2006年夏季黄、东海溶解有机碳的分布特征＊

石晓勇，李鸿妹，张传松，王作华

（1.中国海洋大学 化学化工学院，山东 青岛266100；2.中国海洋大学 海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室，山东 青岛266100；3.国家海洋局减灾中心，北京100194）

大气中CO2等温室效应气体的增加以及随之产生的气候效应，是当今人类面临的全球重大环境问题热点，由此引发科学界对全球碳循环研究的重视。占全球面积71%的海洋，每年吸收CO2的量约占人为排放总量的30%～50%，是大气CO2重要的汇。

溶解有机碳（DOC）占海洋有机碳含量的80%～95%，海洋中以DOC 形式存在的碳与大气中CO2量相当（750×1015g），可在1ka～10ka的时间尺度影响大气中CO2的含量［1］，在海洋碳循环和海洋生态系统中起着重要的作用［2］。DOC是表征水体中有机物含量和生物活动水平的重要参数，是研究总有机碳的通量、分布、作用和循环中重要的一部分，对于化学海洋学和生物海洋学的研究有重要意义。此外，海水中的DOC还是一种关于污染和生物活动水平的综合指标，可以用于判断海洋污染程度等。因此在全球海洋通量研究（JGOFS）中，DOC对于了解海洋对大气CO2的吸收、转移和垂直迁移碳的能力具有重要的作用［3］。

海水中DOC组成异常复杂，大多是由不同数量和组分的氨基酸、核苷、碳水化合物、油脂类、芳香烃、非芳香烃和大分子量腐殖酸等的混合物组成［4］。浮游植物的光合作用、细菌的活动、生物的新陈代谢以及陆源输入是其重要来源，此外颗粒有机碳（POC）向DOC的转化、大气输送及沉积物间隙水的向上释放也是水体中DOC的重要来源［1］。

近年来我国科研人员针对海洋有机碳的研究已有了很大进展［3-13］，但是大部分研究海域范围相对独立，面积较小，尚缺乏对大尺度海域的调查研究。我们就2006年夏季对黄海和东海海域的调查资料，分析了我国东部陆架边缘海域DOC的分布特征，并对其来源进行了初步分析。力图在较大尺度海域范围深入了解海水中DOC的各项特征。

1 调查区域与分析方法

2006-06-28-07-15乘坐“东方红2号”考察船对东中国海海域进行现场调查，调查范围为24°～36°N，118°～128°E海域，调查区域覆盖了黄、东海的大部分陆架区。现场调查由北向南共设置7条断面，共计51个站位，其中化学站位41个（站位见图1）。采样深度从几米到千余米不等，采水层次为0，10，30，50m 和底层。

调查过程中每个站位海水的深度、温度和盐度均使用SeaBird 911-Plus CTD 现场测量，同时使用电控12联装Niskin采水器及时采集各层次水样，采得的水样立即用Whatman GF／F滤膜（预先于450 ℃灼烧6 h）在全玻过滤器上抽滤。所得滤液转移至玻璃瓶（450 ℃灼烧6h）中，并加入8～10μL饱和HgCl2（质量浓度）溶液，于-20 ℃冷冻保存，至陆地实验室测定。

一个月后分析所采样品，实验室分析时，滤液充分解冻并经室温下平衡后在岛津总有机碳分析仪TOCVCPH 上以邻苯二甲酸氢钾为标准溶液测定样品中的溶解有机碳，该方法相对标准偏差小于±2%，精度为0.005mg／L［14］。其它相关参数的测定均依据《海洋调查规范》或相关国际通用方法进行［14-16］。

图1 夏季调查站位分布图Fig.1 Location of sampling stations in the summer survey

2 结果与讨论

2.1 DOC质量浓度变化特征

整个调查海区DOC的质量浓度范围为0.50～3.05mg／L，平均质量浓度为1.08mg／L（表1）。调查海域DOC的垂向分布特征基本表现为DOC质量浓度平均值随深度增加逐渐降低。表层DOC的平均质量浓度为1.27mg／L，其数值在所有层中最高，且变化范围最大，变幅可达2.39mg／L；底层DOC 的平均质量浓度为0.97mg／L，其数值最低。此外，30m 以浅各层DOC平均质量浓度均大于1.00mg／L，而深海域数值相对较低。其中，50m 层DOC变化范围最小，变幅为0.66mg／L。

图2为调查海域03，04，05，07断面DOC的垂直分布。调查海域DOC的质量浓度呈现随深度的增加逐渐降低的分布特征。DOC在垂直方向上所呈现的由表到底逐渐降低的特征，主要由2方面原因造成：1）由于上层水体具有较高的生物量，浮游植物通过光合作用分解释放产生大量的溶解有机碳（夏季表层和水深10m 叶绿素的质量浓度比较高），该部分约占初级生产力的20%～30%［17］，而下层水体（30m 以深）受到光限制及贫营养的黑潮水体等的影响，不利于浮游植物的生长，从而导致深层海水中溶解有机碳偏低；此外，夏季黄、东海沿岸陆地河流纷纷进入丰水期，大量的陆源有机污染物被输送到近岸海域中，河流输入的溶解有机碳质量浓度一般比海水中要高很多，如长江水体中DOC为3.30～11.20mg／L，黄河为2.20～17.11mg／L［18］，同时由于夏季海水层化现象的存在，使得随陆源淡水输入的DOC只能上浮在较浅的水层，这成为沿岸海域表层溶解有机碳质量浓度较高的又一重要原因。

