最大渾濁帶對長江口有機(jī)碳分布的影響初探

[摘要]2005年8月對長江口海域的有機(jī)碳分布調(diào)查表明，表層水體有機(jī)碳濃度從河流向外海遞減。底層水體的溶解有機(jī)碳和顆粒有機(jī)碳濃度的最高值均出現(xiàn)在長江口最大渾濁帶內(nèi)。最大渾濁帶是底層水體有機(jī)碳的顯著碳源。

[關(guān)鍵詞]長江口有機(jī)碳最大渾濁帶

河口區(qū)常存在局部河段，其斷面含沙量穩(wěn)定地高于上、下游河段幾倍以至幾十倍，底部含沙量顯著增高，且床面往往出現(xiàn)浮泥，這一區(qū)段通常被稱為“最大渾濁帶”。最大渾濁帶廣泛存在于世界的許多河口地區(qū)，其形成是潮汐動力、重力環(huán)流、泥沙物理性質(zhì)、不對稱潮和層化等因素共同作用的結(jié)果[1，2]，其位置隨著漲落潮來回運(yùn)動，質(zhì)心隨潮差和河流徑流而變化。最大渾濁帶為溶解有機(jī)物與顆粒有機(jī)物轉(zhuǎn)化的物理、化學(xué)、生物反應(yīng)提供了理想的場所，也使河口環(huán)境中的有機(jī)物的遷移、歸宿更趨復(fù)雜[3]。Bodineau et al.(1998)對Seine 河口的研究指出在最大渾濁帶的再懸浮過程中，間隙水中的DOC 釋放增加[4]。在鴨綠江口的最大渾濁帶內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了DOC 的高值，這可能是由POC 向DOC 的轉(zhuǎn)化或沉積物間隙水的釋放引起的[5]。而Danube-Black Sea 的DOC 在最大渾濁帶基本保持恒定，POC 隨鹽度的升高而降低[6]。Yenisei 河最大渾濁帶中POC%和DOC 均未發(fā)生明顯變化，但其有機(jī)質(zhì)組成更趨成熟[7]。由此可見，不同河口其最大渾濁帶對有機(jī)碳分布的表觀作用各不相同。本文通過2005年8月對長江口的綜合調(diào)查，試探討長江口的最大渾濁帶對該區(qū)域溶解有機(jī)碳(DOC)和顆粒有機(jī)碳(POC)分布的影響。

1研究材料與方法

2005 年8 月利用“海監(jiān)49”考察船對長江口海域進(jìn)行調(diào)查取樣，具體的站位分布見圖1?，F(xiàn)場用Niskin 采水器采集表層和底層水樣后，立即用450℃預(yù)灼燒4h以上的Whatman GF/F玻璃纖維濾膜在全玻過濾器上過濾。濾膜-20℃冷凍保存，濾液轉(zhuǎn)移至預(yù)灼燒的玻璃瓶中，加磷酸酸化后冷凍。濾膜經(jīng)冷凍干燥，稱重，計算總懸浮顆粒物濃度(TSM)。酸蒸去除無機(jī)碳后，在Vario EL Ⅲ元素分析儀上測定顆粒有機(jī)碳(POC)，分析相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于6%;濾液充分解凍后在島津總有機(jī)碳分析儀TOC-VCPH上以鄰苯二甲酸氫鉀為標(biāo)準(zhǔn)液測定樣品中的溶解有機(jī)碳(DOC)，其測定相對標(biāo)準(zhǔn)偏差<2%。溫度、鹽度等數(shù)據(jù)由現(xiàn)場YSI儀器探頭測定。

圖12005年長江口調(diào)查取樣站位圖

2結(jié)果與分析

2.1 各參數(shù)的水平分布

通過大面巡航調(diào)查，可知長江河口表層和底層水體的鹽度都呈現(xiàn)隨著離岸距離的增加而增加的趨勢，其鹽度范圍分別為0.05～33.62，0.14～34.29。而溫度的分布與鹽度截然相反，近岸水溫較高，遠(yuǎn)岸水溫較低，表層和底層的平均溫度分別為26.8 ℃和25.9℃。表、底層DOC 濃度范圍分別在92～154micro;M、100～152micro;M 之間，平均為106micro;M 和100micro;M。各站位POC 差異巨大，平均為392±997micro;M。

2.2 最大渾濁帶

最大渾濁帶廣泛存在于世界的許多河口地區(qū)，作為河口“過濾器”作用的突出表現(xiàn)，其成因、時空變化規(guī)律及效用受到了研究者的廣泛關(guān)注。已有的研究表明長江口的最大渾濁帶范圍約為25～46 km，其表層含沙量變化于0.1～0.7kg/m3，

* 基金支持:國家自然科學(xué)基金項目(編號:40721004，40776047)。

底層變化于1～8kg/m3。底層含沙量在2 等鹽度線附近開始增高，在8～15 間達(dá)到頂峰。最大渾濁帶的出現(xiàn)部位，規(guī)模大小，含沙量的高低主要取決于徑流、潮流的變化、河水的攜沙量和河口鹽水楔異重流的強(qiáng)弱。

