CO2 flux and seasonal variability in the turbidity maximum zone and surrounding area in the Changjiang River estuary

The turbidity maximum zone(TMZ) is one of the most important regions in an estuary.However,the high concentration of suspended material makes it difficult to measure the partial pressure of CO_2(pCO_2) in these regions.Therefore,very little data is available on the pCO_2 levels in TMZs.To relatively accurately evaluate the CO_2 flux in an example estuary,we studied the TMZ and surrounding area in the Changjiang(Yangtze) River estuary.From seasonal cruises during February,August,November 2010,and May 2012,the pCO_2 in the TMZ and surrounding area was calculated from pH and total alkalinity(TA)measured in situ,from which the CO_2 flux was calculated.Overall,the TMZ and surrounding area acted as a source of atmosphere CO_2 in February and November,and as a sink in May and August.The average FCO_2was-9,-16,5,and 5 mmol/(m~2·d) in May,August,November,and February,respectively.The TMZ's role as a source or sink of atmosphere CO_2 was quite different to the outer estuary.In the TMZ and surrounding area,suspended matter,phytoplankton,and pH were the main factors controlling the FCO_2,but here the influence of temperature,salinity,and total alkalinity on the FCO_2 was weak.Organic carbon decomposition in suspended matter was the main reason for the region acting as a CO_2 source in winter,and phytoplankton production was the main reason the region was a CO_2 sink in summer.     

东海2012年夏季海-气界面碳交换及其区域碳汇强度变化趋势初探

基于2012年7月对东海的调查,剖析了其水体中各形态碳(pCO2、DIC、DOC、POC)的区域分布特征,估算了海-气界面CO2的交换通量(FCO2),探讨了影响其交换的主要因素,在此基础上,结合历史资料初步分析了近十几年来该海域海-气界面CO2交换通量的变化趋势。结果表明,2012年7月长江口邻近海域相对南部陆架区具有较低的DIC浓度,而DOC与POC的浓度相对较高。调查区域表层水pCO2变化范围为96.28~577.7μatm(1atm为101 325Pa),平均值为297.6μatm,低值区出现在长江冲淡水区(30°~33°N,123°~125°E),高值区主要分布在东海陆架的南部区域。表层水pCO2主要受控于长江冲淡水的输入和混合(盐度)、台湾暖流以及生物生产等。调查海域2012年7月海-气FCO2平均为(-6.410±7.486)mmol/(m2·d),表现东海在夏季是大气CO2的汇区,区域碳汇强度由强到弱依次为:长江冲淡水区(CDW)、黄东海混合水区(YEMW)、陆架咸淡水混合区(SMW)、近岸上升流区(CUW)和台湾暖流区(TWCW),东海夏季每日吸收大气CO2(以C计)约(18.3±19.8)kt。结合历史资料分析发现,近十几年来东海夏季碳汇强度有增强趋势,CDW区的海-气界面CO2通量平均年增速为-0.814mmol/(m2·d),即海水吸收大气二氧化碳每年增加约54.6kt,是夏季东海碳汇增加的最主要贡献者。     

长江口海域表层沉积物中磷的形态分布及环境意义

用分级浸取的方法对2009年2月采自长江口海域27个表层沉积物样品中P的形态和相关环境特征进行了研究。结果表明,物质来源和沉积物粒度是各形态P的含量与分布的主要控制因素。Ex-P（可交换态磷）,Fe-P（铁结合态磷）,Al-P（铝结合态磷）,Lea-OP（可浸取有机磷）和CFA-P（自生钙磷）5种形态的沉积磷在适当条件...     

东海海—气界面二氧化碳通量的季节变化与控制因素研究进展

通过对东海海—气界面二氧化碳(CO2)交换有关研究的总结,剖析了东海表层海水CO2分压(pCO2)的区域分布特征,探讨了海—气界面CO2通量(FCO2)的季节变化规律,诠释了影响海—气界面CO2转移的主要因素.结果表明,东海表层海水pCO2的区域分布具有明显的季节变化,可将其分为冬季、夏季、过渡季节(春季、秋季)3个时段.冬季西部近岸海域由于水体垂直交换强烈,造成表层水体pCO2较高,而中、东部陆架海域由于浮游生物的光合作用使得pCO2较低.夏季近岸河口海域由于陆源输入的影响导致pCO2较高,中、东部陆架海域受温跃层、长江冲淡水、浮游植物的综合作用pCO2较低.春季、秋季为过渡时段,表层海水pCO2分布变化剧烈,受控因素较为复杂.东海全年表现为大气CO2的净汇,其中冬、春、夏为碳汇,其海—气界面FCO2分别为(-6.68±6.93),(-4.94±0.80),(-3.67±1.09)mmol/(m2·d).秋季表现为碳源,通量约为(1.50±8.37)mmoL/(m2·d).东海全年平均通量约为-3.16 mmol/(m2·d),共可吸收CO2约为6.92×106 t C/a.不同季节海—气界面FCO2的年际变化凸显了人为因素的影响,近海富营养化加剧,三峡工程的运行都可能是造成东海冬季碳汇量减少、秋季碳源/汇格局转变的原因.     