表1 调查海区内DOC的质量浓度Table1 DOC concentrations in the survey area

图2 典型断面ρDOC的断面分布Fig.2 Vertical distribution of DOC concentration（mg·L-1）along typical sections in the survey area

2.2 与其它海区比较

与以往文献数据相比，虽然本次所测得的DOC 质量浓度与以往在黄、东海测定的有所差异，但仍在同一数量级水平上（表2）。研究海域DOC 质量浓度值仅低于渤海［19］、河口区［5，12］及南黄海［8］，但与南海［3，20］及大洋水［11，21，22］相比较，黄、东海DOC质量浓度均高于这2个海域，这主要归因于充足的陆源输入和旺盛的生物代谢活动。有研究表明浮游植物光合作用和生物代谢活动会产生大量的DOC，约占固碳总量5%～50%［13］。河口主要受到陆源碳输入的影响，而渤海为中国内海，黄海是半封闭陆架浅海，水更新周期长，且接受大量的陆地径流输入及人类生产活动产生的大量有机物，可直接或间接转化为DOC，使得DOC 质量浓度整体较高。

表2 中国近海及大洋水体ρDOC质量浓度Table 2 DOC concentrations in the oceans and the coastal waters of China

2.3 DOC平面分布特征

调查海域夏季水深30m 以浅海域DOC的分布趋势均表现出北高南低的特征，高值区主要集中在长江口以北的124°～126°E的海域，底层呈现由近岸向外海降低的趋势，与水深30m 以浅的分布明显不同（图3）。

表层DOC的分布整体呈现出2个特点：1）整体呈现北高南低的趋势。长江口以北海区DOC 质量浓度较高，等值线密集，DOC 质量浓度均在1.30mg／L 以上，而东海南部等值线极为稀疏，DOC 质量浓度小于1.00mg／L。2）DOC在长江口以北海区出现2个高值区，一个位于长江口以北（31°～33°N，124°～126°E），DOC以32.3°N，124.4°E海区为中心，呈辐射状向四周递减，中心质量浓度大于3.00mg／L；另一个位于南黄海东部海区（35.0°N，123.5°E），中心质量浓度大于2.00mg／L。而叶绿素在北部海区无高值，表明DOC高值来源于生物体碎屑分解过程中释放出大量的DOC。此外，长江口入海口处DOC质量浓度较高，这是由于夏季长江径流量增大，携带大量溶解有机质入海所致。

水深10m 层DOC的分布分2部分：1）长江口以北DOC 分布与表层相似，高值仍出现在长江口以北（31°～33°N，124°～126°E）的海区，但高值中心质量浓度与表层相比有所减小，为2.10mg／L；南黄海东部高值消失。2）长江口以南DOC分布呈现由近岸向远海降低的趋势。在浙江近岸上升流区出现DOC 的最大值（2.12mg／L），这是因为上升流可为上层水体带来丰富的营养物质，且此区域温度较高，光照充足，适宜浮游植物的光合作用，该区域叶绿素也出现高值，表明上升流区DOC的高值来源于浮游植物的初级生产。

水深30m 层DOC 的分布特征与水深10m 层基本一致，但与水深10m 层相比，质量浓度有所减小。长江口以北的124°～126°E 的海域仍为DOC 的高值区，但高值中心略向东北偏移（S0406 站，32.5°N，124.9°E）；南黄海和台湾东北部质量浓度较高，而杭州湾湾口附近质量浓度较低。

底层，DOC质量浓度分布有以下2个特征：1）表现为明显的由近岸向远海降低的趋势，且水深30m 以浅海域长江口以北的高值区消失。2）近岸有2个高值中心，一个位于长江入海口，与叶绿素的高值区恰好吻合，这主要是由于近岸水深较浅，水体上下混合均匀，且夏季长江径流量增大，将大量营养物质从陆地带入长江口海域［23］。另一个位于浙江沿岸舟山渔场附近，也是东海赤潮高发区［24］，叶绿素在此处也有次大值，这主要与此处上升流有关。这表明近岸DOC 高值主要来源于浮游植物的初级生产，可能主要来源于陆源输入和沉积物在悬浮的物质交换，应该与浮游植物无关。

图3 表层、10m 层、30m 层和底层DOC和叶绿素a的平面分布Fig.3 Horizontal distributions of DOC and Chlorophyll a in the surface，10m，30mand bottom layers

3 结 语

1）2006年夏季黄、东海海域DOC质量浓度的变化范围为0.50～3.05mg／L，平均值为1.08mg／L。垂直方向上，DOC平均质量浓度随深度增加逐渐降低，一方面由于上层水体浮游植物初级生产释放大量DOC，另一方面由于夏季海水层化使得较高质量浓度的DOC只能积累在较浅水域。

2）DOC的平面分布表现为水深30m 以浅海域呈现北高南低的特征，高值区主要集中在长江口以北的124°～126°E的海域，主要来源于生物体碎屑，分解过程中释放大量的DOC；底层表现为由近岸向外海降低的趋势，近岸高值主要来源于陆源排放。

致谢：王江涛老师在样品测定和分析过程中提供帮助。

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