海洋碳汇作用机理与发展对策

为应对全球性气候变化,提高对海洋碳汇的科学认知,文章介绍海洋碳汇及其碳循环模式,分析海洋碳汇面临的困境,并提出相关建议。研究结果表明:碳分为黑碳、褐碳、绿碳和蓝碳4种类型,其中蓝碳即海洋碳汇,即通过海洋固定和储存二氧化碳,是全球碳循环的重要机制;海洋碳汇由溶解度泵、生物泵和微型生物泵3种碳泵共同完成,其中依赖海洋微生物的微型生物泵储碳效率最高;海洋碳汇正面临生境基础退化和海洋酸化加剧的问题,未来应针对问题加强政策性管理和保护以及加强科学技术研究和实践。     

渤海颗粒有机碳与生物硅的分布及来源

海洋碳、硅循环及其相关联的生物地球化学过程是全球环境变化的热点问题,也是海洋科学关心的重要领域。利用2012年5月和11月份对渤海海域的调查结果,对该海域颗粒有机碳和生物硅的分布特征及来源进行了讨论。主要结论为:渤海有机碳以溶解有机碳为主,具有春季高和秋季低的特征;由陆地来源和海洋自生的有机碳组成,且以海洋来源的有机碳为主。渤海生物硅分布具有明显的梯度特征,河流输入同样对其含量的影响较为突出。渤海沉积物中生物硅含量较高,明显高于中国东部陆架海。渤海表层沉积物中生物硅主要是海源的,依次由浮游藻类、植硅体和海绵骨针所构成,其中浮游藻类占62.9%,陆源植硅体占31.1%。渤海沉积物发现了来自于草本植物的植硅体,这说明了陆地产生的植硅体对海洋生物硅的贡献。     

海洋沉积有机物质的降解及其模式

作为长期碳汇,海洋沉积物中埋藏的大量有机碳对全球碳循环和气候变化有重要影响。有机碳从海洋输出到沉积物中后,在沉积物中还要经历有氧降解和无氧降解。有机物降解是一个十分复杂的过程,影响这一过程的因素有很多,包括有机物本身的分子结构和组成种类;氧化还原状态;有机物所附着的基质;温度、压力、盐度等物理环境因素以及生物因素。研究沉积有机碳的含量及埋藏量变化首先需要校正降解对沉积有机碳含量的影响。降解模式是定量估算降解对沉积有机碳的影响的一个主要手段。在前人的研究基础上,讨论了影响沉积有机碳降解的因素,对降解模式的研究进展和应用进行了综述,提出了未来降解模式的发展中存在的问题。     

海洋沉积物中铁保护的有机碳埋藏研究进展

研究表明,海洋沉积物中有超过20%的有机碳是通过与铁结合而被稳定地保存下来,阐明铁对有机碳的保护作用能深入理解碳封存机制。本文1)从与铁结合的有机碳的含量、碳同位素和二者的结合机制等方面梳理了铁在促进有机碳埋藏中所发挥的作用;2)阐述海洋环境(包括水动力和氧化还原条件)和有机碳来源等因素可能控制着铁与有机碳之间的相互耦合,并影响着与铁结合的有机碳的分布、组成和年龄特征;3)分析铁与有机碳之间吸附和共沉淀的结合机制,讨论了影响二者结合方式的因素;4)探讨铁循环与碳循环之间的密切生物地球化学联系在海洋碳封存中的作用。综合梳理了沉积物中“生锈的碳汇”(rusty sink)的研究进展,对当前应对碳中和-全球气候变化具有重要意义。     

