菲律賓海西部海區(qū)有機(jī)懸浮顆粒觀測及其分布特征＊

方習(xí)生，魏建偉，石學(xué)法，程振波

（1.國家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島266061；2.海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島266061）

海洋環(huán)境中的顆粒有機(jī)碳（POC）是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動研究的重要內(nèi)容，也是評價海區(qū)初級生產(chǎn)力的一個重要指標(biāo)。認(rèn)識顆粒有機(jī)碳及顆粒物的時空分布和變化機(jī)制，對于海洋化學(xué)、海洋生物學(xué)以及海洋地質(zhì)學(xué)研究都非常重要［1-2］。自20世紀(jì)50年代開始，國外許多學(xué)者就利用光學(xué)手段對海洋懸浮顆粒物質(zhì)的分布特征作了研究和分析［3-8］。實(shí)踐表明，透光度儀對懸浮顆粒分布極其敏感，能快速提供高分辨率的水體懸浮物質(zhì)垂向分布信息，利用現(xiàn)場同步測得的光衰減系數(shù)及熒光數(shù)據(jù)，就可以分析有機(jī)顆粒、葉綠素a濃度以及浮游植物的分布特征［4］，這在海洋懸浮物監(jiān)測研究方面和對于理解海洋生物地球化學(xué)循環(huán)過程具有重要意義。赤道西太平洋具有獨(dú)特的物理、化學(xué)和生物學(xué)特征，在厄爾尼諾—南方濤動（ENSO）事件中起著重要作用［9］。根據(jù)在菲律賓海西部海區(qū)現(xiàn)場測定的多參數(shù)綜合垂向分布數(shù)據(jù)和海水取樣分析，對菲律賓海水體光衰減作用、懸浮顆粒及顆粒有機(jī)碳的相關(guān)關(guān)系和空間分布變化特征進(jìn)行了分析討論。

1 材料與方法

2004年國家海洋局第一海洋研究所利用“向陽紅9”科學(xué)考察船在菲律賓海進(jìn)行了現(xiàn)場多參數(shù)綜合垂直分布觀測調(diào)查，觀測海區(qū)如圖1所示。SN斷面包括2部分：東西方向的SN-1和南北向的SN-2，共有18個測站，觀測時間是在2004-07（第一航段，WEaPac-1）。WE斷面呈東西向分布，共包括12個測站，觀測時間為2004-09-10（第二航段，WEaPac-2）。

“向陽紅09”號科學(xué)考察船安裝了美國SeaBird公司制造的SBE 911+型CTD，該型CTD除了配有常規(guī)的溫度、鹽度、壓力探頭外，同時還聯(lián)結(jié)了濁度、p H、熒光以及透光度儀等探測系統(tǒng)。水體光衰減系數(shù)由配置在CTD上的Wet Labs透光度儀測得，光源的中心波長為660 nm，光程為25 cm。真光層水深Ze（1%PAR）根據(jù)現(xiàn)場水下光譜推導(dǎo)；混合層水深Zm是根據(jù)0.125σθ標(biāo)準(zhǔn)計算出的最大混合水深。顆粒有機(jī)碳分析的海水是由SBE 911+型CTD上的Niskin標(biāo)準(zhǔn)采水瓶取得，所用體積一般在5升左右，分析用濾膜選用Whatman GF／F（25 mm，0.7μm）濾膜，濾膜以及包裹濾膜所需的鋁箔紙事先都在450℃條件下高溫燃燒3 h。在3.04×104～5.07×104Pa壓力條件下，將新鮮海水樣品中的懸浮顆粒直接過濾到濾膜上。隨后用蒸餾水沖洗濾膜多次，以除去多余鹽分。用鋁箔將載有懸浮物的濾膜包裹好，并置于-40℃深冷冰箱中保存。按照如下步驟除去濾膜上的無機(jī)顆粒碳組分：首先將盛有濃鹽酸的廣口容器置于干燥塔的底部，然后用玻璃培養(yǎng)皿（培養(yǎng)皿經(jīng)過酸洗和450℃干燥2 h處理）裝盛著濾膜一并置于干燥塔中，用鹽酸煙熏約1 h；取出培養(yǎng)皿和濾膜，于60℃環(huán)境中干燥24 h，待測。采用雙膜校正方法制備空白樣品?？瞻啄悠吠瑯佑名}酸煙熏1 h，并于60℃環(huán)境中干燥。所有樣品都在PE240型元素分析儀上進(jìn)行POC含量測試。海水葉綠素a濃度連續(xù)垂向分布是由聯(lián)接在SBE911+型CTD上的SeaPoint熒光計測定，為了對現(xiàn)場葉綠素a濃度進(jìn)行校正，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用過濾萃取熒光法測定了40多個海水樣品的葉綠素a濃度，再由現(xiàn)場葉綠素a測量數(shù)據(jù)與室內(nèi)分析數(shù)據(jù)回歸分析，結(jié)果顯示現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)與室內(nèi)分析數(shù)據(jù)相關(guān)性非常高。所用的葉綠素a濃度數(shù)據(jù)為未作校正的數(shù)據(jù)。

