冬季黃東海溶解有機碳的分布特征＊

商榮寧，王作華，張傳松，石曉勇＊

（1.中國海洋大學 化學化工學院，山東 青島，266100；2.同濟大學 化學系，上海200092）

冬季黃東海溶解有機碳的分布特征＊

商榮寧1，王作華2，張傳松1，石曉勇1＊

（1.中國海洋大學 化學化工學院，山東 青島，266100；2.同濟大學 化學系，上海200092）

于2007－01－02對黃東海溶解有機碳（DOC）進行采樣并用高溫催化氧化法進行測定，分析了其質(zhì)量濃度和平面分布特征。結(jié)果表明，DOC的質(zhì)量濃度范圍為0.440～2.491mg／L，平均質(zhì)量濃度為（0.967±0.284）mg／L；DOC的平面分布呈現(xiàn)近岸高外海低的特征，近岸高值主要集中在長江口以南海域，主要受陸源輸入的影響；外海DOC高值區(qū)主要集中在28°N以南，126°E以西的海域，來源于浮游植物的初級生產(chǎn)；東海東南部為DOC的低值區(qū)，主要受貧營養(yǎng)的黑潮水控制。垂直方向上，DOC由表到底變化較小，表層和10m層受生物活動影響質(zhì)量濃度相對較高，底層高值主要來自于沉積物再懸浮的作用。

DOC；分布特征；黃東海

占全球面積71%的海洋，是地球上最大的一個碳庫，是大氣CO2的匯，對于調(diào)節(jié)大氣中含碳量起著重要作用。溶解有機碳（DOC）是海洋中最大的碳貯庫，約占海洋總有機碳的90%［1］，是海洋中有機碳的主要存在形式，在海洋碳循環(huán)和海洋生態(tài)系統(tǒng)中起著重要的作用。DOC是表征水體中有機物含量和生物活動水平的重要參數(shù)，對于化學海洋學和生物海洋學的研究具有重要意義：對DOC的研究可對海洋生產(chǎn)力、海洋化學的研究提供基本的參數(shù)；同時其對于總有機碳的通量、分布和循環(huán)研究也有重要意義；此外，海水中的DOC還是一種關(guān)于污染和生物活動水平的綜合指標［2］，判斷海洋污染程度等。因此海水中溶解有機碳的研究是生物地球化學的重要內(nèi)容，在全球海洋通量研究（JGOFS）中，對于了解海洋對大氣CO2的吸收、轉(zhuǎn)移和垂直遷移碳的能力具有重要的作用［3］。因此，研究DOC對研究整個海洋有機物具有重要意義。

大陸架在全球海洋表面積中所占的比例不足20%，但它在碳、氮的海洋生物地球化學循環(huán)中的作用與在深海中的作用同樣重要［4］。黃海是一個半封閉陸架淺海，水更新周期長，至少需要5a［5］，通常把山東半島東端成山角與朝鮮半島長山串連線，作為北黃海和南黃海的分界線［6］，南黃海相對于北黃海而言生態(tài)環(huán)境有其特殊性，北上的黃海暖流，南下的沿岸流，季節(jié)性的黃海冷水團使得南黃海的生態(tài)系統(tǒng)復雜多樣。東海擁有世界上最為廣闊的大陸架，海域?qū)掗?，受地理和水文環(huán)境影響生態(tài)環(huán)境十分復雜，因此DOC的分布特征及其影響因子也不盡相同。

近年來，有關(guān)黃海、東海海域溶解有機碳來源、分布特征和影響因子等方面的研究也已經(jīng)有了一些報道［1，3，7－12］，但仍缺乏系統(tǒng)的空間分布特征的研究，對不同海區(qū)和同一海區(qū)不同位置的研究還不夠詳盡。本研究就2007年對黃海和東海海域的調(diào)查資料，概述了DOC的平面分布特征。

1 調(diào)查區(qū)域與分析方法

2007－01－22－02－13用“東方紅2號”考察船對東中國海海域進行了現(xiàn)場調(diào)查，站位布設(shè)如圖1所示。調(diào)查范圍大約從25°～35°N，120°～130°E，覆蓋了黃東海的大部分陸架區(qū)?，F(xiàn)場調(diào)查由北向南共設(shè)置10條斷面，共計54個站位；采樣深度從幾米到千余米不等，采水層次為0，10，30，50，75m和底層。

調(diào)查過程中每個站位海水的深度、溫度、和鹽度均使用SeaBird 911－Plus CTD現(xiàn)場測量，同時使用電控12聯(lián)裝Niskin采水器及時采集各層次水樣，采得的水樣立即用孔徑為0.7μm的Whatman GF／F濾膜（預先于450℃灼燒6h）在全玻過濾器上抽濾。所得濾液轉(zhuǎn)移至玻璃瓶（450℃灼燒6h）中，并加入飽和HgCl2溶液，冷凍保存，至陸地實驗室測定。