浙江省海洋碳汇资源及潜力评估

在实现“双碳”目标背景下,研究浙江省海洋碳汇资源及潜力对于浙江省努力打造海洋碳汇交易“浙江样板”、抢占全国海洋碳汇交易战略“高地”具有重要意义。文章将浙江省海洋碳汇资源分为海水养殖碳汇与滨海湿地碳汇2个部分,分别测算当前碳汇能力和未来碳汇增长潜力。其中,海水养殖碳汇采用2010—2021年浙江省海水养殖贝藻类产量数据,基于《海洋碳汇经济价值核算方法》测算碳储量;滨海湿地碳汇采用碳密度与湿地面积乘积法测算碳储量。研究结果表明：目前贝藻类养殖碳汇是浙江省海洋碳汇的主体,而滨海湿地碳汇规模较小;贝藻类养殖碳汇近年来增长较为稳定,而滨海湿地碳汇拥有巨大的增长潜力;贝藻类养殖碳汇可以通过优化经营规模等方式提高养殖产量,滨海湿地碳汇可以通过增加红树林种植面积等方式提高碳储量,从而增强碳汇能力。     

蓝碳产业的概念研究与发展建议

海洋经济已成为我国经济增长的重要引擎,在“双碳”重大战略布局背景下,推动海洋经济低碳发展的重要性愈发凸显。文章立足蓝碳的广义研究领域,在海洋碳汇与产业融合方向创新提出蓝碳产业的概念。蓝碳产业旨在开发以碳汇巩固提升、低碳化发展为导向的产业模式,推动蓝碳与海洋经济、生态修复、清洁能源等领域融合发展、协同增效。此外,对蓝碳产业门类进行界定,并从4个方向提出蓝碳产业的发展路径,助力我国打造海洋产业高质量发展的新亮点。     

海水中溶解有机碳测定方法评述

海水中的有机物主要是以溶解形式存在的,溶解有机碳（ＤＯＣ）在全球碳循环中有重要的作用,对于化学海洋学和生物海洋学的研究具有十分重要的意义。Ｓｕｇｉｍｕｒａ和Ｓｕｚｕｋｉ１９８８年用高温催化氧化法（ＨＴＣＯ）测定海水中的溶解有机碳（ＤＯＣ）得到的测定数据比过去传统方法的高２～４倍,这一结果在海洋学界引起人们极大兴趣。然而在１９９１年国际ＤＯＣ测定互校工作后,Ｓｕｚｕｋｉ修订了他早期的工作。近几年来,通过对ＤＯＣ测定方法的重新评价,结果发现用高温催化氧化法和传统的湿氧化法测得的ＤＯＣ数据相似,但下面…     

海洋支撑碳中和技术体系框架构建的思考与建议

海洋在全球气候变化及应对方面发挥了重要作用,国际上正在从增汇和减排两个技术体系层面探索实践海洋对碳中和的支撑作用.本文立足中国海洋碳汇资源扩增和海洋可再生能源开发,从滨海湿地、渔业碳汇、微生物碳汇、海底碳封存、海洋可再生能源、耦合优化及前瞻性技术方面,构建了海洋支撑碳中和的技术体系,并对未来技术发展进行展望.建议加强海...     

海洋雾状层的成因及其对海洋碳循环过程的影响

海洋雾状层既是陆源物质进入海底的输送通道,又是海洋水体中沉降颗粒及底部再悬浮颗粒物的停留场所。雾状层物质来源主要有陆源、生源以及海底表层沉积物的再悬浮,不同海区、不同层位的雾状层的物质来源有所差异;雾状层的成因具有复杂性,既有物理作用,又有生物及化学作用,大量研究表明,海底洋流、内波(潮)等物理作用是雾状层形成的主要控制因素。雾状层中碳的存在形态主要有颗粒有机碳(POC)、溶解有机碳(DOC)、胶体有机碳(COC)以及无机碳,雾状层与其上下海水之间、雾状层与海底表层沉积物之间不同形态碳在生物-化学-物理动力系统作用下不断发生物质交换与迁移,对海洋碳循环生物地球化学过程起重要的控制作用,是整个海洋碳循环的一个不可忽视的环节。     

海水养殖环境碳汇机制分析

中国拥有世界最大的水产养殖产业,基于广阔的海水养殖环境,深入挖掘水体和沉积碳汇资源种类,系统开发增汇技术体系,对发展低碳经济和实现碳中和目标具有重要意义。文章从渔业碳汇切入,阐述了养殖环境中包括生物体、微型生物介导的水体和沉积等主要碳汇资源的形成过程机制与耦合关系,旨在系统挖掘中国特色碳汇资源并完善增汇技术体系,为“双...     

