利用 Gran滴定法測(cè)定, 精度為0.1%; DIC和Alk均用美國(guó)Scripps海洋研究所生產(chǎn)的國(guó)際通用的 CRMs標(biāo)準(zhǔn)海水校正。pCO2數(shù)據(jù)則利用Alk和DIC的測(cè)定數(shù)值, 根據(jù)Mehrbach等(1973),并由 Dickson等(1987)所改進(jìn)的計(jì)算方法, 利用 CO2計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算得到(Lewis et al, 1998)。

葉綠素a(Chl-a)濃度的測(cè)定: 現(xiàn)場(chǎng)取300mL水樣在低壓下(＜0.05 MPa)經(jīng) GF/F玻璃纖維濾膜過(guò)濾后,濾膜用錫紙包裹, 放于冰箱內(nèi)于–20°C條件下冷凍保存, 返回陸地實(shí)驗(yàn)室后, 用10mL體積分?jǐn)?shù)為90%的丙酮水溶液將濾膜在暗處萃取24h后, 離心10min, 用分子熒光儀(F-4500, 日本Hitach公司)測(cè)定其上清液。

溶解有機(jī)碳(DOC)濃度的測(cè)定: 現(xiàn)場(chǎng)水樣立即用已處理好的Whatman GF/F濾膜在全玻璃過(guò)濾器上抽濾, 然后將濾液轉(zhuǎn)移至已灼燒過(guò)的玻璃瓶中, 冷凍保存, 待返回陸地實(shí)驗(yàn)室后, 采用總有機(jī)碳分析儀(TOC-VCPH, 島津)測(cè)定, 其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差＜2%。

2 結(jié)果

2.1 膠州灣表層海水二氧化碳體系相關(guān)參數(shù)的分布特征

2.1.1 溫度與鹽度 膠州灣水溫的季節(jié)變化呈現(xiàn)典型的溫帶特征, 即夏季最高(平均為 26.6°C), 冬季最低(平均為 4.6°C), 春秋為轉(zhuǎn)換季節(jié), 但秋季(10月平均為 18.5°C)高于初春(4 月平均為 11.2°C) (圖 2)。關(guān)于水溫的水平分布, 水深差異是造成水溫分布差異的主要原因, 膠州灣平均水深為 7m, 最大水深約70m位于灣口和中央海域(Yang et al, 2010), 而灣頂及近岸海域水較淺, 這就造成了灣頂和近岸海域因水淺而升溫較快, 灣口和中央海域因水深而升溫較慢, 因此升溫季節(jié)(春、夏季)水溫呈現(xiàn)出從灣口向?yàn)稠斶f增的趨勢(shì); 同理, 降溫季節(jié)(秋、冬季)灣頂及近岸海域因水淺而降溫較快, 灣口和中央海域因水深而降溫較慢, 水溫呈現(xiàn)出從灣口向?yàn)稠斶f減的趨勢(shì)。

膠州灣的鹽度表現(xiàn)為: 春季最高(平均值為32.1), 秋季最低(平均值為 28.0), 冬季(平均值為30.7)略高于夏季(平均值為30.4) (圖3); 由于注入膠州灣的主要河流皆為季節(jié)性河流, 汛期一般在 7—9月, 而陸地徑流較汛期稍有滯后性, 故秋季鹽度因大量淡水的注入而存在最小值; 冬春季為枯水期,因春季的溫度高于冬季, 因此海水蒸發(fā)量較大, 故春季的鹽度高于冬季。在水平分布上, 均表現(xiàn)為從灣口向?yàn)稠敿敖逗Ｓ虺蔬f減的趨勢(shì), 這主要是因?yàn)闉晨谂c黃海有著較大的水交換, 因此鹽度較高,而灣頂及近岸海域受陸地徑流的影響較大而導(dǎo)致鹽度稍有降低。

圖2 夏季(a), 秋季(b), 冬季(c)和春季(d)表層海水溫度(°C)分布圖Fig.2 Distributions of sea surface temperature (°C) in summer (a), autumn (b), winter (c) and spring (d)