圖1 菲律賓海調(diào)查斷面SN和WE位置示意圖Fig.1 Locations of surveying sections SN and WE in the Philippine Sea

2 結(jié)果與討論

2.1 顆粒光衰減系數(shù)cp及其典型垂直分布

光衰減系數(shù)（c）是由3部分引起的：純海水的衰減（cw），黃色物質(zhì)的衰減（cCDOM）以及懸浮顆粒的衰減（cp）［4］。在光譜的紅光波段，黃色物質(zhì)的光衰減作用近似為零［4，10］，可以忽略。而純海水的光衰減系數(shù)大小約為0.364 m-1［10］。開闊大洋中，大顆粒集合體非常少，每升海水中也就有幾個顆粒。而透光度儀的光程為25 cm，光束照射體積非常?。ù蠹s為44 m L），其探測到大顆粒懸浮體的幾率非常低。根據(jù)研究，顆粒光衰減信號cp主要來源于那些直徑小于20μm的粒子［4］。由魏建偉等［11］推導(dǎo)的懸浮顆粒光衰減系數(shù)可以簡單地表示：

再根據(jù)懸浮體干重數(shù)據(jù)對光衰減系數(shù)作進(jìn)一步的系統(tǒng)校正，通過推導(dǎo)光衰減系數(shù)cp垂直分布，可以對海水細(xì)顆粒組分的分布變化作連續(xù)的觀測和分析。

圖2 菲律賓海上層水柱典型綜合垂向分布特征Fig.2 Typical profiles of the upper water column in the Philippine Sea

圖2給出了菲律賓海的4個站位典型綜合垂直分布，包括顆粒光衰減系數(shù)cp、葉綠素a、密度等參數(shù)，其垂向分辨率都為1 m。1）W151站（123°00′00″E，15°15′36″N）距離菲律賓群島最近，觀測時間為北京時間12∶00，其葉綠素垂向分布同時具有次表層最大層（SCM）和深層葉綠素最大層（DCM）。DCM層內(nèi)的葉綠素質(zhì)量濃度約為0.6 mg／m3。在上層120 m水柱中，光衰減系數(shù)cp同熒光保持同步變化。2）M178站（172°E，15°N）距離菲律賓群島以東大約600 km，觀測時間為北京時間13∶00。葉綠素垂直分布具有深層最大層，其質(zhì)量濃度約為0.65 mg／m3，且在60～140 m水柱內(nèi)光衰減系數(shù)同葉綠素a也是同步變化。在W151和M178水柱下層水體中，即120 m（W151站）和140 m（M178站）以深，這2個站位的光衰減系數(shù)cp隨著水深急劇增大，估計這可能與懸浮物質(zhì)的水平擴(kuò)散作用有關(guān)。3）E18站（131°31′48″E，17°43′48″N）和E83站（135°30′00″E，16°22′12″N）分別位于調(diào)查海區(qū)的東北部和最東端，屬于典型的大洋環(huán)境，其觀測時間分別為北京時間13∶00和14∶00。其真光層水深遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于混合層水深：E18站真光層水深95 m，混合層深度18 m；E83站真光層厚度110 m，混合水深19 m。在真光層以深的水柱中，葉綠素a垂直分布具有典型的深層葉綠素最大層。E83站光衰減系數(shù)cp在真光層底部具有異常大的峰值帶。而E18站上部120 m水柱范圍內(nèi)的光衰減系數(shù)變化相對較小。水柱下部（E18站的120 m水深以下，E83站的140 m水深以下）的光衰減系數(shù)cp和熒光隨水深逐漸減小，這比較符合“混合規(guī)則”［12］，即隨著水深的增加，同一種顆粒組分的濃度會漸漸的被稀釋。