Decomposition and alteration of organic compounds dissolved in seawater

The dissolved organic matter in seawater is grouped into two fractions which are defined as having greatly differing reactivities with respect to both chemical and biological decomposition. One fraction, which constitutes the bulk of the material, is extremely stable and inert and is only slowly degraded by either chemical or biological processes. The other fraction, which is composed of trace organic compounds derived from living organisms, contains components such as free amino acids which are rapidly degraded, probably by marine organisms which use these compounds as a food source. Conclusions about the cycle of organic compounds in seawater based on total organic carbon concentrations could thus be misleading, since pathways involving labile trace organic constituents would be completely obscured. Investigations of the distribution, concentration, and possible diagenetic reactions of specific organic compounds are necessary in order to elucidate the cycle of these compounds in the oceans.     

酸化过程对海洋沉积物中有机碳同位素分析的影响

海洋沉积物中有机碳同位素(δ13C)可以示踪海洋生态系统中有机质来源,对环境研究具有重要意义。分析沉积物中有机物的δ13C,需要对样品进行酸化,以去除无机碳的影响。由于不同来源的沉积物中无机碳的含量和组份存在差异,需要针对样品性质,优化酸化处理过程。本研究分别选取了无机碳含量不同的温带与热带河口、海湾沉积物样品,比较了3种不同酸化过程对有机物δ13C分析的影响。研究结果表明:方法1(酸洗法)中6%H_2SO_3和1mol/L H_3PO_4对无机碳含量较高的热带河口、海湾样品去除效率较低,而2mol/L HCl去除无机碳酸盐的效果较理想。方法2(酸蒸法)并不适用于无机碳含量较高的热带河口、海湾样品;而对于无机碳含量相对较低的温带河口、海湾样品,9h酸蒸较为适宜。方法3(非原位酸洗)的结果较方法1和方法2偏正,表明其对含13C丰富的有机组分破坏较小,且方法3中残留的酸对δ13C的分析没有影响。因此,方法3是去除海洋沉积物中无机碳较理想的方法。     

Origin of sedimentary organic matter in the north-western Adriatic Sea

In order to evaluate the origin and the transformation of organic matter on the shallow shelf of the NW Adriatic Sea, organic carbon, total nitrogen and stable isotope ratios of organic carbon were analysed in riverine suspended matter and sediments as well as in marine suspended and sedimentary organic matter, in marine phytoplankton and zooplankton.The deposition of organic matter is influenced by fine sediment concentration. Surface sediments were characterised by highly variable biogeochemical conditions on the sea floor, whereas sub-surface sediments showed a more homogeneous hypoxic/anoxic environment.Low C_org/N ratio and high organic carbon and nitrogen concentrations in riverine suspended organic matter indicate an important contribution of freshwater phytoplankton within rivers, particularly during low flow regimes, which adds to the marine phyto- and zooplankton at shelf locations.In order to evaluate the importance of terrestrial, riverine and marine sources of OM in shelf sediments, a three end-member mixing model was applied to shelf surface sediments using ¹³C/¹²C values for organic matter and N/C ratios. The model showed an elevated contribution of terrestrial organic substances at intermediate depths (10–15 m), mostly corresponding to an area of coarser grain-size, whereas the riverine and marine organic fractions were mainly accumulating near the coast and offshore, respectively.     

