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长江口有机碳的时空分布、变化及输运特征研究

邢建伟  
【摘要】:长江口是世界第三大河的入海口,每年长江径流携带巨量陆源有机碳入海,对长江口水域生态环境产生了巨大影响,特别是近年来长江三角洲经济的迅猛发展以及长江上、中游一系列水利设施的建设,对长江口有机碳的生物地球化学过程产生了极为复杂的影响。深入研究长江口溶解有机碳和颗粒有机碳的时空分布、输运特征及影响因素,对阐明长江口有机碳的生物地球化学过程和揭示目前尚不清楚的陆架边缘海在全球碳循环中的作用意义重大。本研究基于2007年11月、2009年11月、2011年11月以及2012年2月、5月、8月、11月7个航次的调查数据,对长江口DOC、POC的时空分布的季节和年际变化特征进行了分析,探讨DOC、POC的分布与环境因子的关系,结合C/N比及叶绿素a(Chl a)分别探讨了长江口POC的主要来源以及浮游植物生物量对其的贡献;结合大通站的径流和输沙数据,研究了长江口有机碳的时空输运特征。研究结果如下: (1)2012年长江口DOC的浓度范围为0.53~5.21mg/L,均值(1.86±0.61)mg/L;DOC浓度秋季最高,夏季和冬季其次,春季最低,空间分布整体呈现近岸高、远岸低,表层高、底层低的趋势,不同季节DOC空间分布略有差异。DOC与盐度的关系非常复杂,季节间表现各异。秋、冬季DOC与表观耗氧量(AOU)的相关关系较弱,春、夏季表现出一定的相关性;DOC和化学耗氧量(COD)较好的线性相关关系表明DOC和耗氧有机物具同源性,即DOC有一部分来自于径流和河口沿岸工农业排污;秋、冬季DOC与Chl a呈现正相关关系,春、夏季表现为弱的负相关关系。长江口各区域DOC与POC间关系不同。 (2)2007~2012年秋季长江口DOC浓度范围为0.66~12.40mg/L,均值(3.55±1.78)mg/L,年际间DOC浓度整体呈现下降的趋势,表层年际之间均存在显著性差异(P0.05),而底层除2011、2012年之外,其它年份间也均存在显著变异。不同年份DOC空间分布有一定差异。口门内水域DOC浓度不存在显著性差异,近岸区和近海区年际间差异较为显著。DOC与AOU的相关性较差,表明生物活动对各个年份DOC的影响均较小;2007~2012年,DOC与COD的相关性逐渐增强,表明耗氧有机物占总DOC的比重逐年增加;年际之间DOC与Chla的相关性均较差,浮游植物生产对不同年份间DOC的贡献均较小。 (3)2012年长江口POC浓度范围为0.16~34.80mg/L,均值(2.66±4.48)mg/L;POC浓度夏季最高,春季和秋季次之,冬季最低。表层POC浓度夏季与春、秋、冬3个季节间均存在显著性差异,春、秋、冬3个季节间无显著差异,而底层POC在4个季节间的差异均不显著。POC空间分布呈现近岸高、远岸低,表层低、底层高的趋势;不同季节POC平面分布总趋势基本一致。POC随盐度呈非保守性变化;悬浮物是POC季节分布的重要影响因素。长江口POC主要为陆源,且主要以有机碎屑的形式存在;浮游植物生物量对POC的贡献率极低。 (4)2007~2012年秋季长江口POC浓度范围为0.03~16.95mg/L,均值(2.30±2.77)mg/L,底层浓度均高于表层;表层POC浓度存在显著的年际变化特征。口门内和近岸水域POC显著高于近海水域,口门内水域POC年际间相对稳定,近岸和近海水域年际变异显著。河口来水来沙量对POC浓度具一定程度的制约性,径流的主要影响区在口门内和近岸区,输沙的主要影响区域在最大浑浊带和北部水域。输沙量与POC相关性最强;悬浮物的沉积和沉积物的再悬浮决定口门内水域POC浓度,近岸水体POC对陆源输入泥沙的依赖性较强,长江口外侧海域初级生产力水平成为POC浓度的重要影响因素。 (5)2012年长江口DOC、POC入海通量分别与大通站径流量和输沙量的季节变化趋势相同;2007~2012年秋季DOC、POC入海通量的年际变化也分别与大通站径流量和输沙量的年际变化趋势相似,表明长江口DOC、POC入海通量分别主要受长江径流量和输沙量的影响。总体来看2003年以来,长江口DOC入海通量呈现增长态势,可能与近年来长江沿岸和三角洲有机污染物排放量增大有关。2012年长江输送至河口的悬浮物中POC%在4个季节分别约为0.9%、0.7%、0.6%和0.4%;POC%随TSM浓度的升高呈现指数下降的趋势,春、夏、秋、冬四季TSM浓度在分别低于100mg/L、400mg/L、210mg/L和80mg/L的近海区,POC%迅速增大。长江口DOC/POC与TSM间存在协同变化;长江口春、夏、秋、冬季TSM分别大于117mg/L、123mg/L、222mg/L和335mg/L时,有机碳入海以颗粒态为主,反之,则以溶解态为主。


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