台湾海峡真光层有机碳动力学研究

１９９４年８月和１９９５年２月在台湾地ＤＯＣ作定点连续观测，发现ＤＯＣ日变化很大（２－４ｍｇ／ｄｍ＾３），且变化的幅度有季节差异和空间差异；ＤＯＣ昼夜变化的 规律是白天比晚上高，夜晚始终和于低值；依据ＤＯＣ的昼夜变化可将ＤＯＣ分为ＤＯＣｎｅｗ和ＤＯＣｏｌｄ两部分；ＤＯＣｎｅｗ在真光层中快速地产生、消耗、再循环；ＤＯＣｏｌｄ则相对稳定，可从真光层底部输出；ＤＯＣ的快速变化表明ＤＯＣ的产生和被细菌消耗     

湛江湾真光层深度与初级生产力的时空变化及其影响因素

基于2016-2017年4个季节航次数据,分析了湛江湾真光层深度与初级生产力的时空变化特征及其影响因素。结果表明,湛江湾真光层深度平均值为(6.95±3.17)m,空间变化比季节变化明显,K_d(PAR)与浊度存在显著的正相关关系,建立的线性回归模型R²为0.73(p<0.01),表明悬浮颗粒物对湛江湾真光层深度的影响占主导地位。利用VGPM模型得到初级生产力(以碳计)的平均值为(639.53±427.95)mg/(m²·d),其时空特征与真光层深度基本保持一致,真光层深度比叶绿素a浓度更能解释初级生产力的时空分布模式。     

厦门湾水体中颗粒有机碳的垂向输出通量:234Th/238U不平衡的应用

对厦门湾塔角附近海域某站位叶绿素 a、POC、初级生产力、234Th/238U不平衡进行的周日变化研究表明,POC含量介于14.4～34.6 mmol/m3之间,其中碎屑有机碳与活体有机碳所占份额分别为74%～92%和8%～26%.POC垂直分布呈现由表及底降低的趋势,且白昼期间POC含量高于晚间,说明研究海域POC含量与生物过程具有密切联系.初级生产力水平在1d之中变化达5倍,垂直分布亦随深度增加而降低,与叶绿素a的变化相对应.短时间(2h)培养获得的初级生产力水平明显高于长时间培养(24 h)的结果,证实部分新固定的碳被优先呼吸排出.结合234Th/238U不平衡法获得的颗粒态234Th输出通量及输出界面颗粒物中的POC/P_Th比值,可计算出真光层 POC的垂向输出通量为16.0mmol/(m2·d),其中碎屑有机碳与活体有机碳贡献的数量分别为13.3和2.7mmol/(m2·d).POC输出通量与初级生产力的比值(ThE比值)平均为0.31,真光层POC停留时间平均为11d.上述结果与Aksnes和Wassmann[1]的模型计算结果相吻合,但与其他大多数模型的结果仍存在一定的差异.     

珠江口初级生产力和新生产力研究

1996年12月和1997年8月在珠江河口湾及其毗邻海域对浮游植物生物量、初级生产力和新生产力及其环境制约机制的研究.结果表明,调查海区的叶绿素a、初级生产力和新生产力均是夏季高于冬季,冬、夏两季的平均值分别为(0.95±0.41)和(1.08±0.52)μg/dm3,(69.2±75.5)和(198.7±119.1)mg/(m2·d),(1.46±0.79)和(3.05±3.09)mg/(m3·h).冬、夏两季平均f-比分别为0.45和0.38.分级叶绿素a结果显示,冬、夏两季均以微型和微微型级分(<20μm)占优势,其对海区叶绿素a的贡献分别为796%和81.6%,对初级生产力的贡献分别为70.7%和896%.调查海区具显著的空间区域化特征,叶绿素a和潜在初级生产力的高值出现在冲淡水区的中部,向口门区和远岸区逐渐降低.现场初级生产力的高值出现在远岸区,它与复合参数B_eZ_pI₀(B_e为真光层平均叶绿素a,Z_p为真光层深度,I₀为海面光辐射强度-PAR)呈很好的正相关,说明光是研究海区初级生产力的主要限制因子.新生产力冬、夏两季的高值分别出现在交椅湾和伶仃洋西南部.     