海洋浮游植物初级生产力及碳生物量的检测技术研究进展

浮游植物是海洋生态系统中的主要初级生产者，构建海洋食物网、生物泵和元素循环（包括碳循环、氮循环和硅循环等）的基石。因此，海洋生态系统中的元素循环和能量流动均与浮游植物的生长和代谢息息相关。海洋碳循环是全球碳循环的关键环节，也是全球生态系统中生物地化循环的重要组成部分。尽管浮游植物在海洋碳循环中起着至关重要的作用，但是直接测定浮游植物的初级生产力和碳生物量依旧受到传统技术和方法的限制。本文详细介绍了有关浮游植物初级生产力和碳生物量检测的各种技术和方法，列举了其各自的优缺点。目前，测定海洋浮游植物初级生产力的主要方法有黑白瓶法、遥感估算法、碳同位素测定、快速重复率荧光法；测定海洋浮游植物碳生物量的主要方法有细胞体积转换法、流式细胞术、电子探针X射线显微分析、分位数回归模型估算法。通过对比分析发现碳同位素与快速重复率荧光法相结合可以更高效测定出初级生产力，而最具优势与应用前景的碳生物量检测方法是基于分位数回归模型估算法。其中，基于分位数回归模型估算法具有拟合异常值、测定结果准确等优势，能够实现现场浮游植物群落以及各个功能群碳生物量的估算，并能够与卫星遥感技术手段相结合，可以应用于大尺度和长时间序列的海洋浮游植物碳生物量估算。通过本文的综述，一方面为海洋浮游植物初级生产力和碳含量的研究提供一个基本和系统的认识，另一方面为深入研究浮游植物在海洋碳循环以及全球碳循环中的作用提供参考。     

Carbon Isotope Geochemistry of the Orinoco Basin

Stable carbon isotope ratios have been used to study the sources of particulate organic carbon (POC) and total dissolved inorganic carbon in the Orinoco Basin. The isotopic composition of total dissolved inorganic carbon shows a range of from -8·1 to -23·0 ppt, an indication of dominance of biological processes. The isotopic composition of POC exhibits a range of from -24·1 to -34·6 ppt with little seasonal variation. The isotopic evidence indicates that the POC is predominantly of terrestrial origin rather than a result of in situ planktonic production. The similarity of isotopic composition of POC and coastal sediments suggests that riverine organic detritus has been transported 30-50 km offshore in a direction parallel to the Orinoco river channel.     

海洋生态系统净生产力研究进展

海洋生态系统净生产力 （net ecosystem production，NEP） 表示总初级生产力 （gross primary production，GPP） 和呼吸作用 （respiration，R） 过程之间的差异，它对碳收支平衡、海洋生态系统营养状态乃至气候变化等研究具有十分重要的指示意义。影响海洋 NEP 的因素有细菌、浮游生物、温度、太阳辐射、海冰融化、水团迁移、富营养有机质排放以及海水酸化等。目前计算 NEP 的方法可分为实验培养测定及数据模型计算两种。溶解氧培养法及同位素标记法等是经典的培养测定方法，但存在误差较大且重现性较差等问题。数据模型计算即借助养分质量平衡、响应面模型、O2/Ar 示踪等方法，通过将现场实测数据和生物地球化学模型结合，进行高时间分辨率的连续性观测，这也是目前测算 NEP 的主流应用手段。然而，相较于发达国家，我国在 NEP 的研究设备、技术、测定方法等方面仍存在一定差距。今后的研究重点将是建立 NEP 指标与表征海洋环境、气候变化之间的耦合关系以及 NEP 测定方法的改进，这将有助于深入理解和探索全球变化背景下海洋生态系统响应机制及变化趋势。     

河口有机碳研究综述

河口作为陆地生态系统和海洋生态系统的交汇处,是陆海相互作用和全球碳循环研究的焦点之一.河口区物质来源的多样性,有机碳输入、生成、降解、再生及相互转化等行为是近年来关注的热点,国内外许多学者对河口有机碳的来源及其相互转化机制等方面开展了一系列颇具成果的研究.文章主要从判别河口有机碳来源的研究方法及其盐度、最大浑浊带、生物活动等环境因子对有机碳形态转化的影响等角度对国内外河口有机碳研究状况作了综述,并展望河口有机碳生物地球化学研究的发展趋势.     

