南黄海沉积物中活性铁氧化物对有机碳的保存作用

土壤和沉积物中活性铁对有机质的吸附对有机质具有长期稳定和保存作用,从而在地质时间尺度上缓冲大气CO₂浓度。本文利用连二亚硫酸钠还原性溶解提取活性铁氧化物（FeR）及与之结合的有机碳（Fe-OC）,定量研究了南黄海沉积物中FeR与OC之间的结合方式以及FeR对OC的保存作用,讨论了深度增加对二者相互作用的影响。结果表明,南黄海沉积物中Fe-OC占沉积物总有机碳的份数（f_Fe-OC）为（13.2±7.47）%,即活性铁对OC的年吸附量为0.72 Mt,占全球边缘海沉积物TOC年埋藏通量的0.44%。Fe-OC的平均OC:Fe为4.50±2.61,表明共沉淀作用对有机质的保存起重要作用,且其比值随海源有机质含量增加而增加。Fe-OC稳定碳同位素（δ13C_Fe-OC）结果表明,FeR优先保存活性有机质,但这种选择性随OC:Fe增大而减弱。随深度增加,f_Fe-OC和δ13C_Fe-OC均未表现出显著变化,这与该海域沉积物中有机质活性较低、铁还原作用较弱有关。     

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。     

渤海中南部沉积物中生源要素的分布特征

从化学结合形式出发,对渤海中南部海区沉积物中OC、N、P、BSi等生源要素的含量进行调查分析,讨论了各生源要素的分布及其影响因素。结果表明:受陆源输入的影响,表层沉积物中各形态氮、磷及有机碳均呈现"近岸高,远岸低"的分布趋势,生物硅的含量分布则与海区浮游硅藻的分布趋势相一致;可交换态氮是总氮中较活跃的部分,占总氮的比例约为3.7%;固定态铵是总氮的主要组成部分,约占总氮的38.4%,其主要与有机质含量及黏土矿物组成有关;渤海表层沉积物中OC/BSi、ON/BSi以及OP/BSi的比值分别为2.38、0.19、0.03,低于Redfield比值,说明有机质优先于生物硅分解;OC/ON平均值在6.0~14.0之间,判断渤海沉积物中有机质受陆源输入和海洋自生共同影响;其中,有机碳主要以陆源输入为主,而有机氮在沉积物表层主要以陆源输入为主,在沉积物下层则主要来源于海洋自生。     

南极普里兹湾沉积物中有机碳和总氮的含量与分布

利用中国多次南极科学考察获得的沉积物样品,对普里兹湾沉积物中有机碳(OC)、总氮(TN)的含量和分布以及OC/TN进行了分析。结果表明:普里兹湾表层沉积物中OC和TN的含量变化范围分别为0.14%~1.20%和0.02%~0.20%,平均值分别为0.63%和0.11%。OC/TN的变化范围为5.5~8.2,平均值为6.8。OC和TN含量呈现明显的正相关性,表明有机质来源相同,比值接近6.6,说明有机质主要为海洋生源沉积。两者平面分布趋势非常一致,且与沉积物中泥质含量呈显著正相关,湾内73°E以西区域OC和TN含量较低,而以东区域含量较高,这是上层水体生产过程和冰川携带陆源砂等因素共同作用的结果。垂直分布上,OC和TN含量总体上表层高于深层,OC含量随深度增加逐渐降低,达到一定深度后趋于稳定。较高的沉积速率加速OC的埋藏,5根柱样中OC的埋藏率为39%~91%,平均为66%,表明普里兹湾是重要的碳汇区。     

海洋碳汇高分辨率检测技术综述和展望

为助推我国碳中和目标的实现以及提升我国在海洋碳汇领域的国际话语权,文章以海洋碳汇机制为切入点,系统梳理高分辨率生物和化学检测技术及其扩展应用。研究结果表明:海洋惰性溶解有机碳库对于海洋增汇具有重要意义,这对溶解有机碳汇资源高分辨率检测技术提出新的要求;目前具有“指纹特征”的高分辨率检测技术主要包括流式细胞和功能基因芯片生物检测技术以及光谱和质谱化学检测技术,此外结合稳定碳同位素标记技术实现生物溯源和化学检测的链接,均具有重要应用前景。     