實驗室分析時，濾液充分解凍并經(jīng)室溫下平衡后在島津總有機碳分析儀TOC－VCPH上以鄰苯二甲酸氫鉀為標準溶液測定樣品中的溶解有機碳，其測定相對標準偏差小于2%，在空白被準確測定的條件下，這種方法的精度為0.005mg／L［13］。本研究中所需的其它相關(guān)參數(shù)的測定均依據(jù)《海洋調(diào)查規(guī)范》或相關(guān)國際通用方法進行［13－15］。

圖1 調(diào)查站位分布圖Fig.1 Location of sampling stations

2 結(jié)果與討論

2.1 DOC質(zhì)量濃度特征

如表1所示，整個調(diào)查海區(qū)DOC的質(zhì)量濃度范圍（以C計，下同）為0.440～2.491mg／L，平均質(zhì)量濃度為（0.967±0.284）mg／L（表1）。整體而言，垂直方向上，研究海域冬季受水體垂直混合均勻的影響，DOC的質(zhì)量濃度平均值隨深度變化不大，各層次之間平均值的最大變幅僅為0.154mg／L。具體來說，表層DOC的質(zhì)量濃度變化范圍最大為0.444～2.491mg／L，平均值除了比10m層略低外，均高于其他各層；10m層DOC的質(zhì)量濃度平均值最高，為（1.066±0.266）mg／L；30m層和50m層DOC的平均質(zhì)量濃度基本相當，且與整體平均值接近；底層DOC質(zhì)量濃度有所回升，其平均值為（0.986±0.299）mg／L?？傊?，調(diào)查海域DOC質(zhì)量濃度的垂向分布特征基本表現(xiàn)為受生物活動影響較為強烈的表層和10m層以及受沉積物再懸浮作用影響較為強烈的底層數(shù)值相對較高。

表2列出了中國近海及大洋水DOC質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)。與文獻數(shù)據(jù)相比，雖然本次所測得的DOC質(zhì)量濃度與以往在黃東海測定的值有所差異，但仍在同一數(shù)量級水平上（表2）。研究海域DOC的質(zhì)量濃度值僅低于渤海（2.01mg／L）、河口區(qū)（2.18mg／L）及南黃海（2.02mg／L），但與南海及大洋水（0.50mg／L）相比較，整個黃東海DOC的質(zhì)量濃度均高于這兩個海域，這主要歸因于充足的陸源輸入和旺盛的生物活動。河口主要受到陸源碳輸入的影響，而渤海為中國內(nèi)海，黃海是半封閉陸架淺海，水更新周期長，且接受大量的陸地徑流輸入及人類生產(chǎn)活動產(chǎn)生的大量有機物，可直接或間接轉(zhuǎn)化為DOC，使得DOC的質(zhì)量濃度整體較高。

表1 調(diào)查海區(qū)內(nèi)DOC的質(zhì)量濃度（mg·L－1）Table 1 The contents of DOC in the survey area（mg·L－1）

表2 中國近海及大洋水DOC（mg·L－1）數(shù)據(jù)對比Table 2 Comparison of DOC data in coastal area of China and open sea（mg·L－1）

2.2 DOC平面分布特征

圖2為調(diào)查海區(qū)DOC各層的平面分布圖。從圖中可以看出，整體而言，冬季調(diào)查海域各層次DOC的分布均表現(xiàn)出近岸高、外海低的特征，DOC的高值區(qū)域主要出現(xiàn)在東海南部28°N以南，126°E以西海域；低值區(qū)則主要出現(xiàn)在東海東南部海區(qū)。整個海區(qū)DOC與葉綠素之間呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系（R＝0.29，N＝248，P＜0.000 1），由此表明調(diào)查時期黃東海DOC的分布受到浮游植物現(xiàn)場生產(chǎn)的影響。

