南海無機碳代謝及其在碳循環(huán)中的作用初探.pdf

1、無機碳代謝(鈣化/溶解作用)和有機碳代謝(光合/呼吸作用)是調(diào)節(jié)海洋碳循環(huán)的兩個主要生物過程。其中，光合/呼吸作用的凈效應(yīng)將表層海洋中的二氧化碳(CO2)以有機碳形式固定至深層海洋，而凈碳酸鈣(CaCO3)生產(chǎn)卻驅(qū)使海洋CO2增加。本論文首次從無機碳代謝出發(fā)，調(diào)查了南海多個區(qū)域的顆粒無機碳(PIC，主要為CaCO3)和溶解鈣離子(Ca2+)，旨在描繪南海CaCO3和Ca2+分布，比較不同區(qū)域間兩者行為的差異；初步探討控制CaCO3和Ca

2、2+行為的過程，評估無機碳代謝活動在南海的重要性，并與有機碳代謝進行比較。 本論文的研究區(qū)域包括以南海北部海盆為代表的深水區(qū)域，以南海北部陸架為代表的近岸河口區(qū)域，及以西沙永興島周邊礁盤為代表的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)。測定參數(shù)除PIC和Ca2+外，還包括顆粒有機碳(POC)和碳酸鹽系統(tǒng)，如CO2分壓(pCO2)、總堿度(TAlk)、總?cè)芙鉄o機碳(DIC)等相關(guān)支持數(shù)據(jù)，所有參數(shù)都采用國際標準方法測定。 我們的實驗結(jié)果表明，秋季南

3、海北部海盆這一半封閉寡營養(yǎng)鹽海區(qū)的表層PIC濃度范圍為0.14—0.24μmol C L-1，低于POC近一個量級。而冬季由于南海水體混合增強，浮游植物初級生產(chǎn)力相應(yīng)提高，各調(diào)查區(qū)域PIC和POC均有不同程度的增加。2006年12月，呂宋深海區(qū)真光層內(nèi)的PIC濃度約為1μmol C L-1，高出秋季北部海盆一個量級，PIC/POC濃度比值可達1：2；而南海西部上層水體的PIC濃度更高，可達2μmol C L-1，PIC/POC濃度比值也

4、一般大于1：2，暗示了這些區(qū)域應(yīng)有較強的鈣化作用；在南海北部陸架至陸坡區(qū)域，由于同時受珠江沖淡水陸源輸入的影響，PIC最高可達0.8μmol C L-1，整體水平高出北部海盆3—4倍。PIC最高值發(fā)生在西沙珊瑚礁這一鈣化生態(tài)系統(tǒng)中，冬季表層水體的PIC濃度一般大于1μmol C L-1，最高可達3μmol C L-1，PIC/POC濃度比值接近1。 根據(jù)碳酸鹽系統(tǒng)等相關(guān)數(shù)據(jù)，我們估算出南海北部海盆真光層內(nèi)和西沙珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的鈣

5、化/光合比值分別為～1：14和1：4—1：3，指示了有機碳生產(chǎn)在海盆區(qū)占絕對主導(dǎo)地位，而珊瑚礁系統(tǒng)的鈣化作用不可忽視。另外，南海北部海盆100m水深處的CaCO3和有機碳輸出通量比僅為0.12，與該區(qū)域真光層內(nèi)的PIC/POC濃度比值吻合，也證明了該區(qū)域無機碳生產(chǎn)力較低。 南海Ca2+分布顯示，北部海盆區(qū)水深500 m之下的實測Ca2+顯著高出基于保守行為假設(shè)下的計算值(兩者之差即所謂的超額鈣，Excess Ca)，超額鈣的形成

6、可能是熱力學(xué)因素和質(zhì)子通量共同控制下的CaCO3溶解導(dǎo)致。呂宋深海區(qū)500m以深水體中也存在超額鈣，但南海西部深水區(qū)域的超額鈣并不明顯，這可能與該區(qū)域具有較高的PIC濃度相關(guān)。而在南海北部陸架至陸坡表層水體中，Ca2+分布受到河海水混合的影響，近岸濃度低(最低約為9.80 mmol kg—1)，遠岸濃度高(最高接近10.00 mmol kg—1)，但在陸坡深水海區(qū)也存在超額鈣，其量級與北部海盆區(qū)接近。西沙珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的Ca2+部分呈現(xiàn)