厦门湾水体中颗粒有机碳的垂向输出通量:~(234)Th/~(238)U不平衡的应用

对厦门湾塔角附近海域某站位叶绿素 a、POC、初级生产力、234Th/238U不平衡进行的周日变化研究表明,POC含量介于14.4～34.6 mmol/m3之间,其中碎屑有机碳与活体有机碳所占份额分别为74％～92％和8％～26％.POC垂直分布呈现由表及底降低的趋势,且白昼期间POC含量高于晚间,说明研究海域POC含量与生物过程具有密切联系.初级生产力水平在1d之中变化达5倍,垂直分布亦随深度增加而降低,与叶绿素a的变化相对应.短时间（2h）培养获得的初级生产力水平明显高于长时间培养（24 h）的结果,证实部分新固定的碳被优先呼吸排出.结合234Th/238U不平衡法获得的颗粒态234Th输出通量及输出界面颗粒物中的POC/PTh比值,可计算出真光层 POC的垂向输出通量为16.0mmol/（m2·d）,其中碎屑有机碳与活体有机碳贡献的数量分别为13.3和2.7mmol/（m2·d）.POC输出通量与初级生产力的比值（ThE比值）平均为0.31,真光层POC停留时间平均为11d.上述结果与Aksnes和Wassmann[1]的模型计算结果相吻合,但与其他大多数模型的结果仍存在一定的差异.     

南沙渚碧礁生态系有机碳的分布及周日变化特征

1999 年 4 月对我国南沙群岛渚碧礁海水中溶解有机碳的分布及礁坪区颗粒有机碳 (POC) 和溶解有机碳 (DOC) 的周日变化特征进行了观测。结果表明,渚碧礁表层海水 DOC 变化范围为 1.43~3.62 mg/L,平均为 2.16 mg/L,含量分布大致表现为礁坪区>潟湖>礁外。潟湖 DOC 的垂直分布大致表现为表层高于底层,可能与表层浮游植物的光合作用有关。礁坪区 POC 及 DOC 都呈现显著的周日变化特征,POC 呈现夜晚高,白天低的特点,浮游植物的昼夜垂直移动可能是产生该现象的主要原因。DOC 的周日变化则主要受浮游动物昼夜垂直移动及细菌等生物活动的影响。     

南海北部及珠江口细菌生产力研究

2004年2~3月和2004年8~9月两个航次中对珠江口及南海北部海域的异养浮游细菌生物量、生产力及其调控机制进行了观测研究.结果表明,营养物质的供应对调查区域真光层水体内的细菌生物量和生产力起着主要控制作用,从而导致冬季航次珠江口-陆架-外海调查断面表层细菌生物量和生产力呈现沿盐度梯度向外海逐渐降低的特征.就南海北部调查区域而言,冬季真光层异养细菌生物量(C)平均为(712±290)mg/m2,夏季平均为(937±397)mg/m2;真光层细菌生产力(C)冬季平均为(65.1±42.8)mg/(m2·d),夏季平均(52.5±28.6)mg/(m2·d).本调查中,南海北部海区IBP和IPP比值范围是4%~96%,平均为26%,IBP和IPP比值与初级生产力呈负相关,其分布特征与新生产力f比的分布趋势相反,显示了异养细菌在真光层物质循环过程中所发挥的作用在南海近岸富营养海域和外海寡营养海域之间的差异.     

