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《厦门大学》 2008年
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南海无机碳代谢及其在碳循环中的作用初探

曹知勉  
【摘要】: 无机碳代谢(钙化/溶解作用)和有机碳代谢(光合/呼吸作用)是调节海洋碳循环的两个主要生物过程。其中,光合/呼吸作用的净效应将表层海洋中的二氧化碳(CO_2)以有机碳形式固定至深层海洋,而净碳酸钙(CaCO_3)生产却驱使海洋CO_2增加。本论文首次从无机碳代谢出发,调查了南海多个区域的颗粒无机碳(PIC,主要为CaCO_3)和溶解钙离子(Ca~(2+)),旨在描绘南海CaCO_3和Ca~(2+)分布,比较不同区域间两者行为的差异;初步探讨控制CaCO_3和Ca~(2+)行为的过程,评估无机碳代谢活动在南海的重要性,并与有机碳代谢进行比较。 本论文的研究区域包括以南海北部海盆为代表的深水区域,以南海北部陆架为代表的近岸河口区域,及以西沙永兴岛周边礁盘为代表的珊瑚礁生态系统。测定参数除PIC和Ca~(2+)外,还包括颗粒有机碳(POC)和碳酸盐系统,如CO_2分压(pCO_2)、总碱度(TAlk)、总溶解无机碳(DIC)等相关支持数据,所有参数都采用国际标准方法测定。 我们的实验结果表明,秋季南海北部海盆这一半封闭寡营养盐海区的表层PIC浓度范围为0.14-0.24μmol CL~(-1),低于POC近一个量级。而冬季由于南海水体混合增强,浮游植物初级生产力相应提高,各调查区域PIC和POC均有不同程度的增加。2006年12月,吕宋深海区真光层内的PIC浓度约为1μmol C L~(-1),高出秋季北部海盆一个量级,PIC/POC浓度比值可达1:2;而南海西部上层水体的PIC浓度更高,可达2μmol C L~(-1),PIC/POC浓度比值也一般大于1:2,暗示了这些区域应有较强的钙化作用;在南海北部陆架至陆坡区域,由于同时受珠江冲淡水陆源输入的影响,PIC最高可达0.8μmol C L~(-1),整体水平高出北部海盆3-4倍。PIC最高值发生在西沙珊瑚礁这一钙化生态系统中,冬季表层水体的PIC浓度一般大于1μmol C L~(-1),最高可达3μmol C L~(-1),PIC/POC浓度比值接近1。 根据碳酸盐系统等相关数据,我们估算出南海北部海盆真光层内和西沙珊瑚礁生态系统的钙化/光合比值分别为~1:14和1:4-1:3,指示了有机碳生产在海盆区占绝对主导地位,而珊瑚礁系统的钙化作用不可忽视。另外,南海北部海盆100m水深处的CaCO_3和有机碳输出通量比仅为0.12,与该区域真光层内的PIC/POC浓度比值吻合,也证明了该区域无机碳生产力较低。 南海Ca~(2+)分布显示,北部海盆区水深500 m之下的实测Ca~(2+)显著高出基于保守行为假设下的计算值(两者之差即所谓的超额钙,Excess Ca),超额钙的形成可能是热力学因素和质子通量共同控制下的CaCO_3溶解导致。吕宋深海区500m以深水体中也存在超额钙,但南海西部深水区域的超额钙并不明显,这可能与该区域具有较高的PIC浓度相关。而在南海北部陆架至陆坡表层水体中,Ca~(2+)分布受到河海水混合的影响,近岸浓度低(最低约为9.80 mmol kg~(-1)),远岸浓度高(最高接近10.00 mmol kg~(-1)),但在陆坡深水海区也存在超额钙,其量级与北部海盆区接近。西沙珊瑚礁生态系统的Ca~(2+)部分呈现亏损状态(Depletion),指示了该珊瑚礁系统具有较强的钙化作用。 总之,南海北部海盆区域的无机碳代谢并不显著,表现出一般大洋的特征。但是,垂直混合、陆源输入、生物活动等因素又会造成南海其它区域的CaCO_3和Ca~(2+)行为产生差别。其中,珊瑚礁生态系统的信号最为强烈,生物钙化导致高PIC和低Ca~(2+)浓度的同时,对群落代谢和系统碳循环也具有潜在的影响。
【学位授予单位】:厦门大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:P734.22

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