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《中国科学院研究生院(海洋研究所)》 2011年
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栉孔扇贝生理活动对近海碳循环的影响

张明亮  
【摘要】:海洋是地球表面第一大活跃碳库,它极大调节了全球气候变化。海洋碳循环也因此成为全球碳循环过程中最为关键的一个环节。生物在海洋碳循环中起了非常重要的作用,海洋碳循环“溶解度泵”、“生物泵”、“碳酸盐泵”的三个过程是在生物的直接或间接作用下完成的。在近海海区,其生产力远远高于远海,生物作用更加强烈,生物对碳循环的影响也就更加突出。特别是近海贝藻养殖区的存在,其高密度、高强度的生物作用必将对近海碳循环产生深远影响。目前全球大洋碳循环的格局已经探明,但对近海碳循环的研究仍存在许多问题。对养殖生物活动在近海碳循环中作用的认识,能够有助于加深人类了解近海碳循环的过程。因此,本文选取我国主要贝类养殖种栉孔扇贝作为研究对象,采用“Alkalinity anomaly technique”的方法测定了栉孔扇贝温度、盐度变化和海洋酸化对其呼吸、钙化的影响,探讨分析了可能对近海碳循环产生的影响;同时通过室内实验模拟了贝类养殖、藻类养殖、贝藻混养对海水二氧化碳系统以及碳循环过程“溶解度泵”的影响。主要结果如下: 1.栉孔扇贝的钙化和呼吸活动受盐度影响显著。钙化率在盐度15-25范围内呈上升趋势,后随盐度上升而下降。呼吸率在盐度15-25范围内上升,25-35范围内下降。钙化率与呼吸率均在盐度25达到最高值,分别为0.33±0.02μmol.FWg~(-1).h~(-1) (钙化率)、2.32±0.10μmol.FWg~(-1).h~(-1) (碳呼吸)、2.87±0.14μmol.FW g~(-1).h~(-1)(氧呼吸),此时通过钙化和呼吸活动向环境释放CO2也最强烈。 2.栉孔扇贝的钙化率和呼吸率随着温度的升高而升高,钙化率、CO2呼吸率RC和耗氧率RO都在5℃最低,分别为0.19±0.01μmol.FWg~(-1).h~(-1)、1.38±0.06μmol.FWg~(-1).h~(-1)、1.64±0.11μmol.FWg~(-1).h~(-1) ;在25℃最高,分别为0.39±0.02μmol.FWg~(-1).h~(-1)、5.44±0.29μmol.FWg~(-1).h~(-1)、6.34±0.33μmol.FWg~(-1).h~(-1)。随着温度的升高通过钙化和呼吸活动向环境释放CO2也会增加。 3.栉孔扇贝的钙化和呼吸活动均随着酸化的加剧出现了明显下降。当pH降低到7.9时,栉孔扇贝的钙化率将会下降33%左右;当pH降到7.3左右时,栉孔扇贝的钙化率将趋近于0,栉孔扇贝无法产生贝壳,而此时栉孔扇贝碳呼吸率(RC)与耗氧率(RO)也分别下降了14%和11%。 4.通过室内模拟实验发现贝藻养殖能够显著改变海水的CO2系统。大型藻类养殖能够有效吸收水体DIC,降低海水中P_(CO_2)贝类养殖由于其呼吸和钙化活动的影响,也会使水体中DIC和上升,对海洋溶解度泵也有一定的干扰作用。而适当比例的贝藻混养可消除贝类钙化和呼吸释放CO_2的负面影响,在实现生态养殖的基础上最终加强了海洋碳汇的作用。 5.通过室内实验、数学模拟的方法研究了桑沟湾养殖栉孔扇贝通过呼吸、钙化以及生物沉积等活动对湾内碳循环的影响。研究发现,养殖扇贝每年通过呼吸和钙化分别放出碳1.22×10~4t和7.57×10~2t;通过生物沉积作用每年有8.71×10~4t碳被沉降到沉积物界面,通过贝壳钙化也可固碳1.06×10~3t,这些碳绝大部分被埋藏从而脱离了地球化学循环。尽管养殖扇贝通过呼吸和钙化释放出部分碳,但有更多的碳通过生物沉积作用被埋藏,因此,从整体上看,养殖栉孔扇贝在湾内碳循环中起到了碳汇的作用。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(海洋研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S917.4

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