我国陆架边缘海表层海水中氧氩比和群落净生产力的时空分布及影响因素

摘要

海水中的溶解氧是海洋生命活动不可缺少的物质，其浓度主要受物理过程和生物过程控制。氩(Ar)是惰性气体，海水中的溶解Ar浓度仅受物理过程的影响，由于氧和氩具有相似的物理特性，氧氩比值可以消除物理过程对溶解氧的影响。因此，氧氩比偏离平衡值的量可作为衡量生物过程导致的氧过饱和度的指标。在光合作用中，O2和有机碳生成量具有一定的化学计量关系，因此，平衡时O2的量在一定程度上反映了有机碳的生成量。在没有物理作用时，O2浓度体现了光合作用和群落呼吸作用的差值，即群落净生产力(NCP)。群落净生产力代表了从表层海水向深层海洋输送的最大有机质量，是衡量生物活动对上层海洋碳循环影响的最好指标。然而表层海洋群落净产生力具有很大的时空差异性，考虑到其在全球碳循环中的作用和气候变化的敏感性，连续和准确测定群落净生产力是非常必要的，对认识全球碳循环和诊断可能的气候一碳反馈有重要作用。
　　本文以中国陆架边缘海黄、东、南海为研究目标，在国内率先利用膜进样质谱仪(MIMS)连续走航、高频率、同时测定了O2、 Ar和CO2等多种气体。获得了我国陆架边缘海O2/Ar比值的时空分布格局，并初步估算了海洋群落净生产力，探讨了其主要影响因素，对深入认识生物泵对海洋碳汇的影响有重要意义。本论文的主要研究成果如下:
　　1.参考了国外有关用MIMS测定海水中溶解气体方法的文献，结合实验室现有条件，建立了切实可行的连续走航同时测定表层海水中O2、N2、Ar、CO2等气体的方法。测定O2/Ar，N2/Ar和CO2的精密度分别为1.5％、1.6％和1.9％，与文献报道的结果相当。
　　2.于2013年7月对黄、东海不同深度海水中O2、 Ar和CO2等气体进行了观测，结果表明:黄、东海表层海水O2/Ar比值的范围为5.2～15.6，底层海水O2/Ar比值的范围为3.8～9.9，明显低于表层。整体上从近岸到外海、从表层到底层逐渐降低。表层海水Δ(O2/Ar)的范围为-54.7％～36.0％，NCP的范围为-68～1860 mmolC m-2 d-1，具体地说，黄海的NCP为111±92 mmol Cm-2 d-1，东海的NCP为165±162mmol C m-2 d-1，长江口的NCP为259生159 mmol C m-2 d-1，黄海＜东海＜长江口。
　　3.分别于2013年8月和2013年10月对黄、东海表层海水中溶解O2、 Ar和CO2等气体进行了走航观测，结果表明:2013年8月黄、东海表层海水O2/Ar比值的范围为5.0～22.2，在长江口外部及浙闽沿岸相对较高，东海陆架区相对较低。Δ(O2/Ar)范围为-57.2％～91.1％，平均值为5.0±16.9％，表明黄、东海海域处于自养状态。NCP变化范围为-175～1902 mmol C m-2 d-1，其中黄海的NCP为92±264mmol C m-2 d-1，东海陆架台风前的NCP为13±36 mmol C m-2 d-1，东海陆架台风后的NCP为-24±73 mmol C m-2 d-1，长江口的NCP为166±533 mmol C m-2 d-1。2013年10月航次东海Δ(O2/Ar)范围为-31.4％～22.4％，平均值为-6.1±5.7％。调查区域大部分海域Δ(O2/Ar)都小于0。群落净生产力变化范围为-901～430 mmol Cm-2 d-1，平均值为-154±148 mmol C m-2 d-1。影响黄、东海O2/Ar比值的时空分布格局和NCP的因素有:水文结构、生物活动、海水温度、营养盐等。夏季，东、黄海O2/Ar的分布与Chla的变化趋势一致，与CO2呈镜像分布，说明夏季该海域溶解氧主要受生物过程的影响。秋季航次海况较差，风浪较大，海气交换及海水垂直混合剧烈，是影响O2/Ar比值和NCP的主要因素。并且，在海况如此恶劣的条件下，通过O2和Ar归一化已不足以消除如此剧烈的物理过程的影响，O2/Ar比值法估算的NCP具有较大的不确定性，给NCP带来严重的低估。
　　4.于2014年6～7月对南海表层海水中溶解O2、Ar和CO2等气体进行了走航观测，结果表明:南海的Δ(O2/Ar)变化范围为-6.2％～7.5％，平均值为2.0±1.7％，说明南海海水处于自养状态。NCP的变化为-265～250 mmol C m-2 d-1，平均值为52±55 mmol C m-2 d-1。 NCP与Δ(O2/Ar)分布趋势基本一致。营养盐是影响南海NCP的主要因素，中尺度的漩涡等物理因素增强了海水垂直混合，向透光层中输入大量营养盐，有利于浮游植物的生长，对群落净生产力的分布有重要的影响。

目录

声明

摘要

0 前言

1 文献综述

1．1 研究背景

1．2 群落净生产力的主要测定方法

1．2．1 黑白瓶培养法

1．2．2 根据无机碳的季节性变化估算NCP

1．2．3 直接测定颗粒有机碳的输出通量

1．2．4、O2／Ar比值法估算群落净生产力

1．2．5 卫星遥感法

1．3 海洋中群落净生产力的研究进展

1．4 基于O2／Ar比值法估算群落净生产力的研究进展

1．5 本文研究内容

2 海水中溶解气体的分析方法

2．1 仪器原理

2．2 海水中溶解气体走航连续观测系统的建立

2．3 测定条件选择及优化

2．3．1 进样装置及膜材料选择

2．3．2 蠕动泵及其流速的选择

2．3．3 平衡温度的影响

2．3．4 水蒸汽及其他离子的干扰

2．4 信号值校准

2．5 小结

3 东、黄海O2／Ar比值及群落净生产力的分布研究

3．1 材料与方法

3．2 群落净生产力的计算方法

3．3 2013年7月黄、东海O2／Ar比值及群落净生产力的时空分布

3．3．1 各参数大面分布

3．3．2 各参数断面分布

3．3．3 ME-3连续站各参数周日变化

3．3．4 Δ(O2／Ar)和NCP分布

3．3．5 影响黄、东海群落净生产力的因素

3．4 2013年8月东海O2／Ar比值和群落净生产力的分布研究

3．4．1 气象条件

3．4．2 大面分布

3．4．3 断面分布

3．4．4 低氧核心区A3连续站各参数周日变化

3．4．5 Δ(O2／Ar)和NCP分布

3．4．6 影响NCP的因素

3．5 2013年10月东海O2／Ar比值分布和群落净生产力研究

3．5．1 大面分布

3．5．2 断面分布

3．5．3 各断面剖面图

3．5．4 Δ(O2／Ar)和NCP分布

3．6 小结

4 南海表层海水O2／Ar比值分布和群落净生产力研究

4．1 材料与方法

4．2 气象条件

4．3 大面分布

4．4 断面分布

4．5 Δ(O2／Ar)和NCP分布及其影响因素

4．6 小结

5 结论与创新点

5．1 结论

5．2 创新点与存在问题

参考文献

致谢

个人简历

发表的学术论文