模拟研究沙海蜇消亡过程中海水pH 变化及对海水酸化的影响

通过室内模拟实验,研究了不同pH、盐度、温度和氮磷比控制条件下沙海蜇(Nemopilema nomurai)消亡过程中水体pH的变化特征及对海水酸化的影响.结果表明,沙海蜇块体分解会造成pH的显著降低,水体出现明显酸化.随着沙海蜇的分解,本底海水组(本底海水+实验用沙海蜇)水体pH呈现先下降,后缓慢回升直至稳定的趋势,并在第2天形成最小值,且水体pH下降0.5～1.3.沙海蜇块体在不同pH、盐度、氮磷比、温度控制条件下分解时,水体pH变化趋势相似,均表现为先下降,达到最小值后再缓慢回升,但不同控制条件下水体pH出现最小值的时间并不一致,从先到后的顺序是温度组(第3天)、pH和盐度组(第4天)及氮磷比组(第5天),这与沙海蜇块体分解速率顺序一致.沙海蜇分解过程中,这4个实验组水体pH下降0.5～1.8,水体发生明显的酸化,这其中海水盐度、pH的变化及温度的降低所导致的沙海蜇消亡过程中海水酸化程度比较严重;因此,在当今海水富营养化及海水温度升高的情况下,沙海蜇的暴发及其消亡会造成海洋生态系统遭受更严重的破坏.     

海水痕量元素——有机配体的配分特征与影响因素研究进展

在痕量元素的海洋生物地球化学循环过程中,有机配体直接控制痕量元素在不同形态及粒径范围内的分配,进而影响痕量元素的迁移转化过程和生物可利用性。深入研究海水中痕量元素-有机配体的配分特征及影响因素,明确有机配体分子量组分及其对痕量元素的配合作用差异,对于了解痕量元素的生物地球化学行为,评估痕量元素的生物可利用性和毒性效应均具有十分重要的意义。对海水中痕量元素-有机配体的分布规律、配分特征及盐度、pH、氧化还原条件和生物活动对配体的影响进行了系统总结。海水中的有机配体一般以低分子量部分为主体,配合能力因元素性质差异存在随分子量增加而提高或降低的不同趋势。除此之外,有机配体的结构、配合能力及分子量分布随水体各物理化学参数的变化而改变。盐度的增加会降低有机配体相邻官能团的静电排斥力从而降低配体的配合能力,还会导致高分子量金属有机配合物发生絮凝和降解而去除。pH的增加不仅可以促使有机配体离子化,还能促进部分痕量元素水解为与有机配体亲和力更高的形式,提高有机配体配合率。氧化还原环境同时影响了痕量元素的价态和有机配体的浓度,间接影响痕量元素-有机配体的配合率。浮游植物利用及微生物分解可以增加低分子量有机配体的比例,从而提高其配合能力,但当生物遭受过量金属离子的毒性胁迫时,其细胞内会释放胞内配体,将致毒元素转化为配合物并排出体外,从而增加水体中痕量元素高分子量有机配体的浓度。未来应结合有机物结构分析技术及痕量元素分离检测技术,系统研究海洋环境中不同分子量有机配体的结构及与痕量元素配合强度的相互关系,进一步揭示痕量元素的迁移转化过程与生态学意义。     

近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物来源及其对气候波动的响应

基于AMS¹⁴C定年结果,对近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物的粒度、黏土矿物组成及结晶学特征等进行研究,分析该区沉积特征、物质来源及近千年来环境演化的沉积记录。结果表明,台湾以东黑潮主流区沉积物主要为细粒的粉砂和黏土,沉积速率平均为34.44 cm/ka,低于东海陆架和冲绳海槽南部,高于开阔大洋,具有从陆架向大洋过渡的沉积特征。黏土矿物组成的分析结果表明,台湾以东黑潮主流区沉积物黏土矿物组成以伊利石(平均57%)和蒙脱石(平均25%)为主,含有少量绿泥石(平均16%),几乎不含高岭石(平均2%),其中蒙脱石主要来源于吕宋岛弧物质输送和附近海域原位的基性火山物质蚀变,伊利石和绿泥石主要来源于亚洲大陆风尘输送和台湾东部河流输入,高岭石主要来源于台湾东部河流和吕宋岛弧物质输入。黏土矿物的物源定量识别研究表明,研究站位的黏土矿物有26%～72%来源于亚洲大陆风尘输送,11%～55%来源于台湾东部河流输入,11%～26%来源于吕宋岛弧物质输送。近千年来沉积物物源的变化特征较好地反映了中世纪暖期、小冰期和现代暖期这3个百年尺度的全球性气候变化阶段。亚洲大陆风尘输送和台湾东部河流输入对研究区沉积物的相对贡献量变化反映了中世纪暖期较强的东亚冬季风特征和台湾地区较为干旱的气候环境,同时也反映了小冰期逐渐减弱的东亚冬季风强度和台湾地区较为湿润的气候环境。现代暖期和中世纪暖期在东亚热力差异和降水异常上的差别反映了人类活动对沉积物的扰动。而研究区小规模的沉积特征突变事件主要与暴雨、台风和地震活动相关。     