圖3 夏季(a), 秋季(b), 冬季(c)和春季(d)表層海水的鹽度分布圖Fig.3 Distributions of sea surface salinity in summer (a), autumn (b), winter (c) and spring (d)

2.1.2 葉綠素a含量 膠州灣Chl-a含量的季節(jié)變化呈現(xiàn)明顯的雙峰特征, 即: 夏季(平均為3.88 μg/L)和冬季(平均為 8.59 μg/L)含量較高, 秋季(平均為1.77 μg/L)和春季(平均為 0.73 μg/L)含量較低, 且冬季含量高于夏季(圖 4), 這與吳玉霖等(2004)和李超倫等(2005)對(duì)膠州灣Chl-a的研究結(jié)果一致。冬季, 灣東北部浮游植物數(shù)量劇增, 形成了冬季浮游植物水華, 因此形成了冬季 Chl-a含量達(dá)到最高值的格局;夏季, 由于陸地徑流帶來(lái)大量的營(yíng)養(yǎng)鹽, 加上水溫較高、光照充足, 浮游植物生長(zhǎng)旺盛, 故形成了一年中第二個(gè) Chl-a高值期。在水平分布上的明顯特征是:膠州灣的西北部和東北部近岸海區(qū)的含量較高, 灣中部和南部地區(qū)的含量較低。

2.1.3 溶解有機(jī)碳含量 膠州灣DOC的季節(jié)變化為冬季最高(平均為 7.432 mg/L), 夏季最低(平均為1.746 mg/L), 秋季(平均為5.512 mg/L)高于春季(平均為2.398 mg/L) (圖5)。冬季, 正是硅藻大量繁殖的時(shí)期, 膠州灣內(nèi)迅速增長(zhǎng)繁殖的硅藻生成并釋放大量糖類等有機(jī)物質(zhì)(姚云等, 2007), 這可能是導(dǎo)致冬季海水中具有最高 DOC含量的原因之一; 夏季, 雖然陸地徑流會(huì)帶來(lái)大量的有機(jī)碳, 但是降水和河流輸入也會(huì)起到稀釋作用, 同時(shí)生物呼吸作用和生物分解也會(huì)消耗大量的有機(jī)碳, 從而使夏季含量較低。在水平分布上, 夏季呈現(xiàn)出由灣東北部和西部及中部地區(qū)向?yàn)晨谶f減的趨勢(shì), 秋季呈現(xiàn)出從灣西北部和灣東部近岸向?yàn)持胁窟f減的趨勢(shì), 冬季呈現(xiàn)出由灣北部地區(qū)向?yàn)持胁康貐^(qū)遞減的趨勢(shì), DOC濃度的最高值出現(xiàn)在李村河河口附近 B5站位, 最低值出現(xiàn)在C4站位, 春季呈現(xiàn)出由灣東北部和灣北部向?yàn)晨诜较蜻f減的趨勢(shì); 這與薛明(2014)在 2007—2012年對(duì)膠州灣的研究中得出的結(jié)論基本一致。

2.2 膠州灣表層海水二氧化碳體系的分布特征

2.2.1 DIC和Alk分布 膠州灣夏、秋、冬和春季DIC 范圍分別為 1949.2—2142.8、2075.9—2201.8、2060.7—2117.7和 2128.0—2194.6 μmol/kg, 平均分別為 2067.1、2131.6、2091.9 和 2160.1 μmol/kg (圖 6)。膠州灣表層海水 DIC濃度的分布趨勢(shì)為: 夏季由灣西部向?yàn)硸|北部呈遞增趨勢(shì), 秋季由灣口向?yàn)澄鞑砍蔬f增趨勢(shì), 冬季由灣東部向?yàn)澄鞑砍蔬f增趨勢(shì), 春季由灣口向?yàn)硸|北部呈遞增趨勢(shì)。

