黃河口碳輸運過程及其對萊州灣的影響.pdf

1、河口是陸地碳儲庫向海洋碳儲庫碳輸運的通道，河口的物理、化學、生物過程在空間尺度和時間尺度上的變化程度相對于陸地和海洋都比較劇烈，這些劇烈的河口過程對陸地向海洋的碳循環(huán)能夠產(chǎn)生明顯的影響，從而導致碳的有效輸送通量發(fā)生變化，河口有效的碳通量研究作為補充目前全球碳循環(huán)中的循環(huán)途徑不閉合問題的重要方面，逐漸成為全球碳循環(huán)研究的熱點。黃河是世界上著名的高渾濁度河流，其陸源碳的入海對渤海乃至整個西北太平洋邊緣海的生物地球化學過程會產(chǎn)生重要影響，研究

2、黃河口碳的輸運過程及有效入海通量，對于更完整、更準確地探討全球陸地碳儲庫向海洋碳儲庫碳的單向輸運過程具有重要的代表性。本文在國家自然科學基金委員會、科技部項目的支持下，在黃河口淡成水混合帶進行了汛期(2004.9；2005.9)和非汛期(2004.4；2006.4)4個航次的考察，并結(jié)合黃河調(diào)水調(diào)沙過程對萊州灣內(nèi)碳參數(shù)分布開展了2005.7；2005.9兩個航次的調(diào)查，對汛期和非汛期黃河口碳的輸運過程及有效入海通量進行了研究，并對黃河碳

3、輸運對萊州灣內(nèi)碳體系的影響作了科學的評價。本文內(nèi)容主要有四個部分：①黃河口混合帶有機碳的輸運特征及有效通量；②黃河口無機碳的輸運過程及有效通量；③黃河口pCO<,2>的時空分布及維持機制；④黃河碳輸運對萊州灣碳參數(shù)的影響。主要實驗結(jié)果和結(jié)論如下： 顆粒有機碳：黃河泥沙中POC％與泥沙中值粒徑增加有良好的指數(shù)下降關(guān)系，黃河泥沙中POC％的極限值大約為0.60％。黃河懸浮物中顆粒有機碳的含量在進入河口前比較穩(wěn)定，約為0.36％，接

4、近于黃土高原土壤有機碳的背景值0.39％，在河口低鹽度區(qū)(0

5、，黃河口泥沙的沉降作用對顆粒有機碳的截留效率約為72.8％；應用多元線性回歸法對黃河不同粒級懸浮物中POC％的含量進行了優(yōu)化處理，結(jié)合河口感潮河段懸浮物的粒徑組成，可以發(fā)現(xiàn)小于32μm的細顆粒懸浮物承載了99.5﹪的黃河入海顆粒有機碳。溶解有機碳：可能受到人工堤壩調(diào)控的影響，汛期和非汛期黃河進入河口時溶解有機碳的含量較為穩(wěn)定，分別為2.60mg/l和3.01mg/l；汛期和非汛期河口感潮河段沉積物向上覆水釋放DOC能導致黃河DOC的有效

6、入海通量分別增加10﹪和20﹪左右。當懸浮物含量超過455mg/l時，黃河入海的有機碳以顆粒態(tài)為主：反之，以溶解態(tài)為主。 溶解無機碳：黃河口DIC含量普遍高于世界上其他河口，季節(jié)分布特征是汛期DIC小于非汛期。汛期和非汛期黃河口DIC分別在S>5和S>18的高鹽度區(qū)保守性降低，低鹽度區(qū)DIC虧損的原因是由于碳酸鈣的沉降作用，這種沉降作用是以ca2<'+>+HCO<,3><'->→CaCO<,3>+CO<,2>(g)+H<,2>

7、O的形式進行的。受河口區(qū)域碳酸鈣沉降作用的影響，黃河流域風化作用吸收的CO<,2>在河口將會有10﹪重新釋放到大氣中。黃河口淡咸水混合過程中pH會出現(xiàn)相對于淡水端異常升高的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于混合過程中pCO<,2>相對于[HCO<,3><'->]更為迅速的降低引起的，可以通過黃河口混合區(qū)相對于淡水進入河口前pH的異常升高的區(qū)域來表征碳酸鈣的沉降作用發(fā)生的鹽度范圍。 顆粒無機碳：黃河口懸浮物中碳酸鹽含量較高，這導致堿度受

8、懸浮物影響較大，只有當懸浮物含量小于53mg/l時，懸浮物對堿度的影響可以忽略不計，因此測定黃河口的堿度時必須進行過濾；黃河口顆粒無機碳濃度主要受控于懸浮物含量，陸源懸浮物中PI﹪穩(wěn)定在1.75﹪左右，當懸浮物含量小于200mg/l時，由于浮游植物構(gòu)成的海源懸浮物對陸源懸浮物的稀釋作用，懸浮物中PIC﹪會迅速下降。黃河口泥沙沉降作用對顆粒無機碳的截留效率約為80﹪。 二氧化碳分壓(pCO<,2>)：黃河口懸浮物在低鹽度區(qū)域大量

9、沉降，顆粒有機碳也隨之沉降下來，從而使耗氧細菌所利用的碳源迅速減少，表觀耗氧量迅速降低，水體中的pCO<,2>也相應的在鹽度0-5的區(qū)域迅速下降，由于高碳酸氫鹽的黃河水中存在以下平衡： Ca<,2+>＋HCO<,3><'->→CaCO<,3>↓＋CO<,2>(g)＋H<,2>O 當pCO<,2>下降時，平衡會向右移動，導致黃河低赫度區(qū)發(fā)生碳酸鈣的沉降現(xiàn)象使DIC發(fā)生虧損；因此，黃河口低鹽度區(qū)懸浮泥沙的大量沉降作用能夠?qū)?/p>

10、致pCO<,2>迅速下降，這是驅(qū)動黃河口發(fā)生碳酸鈣沉降作用的主要機制。另外，非汛期(4月份)黃河口磷酸鹽含量較高，隨著鹽度0-5的區(qū)域懸浮物的大量沉降，水體光的透射率增加，使得浮游植物消耗CO<,2>也能夠加劇碳酸鈣的沉降作用，因此非汛期黃河口碳酸鈣的沉降范圍會擴展到鹽度為0-18的區(qū)域。從整體上看，黃河口在低鹽度區(qū)域生物耗氧呼吸作用和碳酸鈣的沉降作用是控制水體中pCO<,2>的主要因素，而高鹽度區(qū)pCO<,2>可能主要來源于海水對高堿

11、度、高pH的黃河水的酸化作用。受黃河調(diào)水調(diào)沙的影響，巨量的黃河淡水輸入能夠造成萊州灣鹽度整體性下降，萊州灣溶解性碳(DOC、DIC)的分布都表現(xiàn)為由西南部向東北部外海逐漸降低的趨勢，調(diào)水調(diào)沙期間萊州灣DOC、DIC具有同源性，應以黃河輸入為主。但9月份小清河入海流量增大后明顯能對萊州灣西南部DOC、DIC的分布產(chǎn)生影響。通過對懸浮物中POC％的分析可以發(fā)現(xiàn)造成萊州灣內(nèi)靠近黃河口和南部沿岸區(qū)兩個POC濃度高值區(qū)的因素分別是受黃河陸源輸入和