南海表层沉积物与水柱中沉降颗粒物对比研究及其古环境再造意义

分析了南海62个表层沉积物样品中生源(有机质、碳酸钙和蛋白石)和非生源(岩源物质)组分的含量变化和分布特征,并以沉积学分区为基础,结合5个沉积物捕获器站位,将南海划分为N、C-NE、SW和S 4个区域,对比分析了各区表层沉积物和水柱中沉降颗粒物中各组分含量、沉积通量分布特征和变化,探讨了表层沉积物的输出生产力、沉降颗粒物的初级生产力及真光层下100 m输出生产力三者之间的对应关系.结果显示:南海4个海域表层沉积物中各组分平均含量多数低于沉降颗粒物中的平均含量,而碳酸钙、岩源物质的沉积通量却多数高于沉降颗粒物中的沉积通量,分析得出表层沉积物中各组分平均含量和沉积通量不仅受水柱中各组分输出量影响,还受到陆源物质输入、溶解作用和上层水体营养盐影响.南海表层沉积物中生源组分沉积通量大小对应其输出生产力的大小.但是,由于陆源有机质、生源颗粒侧向漂移的影响,表层沉积物的输出生产力大小分布并不完全对应沉降颗粒物的初级生产力大小分布,尽管南海真光层下100 m输出生产力与沉降颗粒物的初级生产力比值与世界大洋"f"比平均值基本一致,但是,明显低于表层沉积物的输出生产力大小,只有在沉降颗粒物的初级生产力较高区域,真光层下100 m输出生产力大小才最接近表层沉积物的输出生产力大小.     

珠江口夏季水体中的氮和磷

根据1999年7月17～28日于珠江口现场调查和实验的资料,研究夏季水体中氮、磷的分布、形态变化和初级生产力的限制因素.结果表明该海域氮含量高,N/P属于世界上高值区之一.从河口向外海运输过程中,氮和磷的形态和浓度均有剧烈的变化.虽然氮在中途中有新源的补充;但由于外海水的入侵稀释、生物吸收和形态变化的迁移作用,NO₃-和可溶无机氮的浓度总的变化趋势仍是随盐度增大而大幅度地降低,以至珠江口外出现N/P低于16.由于夏季水体层化稳定,在表、底层其生物地球化学变化方向相反,PO₄3的浓度变化互成镜像关系并可按盐度分为3段不同特征的反应区.初级生产力的限制因素在大部分区域是磷,但从口门至最大浑浊带和口外区则分别是浊度(或光照)及可溶无机氮.现场培养实验再现了真光层和底层氮和磷的生物地球化学过程差异并表明磷的循环和再生比氮迅速;在可溶无机氮浓度大且高N/P的海域,磷的再生可成为水华的引发因素,而氮被耗尽却是水华消亡的原因.总体上夏季该区水体氮的迁出率比磷高.于水体层化稳定的区域,氮和磷的生物地球化学作用在真光层以浮游生物吸收占优势、在下层以有机物的降解和可溶无机态的再生为主,当层化消失、上下水体充分混合则可完成循环.     

基于卫星遥感的南海真光层底颗粒有机碳输出通量时空特征研究

在加强海洋强国建设、实现我国碳达峰和碳中和愿景目标背景下准确掌握南海碳通量时空变化格局具有重要的现实意义。根据2009—2018年10 a有机碳通量月度数据集,分析了南海真光层底颗粒有机碳通量变化特征。结果表明：(1)南海区域多年真光层底有机碳输出通量年平均值为55.40 mgC·m^-2·d^-1;其值大小在空间上的分布存在近岸>陆架>海盆的趋势。(2)从季节上看,南海真光层底颗粒有机碳输出通量冬季最高,春、秋季次之,夏季最小;真光层底颗粒有机碳输出通量1、4、7、10月平均值分别为82.43、47.37、46.34、54.75 mgC·m^-2·d^-1。研究结果可为全面掌握南海碳循环过程和机制提供技术支撑。     