圖4 膠州灣夏季(a), 秋季(b), 冬季(c)和春季(d)表層海水Chl-a (μg/L)分布圖Fig.4 Distributions of Chl-a (μg/L) in the sea surface in summer (a), autumn (b), winter (c) and spring (d)

圖5 膠州灣夏季(a), 秋季(b), 冬季(c)和春季(d)表層海水DOC(mg/L)分布圖Fig.5 Distributions of DOC (mg/L) in the sea surface in summer (a), autumn (b), winter (c) and spring (d)

圖6 夏季(a), 秋季(b), 冬季(c)和春季(d)表層海水DIC(μmol/kg)分布圖Fig.6 Distributions of DIC (μmol/kg) in the sea surface in summer (a), autumn (b), winter (c) and spring (d)

膠州灣夏、秋、冬和春季Alk范圍分別為2033.9—2312.6、2209.0—2310.9、2248.1—2331.9和 2312.9—2382.5 μmol/kg, 平均分別為 2163.1、2254.3、2265.3和2354.5 μmol/kg (圖7)。膠州灣表層海水Alk濃度的分布趨勢(shì)為: 夏季由灣西向?yàn)硸|北部呈遞增趨勢(shì),秋季由灣口向?yàn)澄鞑砍蔬f增趨勢(shì), 冬季由灣口向?yàn)潮辈砍蔬f增趨勢(shì), 春季由灣口及灣西部向?yàn)潮辈砍蔬f增趨勢(shì)。

圖7 膠州灣夏季(a), 秋季(b), 冬季(c)和春季(d)表層海水Alk(μmol/kg)分布圖Fig.7 Distributions of Alk (μmol/kg) in the sea surface in summer (a), autumn (b), winter (c) and spring (d)

2.2.2 pH和pCO2膠州灣夏、秋、冬和春季pH范圍分別為 7.89—7.98, 8.00—8.06, 7.92—8.30和7.77—8.02, 平均分別為7.94, 8.03, 8.09和7.90(圖8)。膠州灣表層海水pH的分布趨勢(shì)為: 夏季由灣口及東部近岸向?yàn)澄鞑糠较虺蔬f減趨勢(shì), 秋季由灣西南地區(qū)向東北方向呈遞減趨勢(shì), 冬季由灣口向內(nèi)陸方向呈遞增趨勢(shì), 春季由灣口向內(nèi)陸地區(qū)呈遞減趨勢(shì)。

膠州灣夏、秋、冬和春季 pCO2范圍為 604.6—745.3、413.0—474.5、89.9—283.4 和 316.3—587.7 μatm, 平均分別為 673.6、440.5、186.9和 436.9 μatm(圖9)。膠州灣表層海水pCO2的分布趨勢(shì)為: 夏季由灣口向內(nèi)陸近岸呈遞增趨勢(shì), 秋季由灣西部向?yàn)硸|北部呈遞增趨勢(shì), 冬季由灣西部和東北部向?yàn)晨诔蔬f增趨勢(shì), 春季由灣口向?yàn)潮辈砍蔬f增趨勢(shì)。根據(jù)IPCC第五次報(bào)告(IPCC, 2013)中公布的全球大氣中pCO2值為390 μatm的標(biāo)準(zhǔn), 總體上而言膠州灣夏季為大氣CO2的強(qiáng)源區(qū), 冬季為大氣CO2的匯區(qū), 秋季和春季為大氣CO2的弱源區(qū)。

3 討論

3.1 DIC和Alk的季節(jié)變化分布及影響因素

圖8 夏季(a), 秋季(b), 冬季(c)和春季(d)表層海水pH分布圖Fig.8 Distributions of pH in the sea surface in summer (a), autumn (b), winter (c) and spring (d)

圖9 膠州灣夏季(a), 秋季(b), 冬季(c)和春季(d)表層海水pCO2 (μatm)分布Fig.9 Distributions of pCO2 (μatm) in the sea surface in summer (a), autumn (b), winter (c) and spring (d)