具體來說，表層DOC的質(zhì)量濃度為0.444～2.491mg／L，平均質(zhì)量濃度為（1.017±0.320）mg／L。圖2a為2007年冬季表層DOC的等值線圖，整體上看，DOC的分布呈現(xiàn)由近岸向外海逐漸降低的趨勢。南黃海近岸DOC的質(zhì)量濃度較高，中部海區(qū)明顯減小，差值可達0.636mg／L。東海DOC的分布趨勢與黃海相似，也呈現(xiàn)明顯的近岸高、外海低的特征，其中外海區(qū)在28°N以南，126°E以西出現(xiàn)一等值線十分密集的DOC的高值區(qū)，且DOC質(zhì)量濃度以27.1°N，122.8°E為中心呈輻射狀向四周遞減，中心質(zhì)量濃度可高達2.491mg／L（W0901站）；低值區(qū)則主要集中在東海東南部28°～32°N，124°～127°E的海域，等值線極為稀疏，且DOC的質(zhì)量濃度均小于0.80mg／L，最低值出現(xiàn)在臺灣東北部的 W1008站（25.5°N，122.6°E）。與葉綠素表層分布圖（圖2e）相比較而言，長江口南部近岸雖然營養(yǎng)鹽含量很高（以DIN為例），但是由于濁度較大（＞190），光照受到限制，葉綠素在近岸并未出現(xiàn)高值，可見葉綠素不是近岸DOC出現(xiàn)高值的主要原因。而表層近岸鹽度較低（圖3a）也可證明，近岸DOC高值主要來自于沿岸流和長江沖淡水等的陸源輸入。對應于東海南部DOC的高值區(qū)，葉綠素在此處也出現(xiàn)高值區(qū)域（中心質(zhì)量濃度為2.562μg／L），這是因為該區(qū)域溫度比較高（t＞17℃），濁度較?。ǎ?），且冬季長江沖淡水南下，給此處帶來相對充足的營養(yǎng)鹽（N／P＞25），這些條件均適宜浮游植物的生長，其現(xiàn)場生產(chǎn)釋放的溶解有機碳成為該海域DOC高值的主要原因，也可由DOC和葉綠素之間呈現(xiàn)弱的正相關(guān)得到證明（R＝0.15，N＝17）。對于東海東南部DOC的低值區(qū)，葉綠素的低值區(qū)域恰好與其相吻合，這主要是由于受貧營養(yǎng)的黑潮表層水的控制而導致。

10m層（圖2b）DOC的質(zhì)量濃度為0.621～1.763mg／L，平均質(zhì)量濃度為（1.066±0.266）mg／L，與表層相比，DOC質(zhì)量濃度差別不大，且其平面分布狀況也與表層相似，僅在細節(jié)方面存在一定的差異，表現(xiàn)為：南黃海DOC質(zhì)量濃度略高于表層；東海近岸DOC質(zhì)量濃度有所增加，且DOC最大值北移至W0701站（29.3°N，122.2°E），為1.763mg／L；東海南部高值區(qū)內(nèi) DOC中心質(zhì)量濃度明顯低于表層，等值線較為稀疏；DOC低值區(qū)范圍比表層略小，且0.8mg／L等值線南移。與同層次葉綠素10m層分布圖（圖2f）相比較而言，葉綠素在東海南部近岸濃度很低，而鹽度在近岸也較低（圖3b），由此可知近岸DOC質(zhì)量濃度較高主要與陸源輸入有關(guān)；葉綠素的高值區(qū)（中心質(zhì)量濃度為1.828μg／L）仍與DOC的高值區(qū)相對應，表明浮游植物的初級生產(chǎn)是控制該海域DOC分布的主要因素，也可由該區(qū)域DOC與葉綠素之間存在較好的正相關(guān)得到證明（R＝0.567，N＝16）。

30m層（圖2c）DOC的質(zhì)量濃度為0.514～1.865mg／L，平均質(zhì)量濃度為（0.950±0.312）mg／L，其平面分布特征與同海域表層和10m層相近，東海南部28°N以南，126°E以西的海域仍為DOC的高值區(qū)，僅在細節(jié)方面有所差異，如與表層和10m層相比，DOC質(zhì)量濃度有所減??；東海南部DOC高值中心略向南偏移，且中心質(zhì)量濃度低于表層；東海東南部低值區(qū)范圍明顯擴大。與同層次葉綠素的分布圖（圖2g）相比較而言，DOC的高值區(qū)域仍與葉綠素的高值區(qū)域（中心質(zhì)量濃度為1.464μg／L）恰好相吻合，且兩者之間有較好的正相關(guān)（R＝0.519，N＝14），這表明浮游植物的初級生產(chǎn)對DOC有一定的貢獻。

50m層（圖略）DOC的質(zhì)量濃度為0.623～1.650mg／L，平均質(zhì)量濃度為（0.956±0.283）mg／L，與30m層接近，DOC的分布趨勢與30m以淺海域相似，但南黃海東部高值狀況明顯，推測可能與朝鮮近岸沿岸流有關(guān)；東海東南部DOC低值區(qū)與葉綠素低值區(qū)相吻合，可見貧營養(yǎng)的黑潮水的控制更加明顯；75m層（圖略）DOC的質(zhì)量濃度為0.623～1.373mg／L，平均質(zhì)量濃度為（0.912±0.279）mg／L，為各層中最低，DOC在東海東南部仍存在高值區(qū)，葉綠素同樣也存在高值，證明DOC高值仍來源于該海區(qū)浮游植物的初級生產(chǎn)。

