近岸生態(tài)系統無機碳代謝及其對海洋酸化的響應初探.pdf

1、海洋生物對碳循環(huán)的調控途徑主要包括碳酸鹽泵（碳酸鈣生產/溶解作用）和有機質泵（光合/呼吸作用）過程。其中，有機質泵的凈效應會將表層海洋的二氧化碳(CO2)以有機碳形式固定至深層海洋，凈的碳酸鈣(CaCO3)生產會增加海水中的CO2。與此同時，隨著大氣中人為CO2的不斷增加，海水pH降低，會使碳酸鈣飽和度(Ω)下降，從而對海洋生物的生理活動尤其是鈣化生物乃至整個海洋生態(tài)系統有深遠影響。本論文以無機碳代謝過程為核心內容，開展沿岸上升流的自然

2、酸化過程和中尺度圍隔生態(tài)系統的溶解態(tài)鈣離子(Ca2+)和碳酸鹽系統的研究，探討CaCO3的生產/溶解這樣的無機碳代謝過程，評價近岸生態(tài)系統碳代謝活動對酸化的響應，為預測未來環(huán)境變化對河口及近岸環(huán)境碳循環(huán)的影響提供科學基礎。
　　本研究首先發(fā)展了高精度測定顆粒態(tài)CaCO3的方法。該方法總體上基于Ca2+的EGTA(乙二醇-雙-(2-氨基乙醚)四乙酸）的高精度滴定法。測定流程主要包括顆粒態(tài)無機碳(PIC，主要成分是CaCO3)加酸溶解

3、，EGTA滴定法檢測淋洗液中的Ca2+含量，進而確定顆粒態(tài)CaCO3的含量。與基于差減法獲得顆粒態(tài)無機碳含量的分析手段相比，該方法具有較低的檢測限(0.10μmol)、較高的精密度(4％)，而且該法所需的海水體積較小。因而，該方法具有良好的應用前景。
　　2013年6月15日至2013年6月29日，我們在廈門五緣灣(富營養(yǎng)化水體，低pH)開展了為期15 d的中尺度圍隔實驗。接種到圍隔進行培養(yǎng)的顆石藻和硅藻經過一星期的生長階段后發(fā)生

4、了以硅藻為主的藻華，而后進入藻華的衰退階段。培養(yǎng)期間，圍隔生態(tài)系統的凈鈣化速率為1.45±0.21μmol·kg-1·d-1，顆粒態(tài)有機碳(POC)生產速率為13.4±8.9μmol· L-1·d-1，溶解態(tài)有機碳(DOC)生產速率為21.9±9.7μmol·L-1·d-1，PIC/POC比值為0.17±0.13。通過對比不同圍隔在不同培養(yǎng)期的無機碳代謝過程的差異可知，在藻華前期的生長階段，低pH條件下單位顆石藻細胞的鈣化速率下降了29

5、％;在藻華爆發(fā)階段，凈鈣化速率增加約2倍;在藻華衰退階段，POC礦化速率越快，CaCO3溶解速率也越快。
　　2013年8月30日至2013年9月2日依托國家自然基金委南海西部開放航次，我們在有岸礁和礁斑的海南島東北部觀測到沿岸上升流過程。沿岸上升流水體呈現出高Ca2+和低Ωarag特征。根據碳酸鹽系統等相關參數，我們估算出該生態(tài)系統中無機碳代謝是有機碳代謝的1/5，高于南海海盆觀測的結果(無機碳代謝是有機碳代謝的1/14)(Ca

6、o et al.，2009)，表明近岸生態(tài)系統無機碳代謝的顯著作用。Ca+表現出非保守行為:在上升流站位的表層及底層爬升水體表現為Ca+的去除過程，特別是在上升流水團中生物的鈣化速率為1.75±0.75μmol·kgl·d-1，而底層水體中CaCO3鈣化速率為3.0±1.8μmol·kg-1·d-1。在表層，水體上升流將大量浮游植物所需的營養(yǎng)鹽帶入真光層，促進浮游植物增長，因而使得鈣化速率增大。而在次表層表現為Ca2+的添加過程，特別在