2.2 顆粒有機(jī)碳估算與誤差分析

在開闊大洋上層水柱中，顆粒有機(jī)質(zhì)（POM）主要是由活體浮游植物及碎屑顆粒組成的，浮游動物、細(xì)菌及其降解產(chǎn)物僅占很小的比重。真光層內(nèi)的POM主要來自于浮游植物［13］，因此懸浮有機(jī)質(zhì)在很大程度上能夠反映浮游植物現(xiàn)存量。根據(jù)我們的實(shí)測結(jié)果，菲律賓海上層水體的顆粒有機(jī)碳（POC）濃度約10～100 mg／m3。其中，WEqPac-1航段（SN斷面，7月）測得的POC濃度平均值為68 mg／m3，碳氮質(zhì)量比C∶N約為21。WEqPac-2航段（WE斷面，9-10月）的POC濃度相對較低，平均約為38 mg／m3，碳氮質(zhì)量比C∶N約為8.7。根據(jù)分析知，菲律賓海與南海的POC濃度比較接近［14］，高于赤道太平洋［15］，比羅斯海［16］、阿拉伯海［17］以及黑潮表層水的顆粒有機(jī)碳［18］都要低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高生產(chǎn)力的秘魯上升流區(qū)和西北非上升流區(qū)。

WEqPac-1航段獲得的POC濃度與顆粒物質(zhì)（PM）濃度具有顯著的相關(guān)性（圖3），回歸方程為PM=20.95×POC+111.62，相關(guān)系數(shù)R2=0.483。WEqPac-2航段中POC與PM的相關(guān)性不明顯（未給出散點(diǎn)圖）。盡管如此，2個航段測得的POC與PM的比例卻基本一致，大約為4%。

由于POC／PM的比率基本恒定的，因而POC可作為有機(jī)懸浮顆粒的替代指標(biāo)。根據(jù)懸浮體濃度與cp的相關(guān)性分析，理論上POC同cp也應(yīng)該具有一定的線性關(guān)系。為了驗(yàn)證，采用Model II線性回歸分析方法對菲律賓海POC和cp的相關(guān)性作了分析。菲律賓海第一航段（WEqPac-1）上層水柱（200 m）POC同cp之間線性相關(guān)系數(shù)為R2=0.715，回歸方程為POC=1243×cp-11.7；第二航段（WEqPac-2）POC同cp之間線性相關(guān)系數(shù)為R2=0.77，回歸方程為POC=1415×cp-49。而如果對2個航段內(nèi)所有POC實(shí)測結(jié)果同光衰減系數(shù)cp作相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)二者仍呈線性相關(guān)關(guān)系，回歸方程為POC=876×cp-2.23，只是顯著性有所降低，R2為0.33（表1）。根據(jù)這些線性擬合方程，就可以將cp垂向分布換算為POC垂向分布。