從本航次的懸浮顆粒物濃度的大面分布圖(圖2)可以明顯看出長江口口門外崇明島東南側(cè)區(qū)域的懸沙濃度遠(yuǎn)大于河流及外海，即通常所說的最大渾濁帶。該區(qū)域中心位置位于YE13 站，站位YE9，YE10，YE13、YE14、YE17 、YE18 都在最大渾濁帶的范圍內(nèi)。這些站位鹽度范圍在10～15之間，表層TSM 濃度大于100mg/L ，底層TSM 濃度大于1000mg/L，底層最大TSM 濃度高達(dá)到5733mg/L。最大渾濁帶區(qū)域以外TSM 迅速減小。

圖2水體中總懸浮顆粒物濃度(TSM)分布圖(左圖為表層水體，右圖為底層水體)

2.3 最大渾濁帶對有機(jī)碳分布的影響

從有機(jī)碳隨鹽度的變化趨勢來看，DOC與鹽度都沒有很好的線性關(guān)系，其行為呈現(xiàn)非保守性，底層的DOC 在鹽度10～15 區(qū)間內(nèi)顯著增加(～60micro;M)(見圖3)，而這一鹽度區(qū)間恰恰是此次長江口最大渾濁帶出現(xiàn)的位置。而與DOC 相似，POC 同鹽度也不成線性關(guān)系，而且表底的變化趨勢各不相同。在低鹽度區(qū)域，表層POC 濃度較高，隨著鹽度的增加，其濃度逐漸降低，在高鹽區(qū)降至15micro;M 左右。底層POC 遠(yuǎn)高于表層，同樣最大渾濁帶區(qū)域內(nèi)POC 急劇增大，高達(dá)5429micro;M，而在高鹽區(qū)域的部分水體中POC 含量較低，小于50micro;M。懸浮顆粒物中的有機(jī)碳含量(POC%)隨著TSM 的增加從12%指數(shù)遞減，在TSM>200mg/L 后，POC%穩(wěn)定在0.75%左右。

(a)DOC-Salinity，(b)POC-Salinity;(c)POC-TSM，(d)POC%-TSM，說明:圖(b)、(d) 中y 坐標(biāo)為非線性，斷開處前后坐標(biāo)比例不同。

圖3 有機(jī)碳與鹽度和TSM 關(guān)系

將本次調(diào)查站位根據(jù)所處的位置，劃分成長江河流段、最大渾濁帶和口外近海3個區(qū)域，各區(qū)域內(nèi)有機(jī)質(zhì)的特征見表1及圖4。由圖表可知表層DOC 的分布呈現(xiàn)河流段>最大渾濁帶>口外近海的情況，而POC 及TSM 也有類似的變化趨勢，體現(xiàn)了典型的隨鹽度增加河流源物質(zhì)被低濃度的外海水稀釋的過程。從POC%上看，這種混合過程表現(xiàn)為表層POC%向海逐漸增加。C/N 比值隨鹽度增加而減小，在口外近海區(qū)域平均值為6.39，與Redfiled 值十分接近，帶有明顯的海源顆粒物特性。表層水體有機(jī)碳的分布主要體現(xiàn)咸淡水混合過程的特征，最大渾濁帶對其的影響并不明顯。

表1長江口各區(qū)段有機(jī)質(zhì)濃度

注:mean表示平均值，sd表示偏差。

與表層水體的咸淡水混合過程不同，底層水體的POC 和DOC 的高值都出現(xiàn)在最大渾濁帶區(qū)域內(nèi)，POC值是河流段和口外近海段的3～9倍，DOC約為其他區(qū)域的1.5倍。對于溶解有機(jī)碳，河流段和口外近海段底層水體濃度相當(dāng)，而顆粒有機(jī)碳則明顯呈現(xiàn)最大渾濁帶>河流段>口外近海的分布趨勢。由此可知最大渾濁帶區(qū)域內(nèi)存在一定的碳源，對底層水體的溶解有機(jī)碳和顆粒有機(jī)碳有顯著的增加作用。在鴨綠江口的最大渾濁帶內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了類似的DOC高值[5]。這種DOC的增加可能來源于再懸浮過程中間隙水的釋放和POC 向DOC的轉(zhuǎn)化[4]，但在本研究中懸浮物的POC%在此區(qū)內(nèi)并未明顯變小，而與河流段的POC%相近，主要體現(xiàn)河流帶來的陸源物質(zhì)的特性。因此最大渾濁帶內(nèi)有機(jī)碳的增加可能主要來源于區(qū)域內(nèi)強(qiáng)烈的再懸浮作用引起的水體顆粒物的大量增加以及間隙水的釋放作用。

此外在從河流到口外近海的輸送過程中，隨著懸浮顆粒物的大量沉降水體中溶解態(tài)和顆粒態(tài)的配比(DOC/POC)也發(fā)生了顯著的改變，從河流段的顆粒態(tài)為主，轉(zhuǎn)向近海區(qū)域的溶解態(tài)為主。

3結(jié)論

在長江的有機(jī)物質(zhì)經(jīng)由河口向東海輸送過程中，表層水體的有機(jī)碳主要體現(xiàn)咸淡水混合的特征，隨著離岸距離增加而逐漸降低。但底層水體的有機(jī)碳分布受到長江口最大渾濁帶的強(qiáng)烈影響，溶解有機(jī)碳和顆粒有機(jī)碳都顯著增加。最大渾濁帶是底層水體的碳源，對表層水體的作用尚不清楚。

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