膠州灣表層海水的DIC和Alk均呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化, 且分布特征基本一致: 春季最高, 夏季最低, 秋冬季相差不大。這與劉輝等(1998)于 1995—1996年膠州灣總二氧化碳的季節(jié)變化規(guī)律是基本一致的。從圖6中DIC分布趨勢(shì)來(lái)看, DIC濃度的最高值主要位于李村河口附近和灣西部地區(qū), 這可能是由于李村河口以及灣東北部沿岸地區(qū)工業(yè)較為發(fā)達(dá)、人口較為密集, 有大量的生活污水和工業(yè)廢水通過(guò)河流輸入膠州灣內(nèi)所造成的, 并且沿岸海域的海水的交換和流動(dòng)能力較弱(趙亮等, 2002; Liuet al, 2004),污染物在水體中的擴(kuò)散速度較慢, 從而導(dǎo)致該海域的DIC濃度較大; 而灣西部海域人工養(yǎng)殖區(qū)眾多, 養(yǎng)殖區(qū)排放的大量廢水導(dǎo)致了較多的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)入膠州灣內(nèi), 進(jìn)而分解和再礦化成無(wú)機(jī)碳酸鹽等物質(zhì), 最后使得該海域附近的DIC濃度比其它海域高(白潔等,2004; Yateset al, 2007); 由圖7也可看出, Alk的變化規(guī)律與DIC基本一致。

DIC/S(歸一化 DIC)以及 Alk/S(歸一化 Alk)與鹽度均呈現(xiàn)出較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性(圖10), 表明了受陸地徑流輸入影響的水體在鹽度降低的同時(shí)碳酸鹽的比例升高(高彩霞等, 2014); 圖中不同季節(jié)有不同的斜率,表明陸地徑流在不同季節(jié)的影響程度不同; 同時(shí)少雨季節(jié)表層水的大量蒸發(fā), 會(huì)導(dǎo)致表層水的 DIC和Alk略微升高, 而降水和陸地徑流往往使海水DIC和Alk降低(隋永年, 1986a)。這與張正斌等(2008)根據(jù)2006年4月對(duì)黃海的研究中得出的DIC與鹽度呈負(fù)相關(guān)的結(jié)論一致。

圖10 夏季(a), 秋季(b), 冬季(c)和春季(d)DIC/S和S以及Alk/S和S的關(guān)系圖Fig.10 DIC/S vs. salinity and Alk/S vs. salinity in summer(a), autumn(b), winter(c) and spring(d)

3.2 pCO2的季節(jié)分布及影響因素

從溫度對(duì)碳酸鹽體系平衡的影響來(lái)看, 溫度的增加會(huì)引起pCO2值升高(Takahashiet al, 1993), 然而CO2的溶解度會(huì)隨溫度的升高而降低。因此, 溫度對(duì)海水中的 pCO2的分布有著正負(fù)兩方面的影響。圖 9也顯示了 pCO2的季節(jié)變化特征, 即夏季最高, 冬季最低, 春秋季相差不大。這說(shuō)明在季節(jié)分布上, 溫度是影響pCO2分布的主要因素之一。然而對(duì)于每個(gè)季節(jié)而言, 海水溫度變化范圍均較小(夏季＜3°C, 秋季＜3°C, 冬季＜7°C, 春季＜3°C), 因此對(duì) pCO2的影響并不大, 本文利用Takahashi等(1993)溫度對(duì)pCO2的校正公式將春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)的pCO2分別校正到相應(yīng)的平均溫度后得到npCO2, 然而發(fā)現(xiàn)校正之后的npCO2的分布趨勢(shì)并沒(méi)有發(fā)生較大的變化。為了剔除每個(gè)季節(jié)中的溫度對(duì) pCO2所產(chǎn)生的影響, 在探究和分析其它過(guò)程對(duì) pCO2的影響時(shí)均使用 npCO2(Zhang et al, 2012)。在近岸海域, 由于陸源輸入和人類活動(dòng)等影響, 有機(jī)物污染比較嚴(yán)重, 有機(jī)物的降解對(duì)于pCO2分布的影響不可忽略, 如圖11所示, npCO2與 DOC有較為明顯的正相關(guān)性, 這說(shuō)明有機(jī)物的降解造成了膠州灣pCO2的升高(劉啟珍等, 2010), 特別是在灣東部及東北部地區(qū)的工業(yè)化較為發(fā)達(dá)的地區(qū)影響更為顯著, DOC分布的高值區(qū)正好與pCO2的分布高值區(qū)相對(duì)應(yīng)。