圖3 WEqPac-1航段（SZ斷面）PM與POC的相關(guān)散點(diǎn)圖Fig.3 Correlation between PM and POC，based on the observations during WEqPac-1 cruise（section SZ）

通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析，國外同行在北大西洋［5］、阿拉伯海［7］、赤道太平洋［15］以及東北太平洋［17］等海區(qū)也觀測到了cp與POC之間的線性關(guān)系，但是彼此的結(jié)果存在一定的差異，特別是回歸方程的斜率有明顯不同（表1）。菲律賓海cp∶POC回歸方程斜率要比其他海區(qū)的斜率大2～4倍，這很可能是由浮游植物組成及生理特性所造成的。根據(jù)Bishop［10］在赤道太平洋的懸浮顆粒粒級分析，大約41%～89%的光衰減信號是由＜8μm的顆粒產(chǎn)生的，同時大粒徑的顆粒組分也會對光衰減作用產(chǎn)生一定影響。他認(rèn)為要獲得光衰減系數(shù)cp同POC之間的最佳擬合關(guān)系，必須要充分考慮到粗粒級組分的影響。從理論上講，透光度儀的實(shí)際測量體積越大，其測得的光衰減信號就越精確。但出于現(xiàn)場操作方便的考慮，目前一般都采用光程等于25 cm的透光度儀［15-17］，個別的采用1 m光程的設(shè)備［10］。測量設(shè)備規(guī)格的不一致，加上隨后的數(shù)據(jù)推導(dǎo)過程的差異，都會造成現(xiàn)場光衰減測量數(shù)據(jù)的離散。

菲律賓海兩個cp∶POC回歸方程的斜率相差不是很大，分別為1243和1415。我們沒有將2個航段的數(shù)據(jù)重新組合并建立新的cp∶POC回歸方程，因?yàn)檫@在統(tǒng)計學(xué)分析過程中是不可取的：2個航段的數(shù)據(jù)量有明顯差別，統(tǒng)計分析過程中必須要尋找一個權(quán)重因子來加以校正。我們分別利用2個POC／cp回歸方程對相應(yīng)航段中的POC分布變化作進(jìn)一步的分析。

表1 光衰減系數(shù)cp與POC的線性回歸分析Table 1 Regression analysis of light attenuation coefficient cp vs POC

分析了解所有可能引起POC測量值差異的原因非常必要。Altabet等［19］分別利用瓶式和現(xiàn)場泵式方法分析了顆粒氮（PN）的濃度及同位素組成，認(rèn)為污染問題以及濾膜類型差異是造成測量值不同的主要原因。Moran等［20］則對JGOFS赤道太平洋（EqPac航次）和北冰洋斷面（AOS94）的歷史資料作了分析，認(rèn)為溶解有機(jī)碳（DOC）吸附是測量值偏大的誘因。對于瓶式方法而言，如果過濾水樣太少必然會受到DOC的影響。所以要盡量對POC樣品作空白校正，以減少DOC可能造成的影響。目前有2種方法可以進(jìn)行DOC吸收校正。第一種是過濾不同體積的海水，然后計算POC同其過濾海水體積的回歸方程，該方程在y軸上的截距就是DOC的吸收量。通過對馬尾藻海近岸、表層水、深層水的大范圍取樣（4 L海水）分析，Menzel［21］得出了每個空白濾膜的碳吸附量為1.7～2.1μmol（相當(dāng)于0.020 4～0.025 2 mg）的結(jié)論。他認(rèn)為空白濾膜很容易就能達(dá)到DOC飽和，因而達(dá)到飽和狀態(tài)的濾膜的DOC吸附量是一個常數(shù)，與環(huán)境DOC濃度的高低無關(guān)。Moran等［20］也發(fā)現(xiàn)25 mm GF／玻璃纖維濾膜空白吸附值約為2±0.3μmolC。這些數(shù)據(jù)說明，濾膜的DOC吸附值可能是一個相對恒定的值，小于3μmol。第二種校正DOC吸附作用的方法是雙膜校正［28-29］，這種方法操作起來相對簡單。在2004年的菲律賓海航次中（WEqPac）使用的就是這種雙膜校正方法。根據(jù)我們的實(shí)測分析，菲律賓海25 mm GF／F空白膜DOC吸收值大小在0.024 5 mg（相當(dāng)于2.04 μmolC），這與Moran等［20］和Menzel［21］的研究結(jié)果基本一致（如果考慮到雙層空白樣品膜上可能會截留少量顆粒的情況，雙層空白樣品值很可能就是DOC吸附校正的最大上限）。