胶州湾沉积物中氨基酸对有机质降解及细菌源贡献的指示作用解析

基于对胶州湾表层沉积物中总可水解氨基酸（THAA）的含量、组成、构型及分布特征的系统研究,通过氨基酸碳氮归一化产率（THAA-C%,THAA-N%）、降解因子DI、反应活性指数RI以及D型氨基酸占比（D-AA%,摩尔百分比）等指标结合碳氮比（TOC/TN）、碳稳定同位素（δ13C）探析了胶州湾沉积物中有机质的来源与降解状态,利用细菌源有机质及胞外肽酶活性（EEA）探讨了微生物在有机质迁移转化过程中的作用与贡献。结果表明,胶州湾表层沉积物中氨基酸平均含量为（7.60±3.64）μmol/g,在陆源与海源混合影响下,其水平分布呈现湾内高于湾外、湾内东部高于西部的特点,表明湾内东部陆源输入对沉积物THAA具有较高贡献。THAA-C%、THAA-N%、DI、RI以及D-AA%等指示因子均显示胶州湾表层沉积物中有机质的降解程度呈现湾外高于湾内、湾内东部高于西部的变化趋势,有机质来源、微生物活性与上覆水水深共同影响了有机质的降解程度。胶州湾表层沉积物中细菌源有机碳的贡献率为（29.35±18.73）%,其水平分布显示出湾内西部与湾外相近且高于湾内东部的特点。细菌胞外肽酶活性（EEA）平均为（0.81±1.31）nmol/（g·h）（以MCA计）,整体分布趋势与细菌贡献率相反,呈现湾内东部高于湾内西部和湾外的特性。沉积物中有机质的不同海源、陆源占比决定了有机质的可降解性,而有机质的降解程度进一步影响了细菌源有机质的贡献与胞外肽酶活性。     

胶州湾海水痕量金属?溶解有机质分配特征及其影响因素探讨

采集胶州湾表层和底层海水样品,分析了Cu、Cr、Cd、Pb、Ni、Co等痕量金属在海水中的空间分布特征及其在不同分子量溶解有机质中的分配特征,并探讨了痕量金属?溶解有机质分配机理及浮游生物活动与盐度等环境因素对该分配过程的影响。结果表明,胶州湾海水中痕量金属呈近岸浓度较高的分布特征,在湾东北部出现高值区,Cd和Pb还分别在湾口与湾中部出现高值区。胶州湾海水中痕量金属平均有70.1%分配于低分子量(<1 kDa)组分中,其中Cu和Cd低分子量组分所占平均比例分别达79.0%与77.6%,Cr、Ni和Co稍低,分别为71.5%、67.3%及66.9%,Pb则仅为58.2%。海水中的溶解有机碳也以低分子量组分为主,所占比例平均达73.1%,且光谱特征显示低分子量溶解有机质中类腐殖质含量更高,含有丰富的羧基和羟基,金属配合能力较高,导致痕量金属多分配于低分子量溶解有机质中。高分子量溶解有机质(>1 kDa)所占比例与叶绿素a浓度呈显著正相关,表明浮游植物初级生产通过释放高分子量溶解有机质影响海水痕量金属?溶解有机质的分配过程。胶州湾湾顶盐度较低海域痕量金属高分子量组分略高,可能是生物活动及陆源输入(产生更多高分子量溶解有机质)与盐度(低盐有利于高分子量有机质的稳定性)共同作用的结果。     

沙海蜇(Nemopilema nomurai)模拟消亡过程中氮与磷的释放

在实验室内模拟研究了沙海蜇消亡过程中氮与磷的释放特征。模拟结果表明:沙海蜇消亡过程中向水体释放氮、磷可分为两个阶段,且氮的释放速率比磷高一个数量级。在沙海蜇消亡的初期阶段,水体中溶解态氮、磷和总氮、总磷的浓度迅速增高,氮可以达到其消亡过程中的最高浓度;在后期阶段,水体中溶解态氮和总氮的浓度不断下降,但水体中的磷在这一阶段达到消亡过程中的最高浓度碱性条件有利于氮的释放,酸性条件有利于磷的释放;盐度越高氮与磷的释放速率越小;温度对氮、磷的释放影响不大;水体中氮与磷含量越高,沙海蜇消亡的速度越慢,而且氮的浓度越高,氮与磷释放到水体中的速率就越慢。