4月份膠州灣西北部和東北部近岸海域呈現(xiàn)高pCO2高Chl-a的分布特征, 而灣中部至灣口海域呈現(xiàn)出低 pCO2低 Chl-a的分布特征。這與龔信寶(2014)在膠州灣的研究結(jié)論是一致的, 類似的情況在南黃海也有, Zhang等(2010)在南黃海春末的研究中發(fā)現(xiàn)pCO2與 Chl-a呈現(xiàn)正相關(guān), 且中部海域具有低 pCO2低Chl-a的特征。產(chǎn)生這種分布的原因可能是陸源輸入帶來(lái)了大量的營(yíng)養(yǎng)鹽, 從而促進(jìn)了近岸海域中浮游植物的生長(zhǎng)和繁殖, 而且污水輸入、海水養(yǎng)殖等均會(huì)帶來(lái)大量的易降解有機(jī)物, 加劇了灣內(nèi)浮游植物及底層沉積物的好氧呼吸, 并且通過(guò)海水的垂直混合過(guò)程使得表層海水擁有較高的 pCO2值(龔信寶等,2015)。而灣口及灣中部海域由于受陸源污染程度較小, 水質(zhì)較好, 好氧呼吸作用對(duì) CO2的貢獻(xiàn)不明顯,并且與黃海水交換作用明顯, 從而呈現(xiàn)出灣中部和灣口海域pCO2值最低的分布特征, 而此處海域Chl-a值偏低, 大多是因?yàn)楦∮蝿?dòng)物攝食對(duì)浮游植物的種類和數(shù)量產(chǎn)生了較為明顯的影響(于慶云等, 2009)。

3.3 pH的季節(jié)變化及其影響因素

圖11 夏季(a), 秋季(b), 冬季(c)和春季(d) npCO2與DOC的關(guān)系圖Fig.11 Correlation of npCO2 with DOC in summer (a), autumn (b), winter(c) and spring (d)

圖12 各季節(jié)平均pH和溫度的關(guān)系圖Fig.12 Relationships between average pH and temperature in all seasons

pH在季節(jié)上的變化規(guī)律為: 冬季最高, 春季最低, 秋季高于夏季。膠州灣全年平均溫度為 15.23°C,平均 pH為 7.99, 各季節(jié)的平均pH與平均溫度有一定的負(fù)相關(guān)性(圖12); 膠州灣海水平均pH值略低于大洋水的主要原因是: 膠州灣三面被青島市所包圍,受人類活動(dòng)、陸源輸入的影響較為顯著, 特別是東部沿岸B5、D4等站位, 大量的排污水經(jīng)李村河、海泊河進(jìn)入灣內(nèi), 從而降低了pH值(劉啟珍等, 2010)。影響海水pH的主要因素是海水無(wú)機(jī)碳體系與生物活動(dòng),而海水無(wú)機(jī)碳體系主要是通過(guò)溫度的變化來(lái)改變電離常數(shù)的, 溫度升高使電離常數(shù)變大, 導(dǎo)致海水 pH值降低(隋永年, 1986b)。冬季, 由于 Chl-a含量為全年最高值, 因此浮游植物的光合作用吸收海水中溶解的CO2使pH值升高(楊斌等, 2012), 冬季水溫最低也使 pH值升高, 因此生物活動(dòng)和溫度的協(xié)同作用使冬季 pH具有最高值; 春季, Chl-a值為全年最低值,光合作用最弱, 而生物活動(dòng)和溫度的拮抗作用使春季pH具有最低值, 說(shuō)明該季節(jié)生物活動(dòng)為主導(dǎo)因素;夏季水溫高于全年平均值, Chl-a含量為全年的次高峰值, 光合作用較強(qiáng), 降水和陸源輸入較為明顯, 使得夏季 pH略低于全年 pH平均值, 說(shuō)明該季節(jié)溫度和淡水輸入為主導(dǎo)因素; 秋季水溫略高于全年平均值, Chl-a值高于春季, 而秋季pH略高于全年pH平均值, 說(shuō)明該季節(jié)生物活動(dòng)為主導(dǎo)因素。