濾膜的類型會對顆粒滯留量產(chǎn)生影響［19］。比如Niskin瓶式手段（小體積），采用的玻璃纖維濾膜（GF／F濾膜）的截留效率相當(dāng)于0.7μm，而現(xiàn)場泵式手段（大體積）采用的玻璃纖維濾膜的截留效率一般為1.0μm或2.2μm，細(xì)孔徑的濾膜當(dāng)然就能保留相對更多的顆粒。而泵式方法采用的壓力條件非常高，操作過程中會有少量細(xì)顆粒（大于濾膜孔徑，如0.7μm）穿過濾膜而流失，這樣容易導(dǎo)致POC測量值偏低［24］。Altabet等［19］所使用的現(xiàn)場泵式設(shè)備的壓力范圍是7.6×104～1.06×105Pa（LVFS）和8.11×104～8.61×104Pa（MULVFS），而Niskin瓶式方法采用的壓力一般為2.03×104～5.07×104Pa［16］，較小的壓力差應(yīng)該能更好的避免細(xì)顆粒組分的流失。Liu等［25］曾對同種類型的濾膜做了對比分析，發(fā)現(xiàn)壓力差異不會對其測量結(jié)果造成明顯影響。這個實(shí)驗(yàn)結(jié)果在理論上有些出乎意料，但考慮到一定的實(shí)驗(yàn)條件后還是可以理解的。比如說，在過濾海水體積足夠多的情況下，顆粒流失產(chǎn)生的誤差就不會非常明顯。

海水取樣過程中不可避免地要受到浮游動物的影響。對于泵式方法而言，其捕獲小型浮游動物的幾率相對要低得多［26］。瓶式取樣就很容易捕獲到小型浮游動物，這可能是造成瓶式結(jié)果比泵式測量結(jié)果偏高的主要原因。還有一些其他的客觀因素，像污染、顆粒聚集與破碎等。目前，絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室里所使用的還是普通的瓶式過濾設(shè)備，因此其分析數(shù)據(jù)都有可能存在小型浮游動物“污染”的問題。Gardner等［24］曾用海水高溫燃燒方法分析了POC濃度，結(jié)果表明海水高溫燃燒方法結(jié)果與瓶式分析結(jié)果比較接近。所以我們采用的方法：瓶式，3.04×104～5.07×104Pa，0.7μm玻璃纖維膜、5 L海水，結(jié)果還是比較可信的。