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。     

铁还原过程对栖热腔菌Thermosipho ferrireducens JL129W03T的厌氧发酵代谢影响

本研究以分离自西北印度洋深海热液硫化物的铁还原栖热腔菌(Thermosipho ferrireducens) JL129W03T为研究对象,在以四方纤铁矿(β FeOOH)为电子受体条件下,测定了不同培养时间的细胞生长量和主要的代谢产物,并结合其基因组信息预测了主要代谢途径。结果表明,厌氧糖酵解是该菌的主要代谢途径,发酵代谢产物包括乙醇、乙酸、乳酸、丁酸和CO2。同时,该菌含有\[Fe Fe\]型氢酶,可以利用厌氧发酵过程产生的还原态铁氧还蛋白获得电子产生H2。在培养基中添加四方纤铁矿后,促进了菌株的最大细胞生长量(3.17×107 cells/mL至2.19×108 cells/mL),也促进了菌株对淀粉和纤维素的利用率(分别提高了100%和34%)。同时,培养基中添加四方纤铁矿后,菌株JL129W03的乙醇产量增加了76%,而丁酸的产量却降低了73%,对H2、乙酸、乳酸的产生影响较小。本研究对了解Thermosipho ferrireducens JL129W03T的生理代谢特点和进一步应用开发清洁能源(H2、乙醇等)奠定了基础。     

养殖贝类碳汇价格核算研究

养殖贝类是最有效的生物固碳方式之一,其碳汇功能作为海洋生态系统功能的一部分,兼具生态和经济属性,碳汇价格的核算可为海水贝类养殖产业补贴提供数据参考,提高碳汇养殖产业的生产积极性,对海洋GEP核算等提供一定借鉴。目前碳汇价格研究较为缺乏,碳汇价格受限于碳汇计量方法的不完善,因此文章基于碳储量变化原理,对养殖环境中的养殖贝类固碳基础公式进行改进,补充了附着贝类固碳与生物沉积物固碳两个计算参数,以此为切入点选取并改进海洋牧场碳汇定价方法,以东方云溪海洋牧场作为研究区进行案例计算,结果为：海湾扇贝、栉孔扇贝与褶牡蛎的碳汇价格分别为165元/t、185元/t和272元/t;使用改进后的碳汇计量方法得到的养殖贝类单位个体固碳量较高,其中生物沉积固碳对提高单位个体固碳量的作用最为突出,约占贝类自身固碳的91%,主要与养殖海域的水文条件有关;较高的固碳量形成了较低的碳汇价格,固碳量与成本收益因素共同影响养殖贝类的碳汇价格;长远来看,碳汇价格会随着固碳计量的愈加完善而降低。     

厚壳贻贝(Mytilus coruscus)养殖区沉积物微生物多样性及固碳潜力研究

海洋蓝碳是海洋碳汇研究的重要领域,厘清不同蓝碳生境中沉积物有机碳组分格局是当前研究的热点之一。为更好地理解此问题,现以近海厚壳贻贝养殖区这一特殊蓝碳生境为对象,解析沉积物中的碳氮组分格局;进一步通过关联沉积物微生物群落、结合卡尔文循环和还原三羧酸循环的关键基因相对丰度分析,评估厚壳贻贝养殖区沉积物的固碳潜力。结果表明,相较于非养殖区,厚壳贻贝养殖区沉积物惰性碳的累积较大,氮组分主要以氨氮形式存在;同时养殖区高微生物量碳和微生物量氮指示了其沉积物中碳周转较快,碳氮组分特征差异明显。沉积物微生物高通量测序结果显示养殖区沉积物微生物主要以Gamma变形菌纲和Delta变形菌纲为主,且微生物类群与颗粒有机碳、惰性碳等碳组分存在明显的相关性。与惰性碳存在明显正相关关系的硫微螺菌科(Thiomicrospiraceae)丰度在养殖区沉积物中显著高于非养殖区沉积物。贻贝养殖区沉积物包含cbbL在内的6种关键功能基因,固碳潜力明显。研究结果将为进一步探究蓝碳生境的有机碳来源和微生物固碳效率提供基础依据。     

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。     

中国海洋渔业碳平衡状态及影响因素研究

低碳是海洋循环经济实现的重要途径,实现海洋渔业的碳平衡是海洋传统经济转变的重要发展方式。本文通过对2013—2022年全国及沿海9省(区)的海洋捕捞碳排放量与碳汇量测算,在此基础上分析了全国及沿海9省(区)的碳平衡状态,并利用灰色关联度分析碳平衡状态影响因素的关联度。结果表明除2020年-2022年山东省的碳平衡状态为盈余外,其他均为碳赤字状态。对于碳平衡状态的影响因素,总体来看全国与沿海9省(区)关联度较大的是海洋捕捞产量、捕捞人员数量和海水养殖面积。最后从加快渔船的升级改造与更新淘汰、调整捕捞的作业方式、提高海水养殖贝藻类的养殖规模以及加快渔业专业合作组织的建立和加速推广渔业碳汇交易提出相关对策建议,以期尽快地实现海洋渔业的碳平衡。     