红树林间隙水溶解态陆源有机质的光降解和生物降解行为分析

红树林输送的溶解态陆源有机质是海洋中陆源有机质的主要来源之一,对其光降解和生物降解过程的研究有助于进一步了解红树林生态系统输出的有机质在近岸的归宿以及对近岸水体生物地球化学过程的影响,因此于2010年4月在海南省清澜港红树林采集间隙水,并进行了光降解和生物降解培养实验。分析了光培养(光降解)和暗培养过程(生物降解)中溶解态有机碳(DOC)、细菌以及溶解态木质素等的变化。结果显示经历128 d的暗培养后,DOC由初始的2 216 μmol/L下降至718 μmol/L,表明红树林间隙水的生物可利用性约为70%左右;经历11 d的自然光照后,DOC下降至800 μmol/L。木质素在光降解过程中的移除速率(-0.132 d-1)远高于生物降解过程(-0.008 d-1)。光培养中,木质素的下降速率高于总体DOC。不同系列溶解态木质素的下降速率不同,随着培养的进行,紫丁香基酚类(S)与香草基酚类(V)的比值(S/V)呈下降趋势,而V系列的酸醛比值((Ad/Al)v)呈上升的趋势。对比光培养和暗培养过程中DOC和木质素的变化可以得出生物消耗是引起红树林间隙水DOC从水体中移除的主要因素;而光照则是陆源有机质从水体中移除的主要因素;光培养和暗培养过程中细菌变化的差异表明光照可以促进细菌对溶解态有机碳的利用。与其他地区比较发现,海南红树林间隙水的光降解速率与热带河流(刚果河)相近,高于温带密西西比河流,降解过程中各参数的变化[S/V和(Ad/Al)v]与其他区域接近。     

234 Th示踪法测定北太平洋西北海域冬季真光层中颗粒态有机碳输出通量

讨论了1997年冬季在北太平洋西北海域7个站位的表层至200m水深水柱中溶解及颗粒态234Th,颗粒态有机碳(POC)、氮(PON)及叶绿素a浓度的垂直分布剖面.溶解态、颗粒态及总的234Th的放射性在真光层中显著低于母体238U的放射性,总的234Th放射性在水深大于100m时趋于平衡.利用234Th-238U在海洋表层海水中的放射性不平衡推导出了北太平洋西北海域冬季真光层海水中234Th的平均停留时间和输出通量以及颗粒态有机碳和有机氮的输出通量.在亚北极环流区溶解态234Th的停留时间为40~50d,而在黑潮-亲潮共同影响区为20d左右.颗粒态有机碳和有机氮从真光层的输出通量范围分别为3.8~8.2和0.50~0.98mmol/(m2·d),西部海区高于东部海区,南部海区高于北部海区.在黑潮-亲潮共同影响区较高的颗粒态有机碳输出通量表明光照量及陆源营养盐物质的提供是两个决定生产力的主要因素.叶绿素a的水深分布和POC/PON的值同Redfield的比值的一致性表明这个海区的冬季颗粒物主要由浮游植物构成.北太平洋西北海域在冬季的颗粒有机碳输出通量可高于世界大洋一些海区春、夏季的颗粒有机碳输出通量.     

南海真光层深度的遥感反演

海水真光层是指海洋浮游植物进行光合作用的水层,海水真光层深度的反演有利于对海洋初级生产力的估算。介绍了真光层深度的遥感反演算法,并根据实测资料,通过经验拟合得到南海海水真光层深度与海水漫衰减系数Kd(490)的关系:zeu=2.784/Kd(490)。经过与实测资料的对比发现,与其它通过叶绿素估算真光层深度的算法相比,本算法的精度明显提高。利用遥感估算的Kd(490)数据计算2003年南海的真光层深度,结果表明,南海陆源营养成分的输入以及南海环流是影响南海真光层变化的主要因素。     

南黄海叶绿素a与初级生产力之间的相关分析

本文依据南黄海海域的调查资料,探讨了叶绿素ａ与初级生产力和真光层内叶绿素ａ积分值之间的相关关系。并对表层叶绿素ａ是否可以作为海洋中浮游植物蕴藏量的指标加以验证。验证的具体方法是分析表层叶绿素ａ（ＳＣ）;真光层内叶绿素ａ积分值（ＩＣ）和初级生产力（ＰＰ）三者之间的相关关系。分析表明：在叶绿素ａ含量高且变化梯度大的高生产力海域,ＳＣ、ＩＣ和ＰＰ之间存在着非常显著的相关性,ＳＣ可以作为某海域浮游植物现存量及其生产力的指标;而在叶绿素ａ和初级生产力低且分布均匀的海域,ＳＣ、ＩＣ和ＰＰ之间不相关。故指出利用ＳＣ作为某海域浮游植物蕴藏量和初级生产力指标时应慎重。     