海南儋州湾红树林区沉积有机质来源及碳储量

本文测定了海南儋州湾南岸柱状沉积物的粒度、总有机质参数(TOC、C/N和δ¹³C)和类脂生物标志物含量,并通过端元混合模型使用红树植物特征标志物蒲公英萜醇含量、长链正构烷烃含量和δ¹³C值半定量区分了海南儋州湾南岸沉积有机质来源,尤其是红树林的贡献。另外,通过估算沉积物的有机碳储量来评估儋州湾红树林区域的储碳能力。在沉积有机质中,陆源、水源和红树植物有机质所占平均比例分别为47%,36%和17%。沉积物柱状样中单位厘米深度沉积物的碳储量范围在0.12~2.90 t/ha。本研究表明,儋州湾地区沉积物中来自于红树林的有机质比例较低,且其碳埋藏量可能低于全球平均水平。修复和保护儋州湾红树林,能够有效提升湿地的碳埋藏效率,从而减缓大气CO₂上升对环境的负面影响。本文应用生物标志物和碳同位素方法,半定量区分了红树林生态系统各种来源有机碳的贡献,将蒲公英萜醇作为红树林特征生物标志物应用在计算模型中,能够量化红树植物来源有机碳的贡献,加深对红树林系统有机碳埋藏情况的了解。     

北极快速变化的生态环境响应

北冰洋由于其特殊的地理位置，成为全球变化响应最为敏感的地区。本文聚焦北极海冰变化幅度最大的西北冰洋，从营养盐、叶绿素、浮游植物群落和沉积碳埋藏等变化来讨论海洋生态环境对北极快速变化的响应。尽管太平洋北向流和北极周边河流输入加强可以增加西北冰洋上层营养盐储库，但由于夏季硅藻旺发向沉积物迁出大量生源元素，使得上层营养盐相对亏损，部分海域存在显著的氮限制和硅限制。随海冰减退，尽管夏末海盆区浮游植物呈现小型化趋势，但西北冰洋总体上浮游植物现存量和初级生产力呈现增高的趋势；伴随叶绿素极大层下移、北扩，以硅藻为代表的生物泵过程得以更高效的运转。在沉积物埋藏的有机碳中，除原先北冰洋生态系统占据重要比份的冰藻外，硅藻等藻类的有机碳埋藏也逐渐增加。西北冰洋海洋初级生产力的增加不仅促进了生物泵的运转和碳的埋藏，而且给海洋生态系统提供了更多的食物来源。北极海域目前已成为全球碳源汇格局变化最大、海洋生态系统改变最显著的地区之一。     

长江口盐度梯度下不同形态碳的分布、来源与混合行为

河口碳的生物地球化学过程是全球碳循环的重要组成。通过测定溶解无机碳（DIC）及其稳定同位素丰度（δ13C_DIC），溶解有机碳（DOC），有色溶解有机物（CDOM），颗粒有机碳（POC）及其稳定同位素丰度（δ13C_POC）与元素比值（N/C）及相关指标，研究了2014年7月长江口盐度梯度下不同形态碳的分布、来源和混合行为。结果表明，DIC浓度、DOC浓度、POC含量分别为1 583.2~1 739.6 μmol/L，128.4~369.4 μmol/L和51.2~530.8 μmol/L，这些不同形态碳及CDOM的荧光组分的分布模式相似，均是从口内到口外，整体呈现先增大后减小的趋势，并与盐度呈现非保守混合行为。添加作用主要发生在在口门处最大浑浊带附近。与含量相反，从口内到口外，δ13C_DIC和δ13C_POC均呈现逐渐减小再增大的趋势，在口门附近达到最低值，分别为-9.7‰和-26.7‰。在口门附近不同形态碳含量上升及δ13C_DIC、δ13C_POC的降低可能主要与沉积物再悬浮及微生物作用有关。基于蒙特卡洛模拟的三端元混合模型的结果显示，河口内外POC来源变化明显，口内POC以陆源有机碳贡献为主，平均为62.3%，口外海源贡献逐渐增加。CDOM相关参数结果表明长江口CDOM主要来自陆源输入，海源及人类活动等也对其产生影响。