鱼类在海洋碳循环中的作用及研究展望

碳中和是应对气候变化的必由之路,海洋负排放是实现碳中和的重要途经。海洋作为地球最大碳库,研究发现越来越多的海洋和海岸带生物参与碳循环,并对海洋碳汇产生重要贡献。鱼类作为海洋生态系统中最重要组成部分之一,其在海洋碳循环中的作用还没有引起足够的重视。最新研究表明海洋鱼类在无机碳循环中发挥了重要作用,深化对鱼类参与碳循环过程的认识、量化其固碳潜力将有助于丰富海洋碳循环研究。本文首先系统梳理了鱼类参与碳循环的过程和机制等研究进展。鱼类通过产生碳酸盐粪便、水平和垂直迁移运输、生物扰动、生物碳和“尸体”碳以及食物网消耗与传输等方式参与海洋碳循环。鱼类参与碳循环的证据和参与海洋碳循环的重要性逐渐凸显。其次,本文提出目前鱼类参与碳循环研究存在的问题与挑战,包括渔业捕捞源汇之争、水产养殖业的机遇和挑战以及准确量化鱼源碳酸盐的困难,仍有待理论和方法学的深化研究和技术的革新去解决。最后本文提出鱼类参与碳循环的研究展望,及其在全球气候变化背景下的潜在机遇,同时结合当前渔业碳汇的发展进程以及行业需求,提出渔业减排固碳发展路径建议。本文旨在提升鱼类在海洋碳循环贡献和服务生态系统的潜力的认识,为海洋碳汇和渔业碳汇研究提供新的视角。     

滨海蓝碳碳汇项目开发现状及推动我国蓝碳碳汇项目开发的建议

市场机制是实现蓝碳及蓝碳生态系统价值的有效途径,对于发挥蓝碳生态系统在应对气候变化方面的作用具有积极意义。本文梳理了当前碳市场中蓝碳碳汇项目的发展机遇和项目开发的现状,并就我国蓝碳碳汇项目开发面临的问题进行分析并提出建议,以期为推进蓝碳碳汇项目开发和市场发展提供科学参考。当前,清洁发展机制(Clean Development Mechanism, CDM)和核证碳标准(Verified Carbon Standard, VCS)都已开发了蓝碳碳汇项目或可用于蓝碳碳汇项目的方法学,并开发了多个CDM、VCS和Plan Vivo Standard认证的红树林碳汇项目。我国已成功开发并交易了首个蓝碳碳汇项目“湛江红树林造林项目”,并且将继续推动蓝碳碳汇项目的开发和交易市场的发展。但我国在碳汇项目开发上存在项目规模小、证明项目额外性时具有一定的不确定性、蓝碳资源管理机构作为碳减排量所有者和交易主体自主支配碳汇收益受到限制等不利因素。对此,建议可通过加强营造蓝碳碳汇项目开发的良好环境,充分发挥市场在资源配置中的决定性作用以及政府的引导作用,吸引社会资本参与生态保护修复,鼓励社会资金投资或购买项目...     

Forms and functions of inorganic carbon in the Jiaozhou Bay sediments

Inorganic carbon forms and their influencing factors, mutual transformation and contribution to carbon cycling in the Jiaozhou Bay sediments were discussed. The results show that inorganic carbon in sediments could be divided into five forms:NaCl form, NH₃·H₂O form, NaOH form, NH₂OH·HCl form and HCl form. Thereinto, NH₂OH·HCl form and HCl form account for more than 70% of total inorganic carbon. There was close relationship among every form of inorganic carbon and their correlativity was clearly different with different sedimentary environment except the similar strong positive correlation among NH₂OH·HCl form, HCl form and total inorganic carbon in all regions of the Jiaozhou Bay. All forms of inorganic carbon were influenced by organic carbon, pH, Eh, Es, nitrogen and phosphorus in sediments, but their influence had different characteristics in different regions. Every form of inorganic carbon transformed into each other continuously during early diagenesis of sediments and the common phenomenon was that NaCl form, NH₃·H₂O form, NaOH form and NH₂OH·HCl form might transform into steady HCl form. NaCl form, NH₃·H₂O form, NaOH form and NH₂OH·HCl form could participate in carbon recycle and they are potential carbon source; HCl form may be buried for a long time in sediments, and it may be one of the final resting places of atmospheric CO₂. Inorganic carbon which entered into sediments was about 4.98×10¹⁰ g in the Jiaozhou Bay every year, in which about 1.47×10¹⁰ g of inorganic carbon might be buried for a long time and about 3.51×10¹⁰ g of inorganic carbon might return into seawater and take part in carbon recycling.     