浒苔绿潮暴发期间海水溶解有机碳的生物可利用性及其碳汇作用

自2007年以来,浒苔绿潮已经连续15年在南黄海暴发。浒苔(Ulva prolifera)作为主要肇事藻种,在暴发过程中向海水释放大量的溶解有机碳(DOC)。然而,这些藻源DOC能否长期保存在海洋中,主要取决于它们的生物可利用性,目前关于此方面的研究甚少。本研究在浒苔绿潮大规模暴发时期(2019年6月),分别在浒苔暴发海区和无浒苔海区各选择3个站位富集表层海水,在实验室进行长期(300 d)的DOC降解实验。结果发现,在60 d内,不同站位富集海水中的DOC浓度随着微生物的利用快速下降,微生物丰度也在第60天达到峰值,表明这些被消耗的DOC是生物可利用性高的活性DOC(LDOC)。60 d后,剩余的DOC可抵抗微生物的降解,在60～300 d内保持稳定,表明这些DOC是具有强稳定性的惰性DOC(RDOC)。最终发现,浒苔暴发海水的RDOC占富集DOC的46%,明显高于无浒苔海水的(36%)。并且,荧光溶解有机物(FDOM)中活性的类蛋白组分随着微生物的利用被快速消耗,惰性的类腐殖质组分逐渐积累,暗示了在降解过程中LDOC逐渐向RDOC转化。可见,浒苔绿潮暴发除了在短时间内增加海水中的D...     

杭州湾——舟山渔场秋季浮游植物现存量和初级生产力

1995年9月在杭州湾和长江口至舟山海区进行了浮游植物细胞丰度、叶绿素a浓度和初级生产力的现场观测研究.结果表明,表层水浮游植物平均细胞丰度为(22.68±63.33)×104个/dm3;平均叶绿素a浓度为2.80±3.46μg/dm3,小于20μm的微型和微微型浮游生物细胞对叶绿素a的贡献占71%;平均初级生产力(C)为692.5±1192.4mg/(m2·d),小于20μm的微型和微微型浮游生物细胞对总生产力的贡献占68%.河口区悬浮物质浓度高,浮游植物光合作用受光的限制,各项生物参数与真光层深度紧密相关.生物锋区位于真光层深度10～20m、盐度26～32的长江冲淡水稀释区.同时探讨了浮游植物细胞活性(R)与光合作用同化数(AN)、叶绿素a与初级生产力、叶绿素a与海面光谱反射率的相互关系,为海洋水色遥感在初级生产力的应用研究提供科学依据     

长江口外浮游植物死亡释放溶解有机质的降解及其溶氧消耗

浮游植物光合作用产生的溶解有机质(dissolved organic matter,DOM)是海洋中溶解有机质的重要来源,浮游植物死亡后释放的新鲜溶解有机质活性高、数量大、生物可利用性高,其降解过程中对溶解氧(dissolved oxygen,DO)的消耗显著。但到目前为止,对此类溶解有机质的降解过程以及其耗氧情况还鲜有研究。本文基于2013年8月东海航次,对浮游植物(硅藻为主)死亡后释放的新鲜有机质进行人工受控培养,研究其降解过程及对DO的消耗,并评估该降解过程对低氧现象形成的贡献。研究发现:培养体系中溶解有机碳(dissolved organic carbon,DOC)和DO浓度皆随时间呈指数下降,总溶解态碳水化合物(total carbohydrate,TCHO)也出现明显降解;体系的初始DOC浓度越高,降解速率常数k(DOC)、k(DO)越大,k(DOC)受DOC浓度、活性以及DO浓度的影响;培养过程中细菌丰度明显增加,添加Hg Cl2的对比实验表明细菌在降解过程中起到重要作用。本文的研究结果表明,浮游植物死亡后释放的溶解有机质的快速降解及其对溶解氧的消耗,对长江口低氧环境的促成具有重要意义。     