2.3 斷面SN、WE上的葉綠素a、光衰減系數(shù)及顆粒有機(jī)碳分布特征

綜上所述，現(xiàn)場光衰減系數(shù)由懸浮顆粒干重標(biāo)定后再減去純海水的光衰減系數(shù)就得到顆粒光衰減系數(shù)cp。如圖4所示，圖框邊緣的“↑”代表測量站對應(yīng)的位置，其下的一行數(shù)字表示取樣時間（北京時間，24小時制）；白色實(shí)線表示混合層水深（Δ0.03σθ和Δ0.125σθ）。斷面SN上層水體（100 m）懸浮粒子光衰減作用相對較強(qiáng)，下層較弱，在大約200 m水深存在著顆粒衰減系數(shù)的極小值。其中，SN-1水柱上部（100 m）的衰減作用相差不大，而自150 m向下急劇減小。SN-2則具有與其不同的特點(diǎn)：100 m以淺水體的衰減作用相對穩(wěn)定，到100 m深時cp驟然增大至0.1 m-1，然后又迅速減小，直到200 m左右水深時達(dá)到極小值。根據(jù)目前掌握的資料，世界大洋其他海區(qū)也具有類似的光衰減系數(shù)分布［6，15］，存在光衰減深層最大層的原因很可能與躍層處營養(yǎng)鹽充足而導(dǎo)致浮游植物富集等因素有關(guān)。

根據(jù)WEqPac-1航段中POC／cp的線性回歸方程（POC=1 243×cp-11.7），可以得到斷面SN的連續(xù)POC剖面。POC剖面分辨率可以達(dá)到CTD一般資料的水平（1 m甚至更高），這比通過大量的海水樣品去分析POC要優(yōu)越的多?？傮w上看，POC和cp斷面的分布模式基本一致。在水體100～120 m范圍內(nèi)存在POC最大層，高于100 mgC／m3。150 m以淺水體POC濃度相對較高，200 m水深的POC含量最低。對真光層（～100 m）水柱而言，斷面西側(cè)（SN-1）區(qū)域的顆粒有機(jī)碳含量高于東側(cè)（SN-2）。

斷面SN上的葉綠素濃度非常低，具有明顯的3層垂直分布結(jié)構(gòu)。表層和次表層的葉綠素a濃度小于0.1 mg／m3。在水深100～150 m存在著一個深層葉綠素最大層（DCM），濃度為0.14～0.36 mg／m3。自150 m往下，葉綠素a濃度驟然降低，一般小于0.02 mg／m3。在斷面SN上，葉綠素濃度深層最大層（DCM）呈現(xiàn)出一種特殊的韻律變化。DCM水深大小相間，其變化軌跡同混合層水深的變化趨勢基本相同，估計可能與浮游植物的光適應(yīng)性有關(guān)。此外，葉綠素a的垂向分布同POC的分布非常相似。

圖4 斷面SN光衰減系數(shù)、顆粒有機(jī)碳和葉綠素a分布Fig.4 Distributions of light attenuation coefficient cp，POC and chlorophyll a along section SN

圖5 對斷面WE上的葉綠素a、光衰減系數(shù)及顆粒有機(jī)碳分布格局作了總結(jié)。圖框邊緣標(biāo)出了斷面WE起始經(jīng)度；位于下圖框邊緣的“↑”指示測量站點(diǎn)對應(yīng)的位置；現(xiàn)場測量時間為北京時間11∶30-13∶30。葉綠素a含量較低，最大不到0.6 mg／m3，其垂向分布呈現(xiàn)出明顯的“低—高—低”分布格局：即上層水體濃度低（＜0.1 mg／m3），向下又升高（0.15～0.6 mg／m3），在水柱下部再次降至最低水平（＜0.03 mg／m3）。斷面西端靠近菲律賓群島，浮游植物含量相對較多，垂向分布（如W151站）具有葉綠素次表層最大層（60 m）和深層最大層（100 m）。沿斷面向東，浮游植物含量逐漸降低；在斷面的最東端，葉綠素濃度最低。在M178，M162，M172，E141和E154處海水有輕微上涌，這會從水柱深層帶入較豐富的營養(yǎng)鹽，從而造成浮游植物富集于真光層底部的現(xiàn)象。

圖5 斷面WE光衰減系數(shù)、顆粒有機(jī)碳和葉綠素a分布Fig.5 Distributions of light attenuation coefficient cp，POC and chlorophyll a along section WE