酸洗法测定海洋沉积物有机碳和无机碳含量的致命缺陷

Organic and inorganic carbon contents of marine sediments are important to reconstruct marine productivity,global carbon cycle, and climate change. A proper method to separate and determine organic and inorganic carbons is thus of great necessity. Although the best method is still disputable, the acid leaching method is widely used in many laboratories because of its ease-of-use and high accuracy. The results of the elemental analysis of sediment trap samples reveal that organic and inorganic carbon contents cannot be obtained using the acid leaching method, causing an infinitely amplified error when the carbon content of the decarbonated sample is 12%±1% according to a mathematical derivation. Acid fumigation and gasometric methods are used for comparison, which indicates that other methods can avoid this problem in organic carbon analysis. For the first time, this study uncovers the pitfalls of the acid leaching method, which limits the implication in practical laboratory measurement, and recommends alternative solutions of organic/inorganic carbon determination in marine sediments.     

天然海水中微生物膜对碳钢腐蚀行为的影响

通过对比碳钢在天然海水和灭菌海水中的腐蚀行为,研究海洋微生物对碳钢材料的腐蚀行为的影响.结果表明,海洋微生物可在碳钢表面形成微生物膜,其对碳钢腐蚀速率的影响及作用机理与微生物的种类密切相关.在腐蚀初期,海洋微生物膜对碳钢的腐蚀起到了抑制作用,主要由多种好氧微生物协同作用的结果;在腐蚀后期,随着海洋微生物膜增厚导致厌氧腐蚀的出现从而加速腐蚀,主要是硫酸盐还原菌等厌氧微生物的作用.     

Model Simulations of Carbon Sequestration in the Northwest Pacific by Direct Injection

The direct disposal of CO₂ into the ocean interior represents a possible means to help mitigate rising levels of atmospheric CO₂. Here, we use three different versions of an ocean general circulation model (OGCM) to simulate the direct injection of liquid CO₂ near Tokyo. Our results confirm that direct injection can sequester large amounts of CO₂ from the atmosphere when disposal is made at sufficient depth (80–100% of the carbon injected at 3000 m remains in the ocean after 500 years) but show that the calculated efficiency is rather sensitive to the choice of physical model. Moreover, we show, for the first time in an OGCM and under a reasonable set of economic assumptions, that sequestration effectiveness is quite high for even shallow injections. However, the severe acidification that accompanies injection and the impossibility of effectively monitoring injected plumes argue against the large-scale viability of this technology. Our coarse-grid models show that injection at the rate of 0.1 Pg-C/yr lowers pH near the site of injection by as much as 0.7–1.0 pH-unit. Such pH anomalies would be much larger in more finely gridded models (and in reality) and have potential to severely harm deep-sea organisms. We also show that, after several hundred years, one would effectively need to survey the entire ocean in order to accurately verify the inventory of injected carbon. These results suggest that while retention may be sufficient to justify disposal costs, other practical problems will limit or at best delay widespread deployment of this technology.     

福建省贝藻类养殖碳汇及其潜力评估

海水贝藻类养殖碳汇是海洋渔业碳汇的重要组成,开展其碳汇研究对服务我国实现碳中和目标有积极的作用.福建省的海水养殖规模和产量居于全国前列,对其海水贝藻类养殖碳汇及潜力评估有重要的意义.本研究分析了2015至2020年度《中国渔业统计年鉴》海水贝藻类养殖数据,估算了2014年至2019年全国及福建省海水贝藻类养殖碳汇强度,...     

海水养殖碳循环的实验研究

以浮游生物为主体的受控生态实验表明,溶解无机碳和DOC分别占海水碳贮库的89.75％和10.25％;在有机碳贮库中,浮游生物碳占5.43％,细菌碳占7.39％,表明细菌在海水碳循环中起重要作用,这种作用可从虾池样品分析获进一步证实。在食物链(14)C标记实验中,生物对碳吸收率随饵料密度增加而增加,由于饵料利用率的变化,应注意选择最适的饵料密度。鱼虾混养的~(14)C示踪实验表明:营养元素不断从低营养级向高营养级转移,各种生物样品~(14)C放射性活度平均百分比分别是,扁藻84.63％,卤虫8.99％,长毛对虾0.97％,棱鮻5.42％。