杭州湾——舟山渔场秋季浮游植物现存量和初级生产力

1995年 9月在杭州湾和长江口至舟山海区进行了浮游植物细胞丰度、叶绿素a浓度和初级生产力的现场观测研究 .结果表明 ,表层水浮游植物平均细胞丰度为(2 2 6 8± 6 3 33)× 1 0 4个 /dm3;平均叶绿素a浓度为 2 80± 3 46 μg/dm3,小于 2 0μm的微型和微微型浮游生物细胞对叶绿素a的贡献占 71 % ;平均初级生产力 (C)为6 92 5± 1 1 92 4mg/ (m2 ·d) ,小于 2 0 μm的微型和微微型浮游生物细胞对总生产力的贡献占 6 8% .河口区悬浮物质浓度高 ,浮游植物光合作用受光的限制 ,各项生物参数与真光层深度紧密相关 .生物锋区位于真光层深度 1 0～ 2 0m、盐度 2 6～ 32的长江冲淡水稀释区 .同时探讨了浮游植物细胞活性 (R)与光合作用同化数 (AN)、叶绿素a与初级生产力、叶绿素a与海面光谱反射率的相互关系 ,为海洋水色遥感在初级生产力的应用研究提供科学依据     

长江冲淡水区细菌生产力研究

为了解细菌在长江口冲淡水区生态系营养动力学过程中的重要作用,笔者于1997年10月10日至20日,1998年5月14日至6月1日在观测海区以及在绿华山海域设置大水体围隔生态系实验装置进行细菌生产力的现场观测研究.结果表明,秋季观测海区平均细菌生产力(C)为(1.44±1.30)μg/(dm3·h),高值出现在测区中部的A₃,B₃和C₃站.春季测区表层细菌生产力(2.43±1.22)μg/(dm3·h)高于底层(1.01±0.43)μg/(dm3·h),高值出现在测区中部的A₃和B断面诸站.秋、春季平均细菌生产力相当于浮游植物初级生产力的23%.秋季和春季表层细菌数量分别为(5.22×108±0.88×108)个/dm3和(1.97×108±1.10×108)个/dm3.1998年5月18日至6月1日在围隔实验点的自然海区中细菌生产力变幅范围为0.13～5.79μg/(dm3·h),平均值为(2.47±1.60)μg/(dm3·h).围隔装置内加可溶性磷(PO₄3-)实验,春季细菌生产力由1.28μg/(dm3·h)增长至32.20μg/(dm3·h),其增长幅度低于秋季1.43～43.47μg/(dm3·h).油污染实验中细菌生产力由6.61μg/(dm3·h)增长至37.97μg/(dm3·h),呈逐日上升趋势.     

北冰洋楚科奇海浮游细菌丰度和生产力及其分布特征

2012年夏季中国第5次北极科学考察期间,对北冰洋楚科奇海及其北部边缘海浮游细菌丰度和生产力进行了测定,并将其与环境因子进行了相关性分析。结果显示,楚科奇海浮游细菌丰度的变化范围为0.56×108~6.41×108 cells/dm3,平均为2.25×108 cells/dm3;细菌生产力介于0.042~1.92mg/(m3·d)(以碳计)之间,平均为0.54mg/(m3·d)(以碳计),与已有研究结果基本相当。陆架区细菌丰度和生产力要明显高于北部边缘区,但前者的单位细菌生产力则较低。与环境因子的相关性分析显示,细菌丰度与温度和叶绿素a浓度存在显著正相关(p0.01),表明北极变暖导致的海水升温及浮游植物生物量的增加均会促进细菌的生长,从而进一步提高细菌在海洋生态系统和碳循环中的作用。但陆架区的细菌生产力与环境参数均没有显著相关性,表明其影响因素较为复杂;生产力在北部边缘区则仅与叶绿素a存在显著正相关(p0.01),表明浮游植物生长过程产生的溶解有机碳(DOC)是细菌生长最为主要的碳源,碳源的单一可能制约细菌的生产从而导致该海域无冰状态下细菌丰度的增加不如预期,但融冰过程带来的大量DOC将促进细菌活性的增加。