4 結(jié)論

本研究主要分析了膠州灣無(wú)機(jī)碳體系pH、DIC、Alk和 pCO2四個(gè)參數(shù)的分布特征、季節(jié)變化以及Chl-a、DOC、溫度、鹽度等相關(guān)參數(shù)的影響。研究表明, 以上參數(shù)在時(shí)空分布上有明顯的季節(jié)變化。pH在溫度、生物活動(dòng)和淡水輸入的影響下, 最終表現(xiàn)為冬季高, 春季低; DIC和Alk在陸源輸入、人類活動(dòng)和有機(jī)物再礦化作用下, 均表現(xiàn)為春季高, 夏季低;pCO2在有機(jī)物降解和生物活動(dòng)的作用下, 表現(xiàn)為夏季高、冬季低, 膠州灣總體上表現(xiàn)為夏季為CO2的強(qiáng)源區(qū), 春秋季為CO2的弱源區(qū), 冬季為CO2的匯區(qū)。在水平方向上, 由于沿岸的養(yǎng)殖區(qū)、工業(yè)區(qū)及生活區(qū)的廢水、污水的排放, 加上膠州灣的半封閉性和灣內(nèi)較弱的水動(dòng)力條件使得灣東部、東北部和西部地區(qū)存在著多個(gè)參數(shù)的高值區(qū), 這對(duì)于膠州灣碳酸鹽體系有著很大的影響。同時(shí), 從季節(jié)尺度上來(lái)看, 陸地徑流和溫度以及浮游植物等生物的呼吸、光合作用也對(duì)膠州灣碳酸鹽體系產(chǎn)生了一定的影響。

于慶云, 唐學(xué)璽, 杜恩在等, 2009. 膠州灣Chl a周年時(shí)空分布特征及與環(huán)境因子變化的相關(guān)性. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào),39(S1): 120—126

白 潔, 張昊飛, 李巋然等, 2004. 膠州灣冬季異養(yǎng)細(xì)菌與營(yíng)養(yǎng)鹽分布特征及關(guān)系研究. 海洋科學(xué), 28(12): 31—34

劉 輝, 姬泓巍, 辛 梅, 1998. 膠州灣水體中的二氧化碳體系. 海洋科學(xué), (6): 44—47

劉啟珍, 張龍軍, 薛 明, 2010. 膠州灣秋季表層海水pCO2分布及水-氣界面通量. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 40(10):127—132

李超倫, 張 芳, 申 欣等, 2005. 膠州灣葉綠素的濃度、分布特征及其周年變化. 海洋與湖沼, 36(6): 499—506

楊 斌, 張晨曉, 鐘秋平等, 2012. 欽州灣表層海水溫度鹽度及pH值時(shí)空變化. 欽州學(xué)院學(xué)報(bào), 27(3): 1—5

吳玉霖, 張 松, 張永山, 2004. 膠州灣浮游植物數(shù)量長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)變化的研究. 海洋與湖沼, 35(6): 518—523

沈志良, 劉明星, 1997. 膠州灣海水中二氧化碳的研究. 海洋學(xué)報(bào), 19(2): 115—120

宋金明, 2011. 中國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與生物固碳. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué), 18(3): 703—711