底層（圖2d）DOC的質(zhì)量濃度為0.440～1.763mg／L，平均質(zhì)量濃度為（0.986±0.299）mg／L，DOC的分布特征與表層和10m層相近，表現(xiàn)為明顯的由近岸向外海降低的趨勢，DOC等值線幾乎與海岸線平行；有所不同的是，30m以淺海域東海東南部DOC的高值區(qū)消失。近岸水深較淺處主要受控于黃海沿岸流及長江沖淡水的影響而具有較高含量，質(zhì)量濃度均在1.00mg／L以上；東海南部向外海方向隨著深度的增大，受高鹽貧營養(yǎng)的黑潮水的控制，DOC質(zhì)量濃度普遍較低（＜0.8mg／L），呈現(xiàn)大洋海水的分布特征［20］。該層DOC與葉綠素的平面分布趨勢相近，但兩者之間的相關(guān)性較弱（R＝0.284，N＝41），表明葉綠素已不是控制DOC分布的主要因素，但是在一定程度上仍影響著DOC的分布。

圖2 表層、10m層、30m層和底層DOC（mg·L－1）和葉綠素（μg·L－1）質(zhì)量濃度的平面分布Fig.2 Horizontal distribution of DOC（mg／L）and Chlorophyll（μg／L）in the surface，10m，30mand bottom layer

圖3 各層鹽度和表層濁度及DIN（μmol·L－1）的平面分布Fig.3 Horizontal distribution of salinity in all layers and Turbidity and DIN（μmol·L－1）in the surface layer

3 結(jié) 論

1）2007年冬季黃東海海域DOC質(zhì)量濃度的變化范圍為0.440～2.491mg／L，平均質(zhì)量濃度為（0.967±0.284）mg／L。垂直方向上，DOC平均質(zhì)量濃度隨深度增加變化不大，表層、10m層和底層數(shù)值相對較高，表層、10m層高值主要受生物活動的影響，而底層高值主要受沉積物再懸浮的影響。

2）DOC的平面分布表現(xiàn)為由近岸向遠海降低的特征，近岸DOC高值區(qū)主要集中在長江口以南海域，主要來自于陸源輸入；外海DOC高值區(qū)主要集中出現(xiàn)在生物活動較為活躍的28°N以南，126°E以西一帶，主要來源于浮游植物的初級生產(chǎn)；東海東南部為DOC的低值區(qū)，主要受貧營養(yǎng)的黑潮水的控制。

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Distribution of Dissolved Organic Carbon in the Yellow Sea and East China Sea in Winter

SHANG Rong－ning1，WANG Zuo－h(huán)ua2，ZHANG Chuan－song1，SHI Xiao－yong1
（1.College of Chemistry and Chemical Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266100，China；2.Department of Chemistry，Tongji University，Shanghai 200092，China）

Dissolved Organic Carbon（DOC）was collected during January and February in 2007in the Yellow Sea and East China Sea.DOC concentration was determined by high temperature catalytic oxidation（HTCO）method and the horizontal distribution of DOC was studied.The results showed that the concentration of DOC ranged from 0.440to 2.491mg／L and the average concentration was（0.967±0.284）mg／L.The horizontal distribution showed that the highest DOC content was in the coastal area and it tended to decrease in the offshore region.The high DOC value was in the southern part of Yangtze River Estuary which was mainly affected by the terrestrial inputs.The high values of DOC in open sea were mainly found in an area between southern of 28°N and western of 126°E，and were mainly from the primary production of phytoplankton.The lowest value was mainly in the southeast part of East China Sea because of the influence of oligotrophic Kuroshio.In vertical distribution，the change of DOC was smaller from surface to bottom，its concentration in both surface and 10mlayers were relatively high because of the effect of biological activity，the high value of bottom layer was mainly from the sediment resuspension.

DOC；distribution characteristics；Yellow Sea and East China Sea

October 19，2010

P734

A

1671－6647（2012）01－0094－08

2010－10－19

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目——典型水域生源要素循環(huán)及浮游植物多樣性對海洋物理環(huán)境演變的影響（2005CB422305）；國家海洋局公益性項目——入海污染物總量控制和減排技術(shù)集成與示范（200805065）

商榮寧（1985－），女，山東濱州人，碩士，主要從事海洋生物地球化學與海水分析化學方面研究.E－mail：shangrongning8516＠163.com

＊通訊作者，E－mail：shixy＠ouc.edu.cn

（張 騫 編輯）

致謝：中國海洋大學王江濤老師在樣品測定和分析過程中提供的幫助。