【摘要】： 河口是陸地碳儲(chǔ)庫向海洋碳儲(chǔ)庫碳輸運(yùn)的通道,河口的物理、化學(xué)、生物過程在空間尺度和時(shí)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(dǎo)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(bǔ)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(diǎn)。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(gè)西北太平洋邊緣海的生物地球化學(xué)過程會(huì)產(chǎn)生重要影響,研究黃河口碳的輸運(yùn)過程及有效入海通量,對于更完整、更準(zhǔn)確地探討全球陸地碳儲(chǔ)庫向海洋碳儲(chǔ)庫碳的單向輸運(yùn)過程具有重要的代表性。本文在國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科技部項(xiàng)目的支持下,在黃河口淡咸水混合帶進(jìn)行了汛期(2004.9;2005.9)和非汛期(2004.4;2006.4)4個(gè)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(gè)航次的調(diào)查,對汛期和非汛期黃河口碳的輸運(yùn)過程及有效入海通量進(jìn)行了研究,并對黃河碳輸運(yùn)對萊州灣內(nèi)碳體系的影響作了科學(xué)的評(píng)價(jià)。本文內(nèi)容主要有四個(gè)部分:①黃河口混合帶有機(jī)碳的輸運(yùn)特征及有效通量;②黃河口無機(jī)碳的輸運(yùn)過程及有效通量;③黃河口pCO_2的時(shí)空分布及維持機(jī)制;④黃河碳輸運(yùn)對萊州灣碳參數(shù)的影響。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論如下: 顆粒有機(jī)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(jī)碳的含量在進(jìn)入河口前比較穩(wěn)定,約為0.36%,接近于黃土高原土壤有機(jī)碳的背景值0.39%,在河口低鹽度區(qū)(0S0.5),隨著大顆粒泥沙大量沉降,河口感潮河段懸浮物相對細(xì)化,從而導(dǎo)致懸浮物中POC%升高至0.51%左右,口門外近海懸浮物中海源懸浮物的比例逐漸增加,導(dǎo)致口外近海懸浮物中POC%超過黃河泥沙POC%的極限值(0.60%),因此,在計(jì)算黃河顆粒有機(jī)碳的有效入海通量時(shí),應(yīng)該考慮到巨量大顆粒泥沙的沉降作用以及由此導(dǎo)致的POC%含量升高的影響,否則能夠?qū)е翽OC的入海通量被高估,黃河口泥沙的沉降作用對顆粒有機(jī)碳的截留效率約為72.8%;應(yīng)用多元線性回歸法對黃河不同粒級(jí)懸浮物中POC%的含量進(jìn)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(xì)顆粒懸浮物承載了99.5%的黃河入海顆粒有機(jī)碳。 溶解有機(jī)碳:可能受到人工堤壩調(diào)控的影響,汛期和非汛期黃河進(jìn)入河口時(shí)溶解有機(jī)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(dǎo)致黃河DOC的有效入海通量分別增加10%和20%左右。當(dāng)懸浮物含量超過455mg/l時(shí),黃河入海的有機(jī)碳以顆粒態(tài)為主;反之,以溶解態(tài)為主。 溶解無機(jī)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S5和S18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+ + HCO3-→CaCO3 + CO_2 (g) + H2O的形式進(jìn)行的。受河口區(qū)域碳酸鈣沉降作用的影響,黃河流域風(fēng)化作用吸收的CO_2在河口將會(huì)有10%重新釋放到大氣中。黃河口淡咸水混合過程中pH會(huì)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[HCO3-]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(jìn)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(jī)碳:黃河口懸浮物中碳酸鹽含量較高,這導(dǎo)致堿度受懸浮物影響較大,只有當(dāng)懸浮物含量小于53mg/l時(shí),懸浮物對堿度的影響可以忽略不計(jì),因此測定黃河口的堿度時(shí)必須進(jìn)行過濾;黃河口顆粒無機(jī)碳濃度主要受控于懸浮物含量,陸源懸浮物中PIC%穩(wěn)定在1.75%左右,當(dāng)懸浮物含量小于200mg/l時(shí),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(huì)迅速下降。黃河口泥沙沉降作用對顆粒無機(jī)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)域大量沉降,顆粒有機(jī)碳也隨之沉降下來,從而使耗氧細(xì)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(yīng)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: Ca2+ + HCO3-→CaCO3↓+ CO_2 (g) + H2O當(dāng)pCO_2下降時(shí),平衡會(huì)向右移動(dòng),導(dǎo)致黃河低鹽度區(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)е聀CO_2迅速下降,這是驅(qū)動(dòng)黃河口發(fā)生碳酸鈣沉降作用的主要機(jī)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(huì)擴(kuò)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(yīng)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(gè)POC濃度高值區(qū)的因素分別是受黃河陸源輸入和浮游植物的影響。黃河口水體中較高的碳酸鹽對pCO_2可能具有緩沖作用,因此黃河口及萊州灣明顯表現(xiàn)為大氣CO_2的源區(qū),不會(huì)成為匯區(qū)。通過PIC的分析,可以發(fā)現(xiàn)萊州灣內(nèi)陸源和海源懸浮物的分界線約為30mg/l,懸浮物中的PIC可以示蹤黃河泥沙在萊州灣的擴(kuò)散范圍,黃河調(diào)水調(diào)沙輸入的巨量泥沙可能最終在萊州灣內(nèi)堆積。
【圖文】：