張正斌, 張 闖, 劉蓮生等, 2008. 黃海春季表面海水溶解無(wú)機(jī)碳的分層研究. 海洋科學(xué), 32(11): 36—43

趙 亮, 魏 皓, 趙建中, 2002. 膠州灣水交換的數(shù)值研究.海洋與湖沼, 33(1): 23—29

姚 云, 鄭世清, 沈志良, 2007. 膠州灣營(yíng)養(yǎng)鹽及富營(yíng)養(yǎng)化特征. 海洋通報(bào), 26(4): 91—98

高彩霞, 劉春穎, 李 鐵等, 2014. 青島近海堿度的研究及其測(cè)定方法的比較. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 44(3): 64—70

龔信寶, 2014. 春季膠州灣和桑溝灣表層海水 pCO2分布及影響因素分析. 青島: 中國(guó)海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文, 23—28

龔信寶, 韓 萍, 張龍軍等, 2015. 膠州灣春季 4月份表層海水pCO2分布及控制因素分析. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 45(4):95—102

隋永年, 1986a. 第三節(jié): 海水總堿度及其示性特征. 山東海洋學(xué)院學(xué)報(bào), (1): 160—172

隋永年, 1986b. 第二節(jié): 海水 pH及其影響因素. 山東海洋學(xué)院學(xué)報(bào), (1): 146—159

薛 明, 2014. 膠州灣?！?dú)?CO2通量及其控制. 青島: 中國(guó)海洋大學(xué)博士學(xué)位論文, 51—56

Dickson A G, Millero F J, 1987. A comparison of the equilibrium constants for the dissociation of carbonic acid in seawater media. Deep Sea Res Part A, 34(10): 1733—1743

Gao Z H, Yang D F, Qin J et al, 2008. The land-sourced pollution in the Jiaozhou Bay. Chin J Oceanol Limnol, 26(2): 229—232

IPCC, 2013. http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/syr/AR5_SYR_FINAL_SPM.pdf

Lewis E, Wallace D W R, 1998. Program developed for CO2system calculations. ORNL/CDIAC-105. Tennessee: Oak Ridge National Laboratory

Liu Z, Wei H, Liu G S et al, 2004. Simulation of water exchange in Jiaozhou Bay by average residence time approach.Estuarine, Coastal Shelf Sci, 61(1): 25—35

Longhurst A, Sathyendranath S, Platt T et al, 1995. An estimate of global primary production in the Ocean from satellite radiometer data. J Plankton Res, 17(6): 1245—1271

Mehrbach C, Culberson C H, Hawley J E et al, 1973.Measurement of the apparent dissociation constants of carbonic acid in seawater at atmospheric pressure. Limnol Oceanogr, 18(6): 897—907

Takahashi T, Olafsson J, Goddard J G et al, 1993. Seasonal variation of CO2and nutrients in the high-latitude surface oceans: a comparative study. Global Biogeochem Cycles,7(4): 843—878

Walsh J J, 1988. On the Nature of Continental Shelves. New York:Academic Press, 520

Yang G P, Zhang Y P, Lu X L et al, 2010. Distributions and seasonal variations of dissolved carbohydrates in the Jiaozhou Bay, China. Estuarine, Coastal Shelf Sci, 88(1):12—20

Yates K K, Dufore C, Smiley N et al, 2007. Diurnal variation of oxygen and carbonate system parameters in Tampa Bay and Florida Bay. Mar Chem, 104(1—2): 110—124

Zhang L J, Xue L, Song M Q et al, 2010. Distribution of the surface partial pressure of CO2in the southern Yellow Sea and its controls. Continental Shelf Research, 30(3—4):293—304

Zhang L J, Xue M, Liu Q Z, 2012. Distribution and seasonal variation in the partial pressure of CO2during autumn and winter in Jiaozhou Bay, a region of high urbanization. Mar Poll Bull, 64(1): 56—65