會(huì)導(dǎo)致全球降水量重新分配，冰川和凍土消融，海平面上，既危害自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡，又威脅人類的食物供應(yīng)和生存環(huán)境。全氣候問題，已經(jīng)引起了各國科學(xué)界、政府的高度重視。1997 年《氣候公約：京都議定書(Kyoto Protoco1)》規(guī)定了發(fā)達(dá)國家和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌國家在 2012 年的承諾期內(nèi)將 6 種溫室氣體(包括：CO2，CH4，N2O，HFCs，排放總量在 1990 年的基礎(chǔ)上平均減少 5.2%，同時(shí)還規(guī)定發(fā)達(dá)國家之合履行”宏觀減排指標(biāo)。美國所排放的二氧化碳占全球排放量的 25%美國曾于 1998 年 11 月簽署了《京都議定書》，但 2001 年 3 月布什政府室氣體排放將會(huì)影響美國經(jīng)濟(jì)發(fā)展”和“發(fā)展中國家也應(yīng)該承擔(dān)減排和氣體的義務(wù)”為借口，宣布拒絕執(zhí)行《京都議定書》；2002 年 9 月，我在南非召開的可持續(xù)發(fā)展世界首腦會(huì)上，代表中國政府正式宣布核準(zhǔn)定書》，為在全世界推動(dòng)該議定書的實(shí)施發(fā)揮了重要作用，亦將加速我濃度、碳通量、碳循環(huán)的監(jiān)測和研究工作步伐，以兌現(xiàn)我國政府的承

2圈之間相互轉(zhuǎn)換和運(yùn)移的過程即為全球碳循環(huán)。當(dāng)前學(xué)術(shù)界所關(guān)注的生循環(huán)發(fā)生在地球表層系統(tǒng)，以外力(主要是太陽能)為主要驅(qū)動(dòng)力。土壤侵蝕及河流搬運(yùn)等都屬于碳的表生地球化學(xué)循環(huán)的環(huán)節(jié)。全球碳循環(huán)球碳的存有量約 2.6×1016噸，但其中 96.2%（2.5×1016噸）以碳酸鹽于巖石中，如石灰?guī)r、大理巖等，另外 2.9%（7.5×1016噸)的碳是地化合物，如煤、石油等。這些固體或液體狀態(tài)的碳是全球碳循環(huán)的貯存件下幾乎不參與全球碳循環(huán)過程。實(shí)際上參與圈層間交換與循環(huán)的碳的 0.9%。在這部分參與循環(huán)的碳中，大氣中的二氧化碳?xì)怏w約占 ×1012噸），，構(gòu)成現(xiàn)存生物量的有機(jī)碳大約占 1%（2.34×1012噸），其余和海底沉積物中的固體碳（1.8236×1014噸）。因此，從空間的角度講循環(huán)研究主要分為陸地碳循環(huán)和海洋碳循環(huán)兩部分（圖 1.2）。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：X171.1

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 邢建偉;線薇微;繩秀珍;;2012年長江口水域溶解有機(jī)碳分布特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J];中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年08期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 許博超;天然鐳同位素富集和測定方法及對河口混合過程的示蹤研究[D];中國海洋大學(xué);2011年

2 董愛國;黃、東海海域沉積物的源匯效應(yīng)及其環(huán)境意義[D];中國海洋大學(xué);2011年

3 劉志媛;黃河口碳的輸運(yùn)特征及通量[D];中國海洋大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 劉志媛;黃河河口過程中碳的行為變化[D];中國海洋大學(xué);2011年

2 王文松;膠州灣春、夏季表層水體pCO_2分布及季節(jié)演變[D];中國海洋大學(xué);2013年

3 孔凡亭;大沽河溶解性有機(jī)碳時(shí)空分布特征和通量研究[D];青島大學(xué);2014年

4 邢建偉;長江口有機(jī)碳的時(shí)空分布、變化及輸運(yùn)特征研究[D];中國海洋大學(xué);2014年

5 葉麗菲;新豐江水庫二氧化碳分壓及其通量[D];中山大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2702254