在WE斷面上，光衰減極小值一般位于水柱表層，為0.05～0.08 m-1。自極小值水深往下，光衰減系數(shù)往往隨著水深而不斷增大（圖5）。這一點(diǎn)同已有的公開資料差別較大［6，7，15］：一般來說，開闊大洋中150 m以深的水體中光衰減作用已經(jīng)非常小。水柱深部水體光衰減系數(shù)異常增大可能是如下2方面因素：一是光活性因子增多，例如物質(zhì)的水平輸運(yùn)作用；二是透光度儀的信號發(fā)生了衰退。通過對WEqPac航次大量光衰減系數(shù)垂直分布的分析，發(fā)現(xiàn)僅僅靠近菲律賓群島的光衰減系數(shù)垂直分布具有類似現(xiàn)象，而透光度儀在工作過程中并沒有表現(xiàn)出任何異常。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們認(rèn)為水柱下部光衰減信號的異常增大應(yīng)該就是物質(zhì)水平搬運(yùn)所致。180 m以淺水層內(nèi)的顆粒光衰減系數(shù)cp基本上都小于0.14 m-1。在靠近陸地一端，水體光衰減作用偏大，尤其是在W158站位附近。

顆粒有機(jī)碳的空間分布同光衰減系數(shù)分布趨勢基本一致?？傮w上WE斷面呈現(xiàn)出明顯的不連續(xù)特征。根據(jù)cp、POC及葉綠素a的相互關(guān)系，我們可以將斷面WE粗略地分為3大部分：1）西區(qū)，具有次表層和深層葉綠素a最大層（75～100 m），且cp和POC在55～100 m具有明顯的極大值，POC含量居中；2）中區(qū)，具有葉綠素a深層水最大層（DCM），葉綠素a的濃度達(dá)到了最高值，POC也達(dá)到了本航次的相對最高值；3）東區(qū)，具有葉綠素a深層水最大層（DCM），但其絕對濃度是該斷面最低的。

2.4 POC／Chl a斷面分布

我們由光衰減推導(dǎo)得到的POC數(shù)據(jù)是指海水顆粒有機(jī)碳，其中包含所有的大于0.7μm的有機(jī)物質(zhì)，如異養(yǎng)菌，微型（nano-）、小型（micro-）和部分微微型（pico-）浮游動植物及碎屑物質(zhì)，還可能會有一些中型浮游動物［27］，其中浮游植物是POC的重要來源。另一方面，POC垂直分布是由光衰減系數(shù)的垂直分布推導(dǎo)而來，中心波長為660 nm的光衰減和散射作用主要是由0.5～20μm的粒子控制［6，28-30］，而這一粒級范圍在低緯度海區(qū)對葉綠素含量貢獻(xiàn)最大，因此我們完全可以對POC和Chla做對比分析。

圖6 斷面SN和斷面WE上POC∶Chla的比值Fig.6 The ratios of POC∶Chla along sections SN and WE

顆粒有機(jī)碳與葉綠素a的比值POC／Chla實(shí)際上是碳或Chla的函數(shù)。SN斷面上的POC／Chla之比介于400～2 000，WE斷面上POC／Chla之比在200～3 500（圖6）。圖6（a）中位于下圖框邊緣的“↑”代表測量位置，數(shù)字表示測量時刻（24 h制）；圖6（b）“↑”代表測量位置，數(shù)字表示站號。對于斷面SN，最低的POC／Chla一般出現(xiàn)于葉綠素最大層或者最大層偏下方。而在表層和次表層水體中，由于碳的單位質(zhì)量濃度升高，造成這里的POC／Chla偏高。斷面WE上POC／Chla最低值處于50～125 m水深范圍內(nèi)，125 m以深處該比值超過1 000。菲律賓海的POC／Chla遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他海區(qū)，如赤道太平洋的POC／Chla比值小于300［6］。

2.5 浮游植物現(xiàn)存量的分析

按照1 m的垂向分辨率，分別計算了兩個斷面上10，30，50，100和150 m水柱的累積浮游植物現(xiàn)存量（單位：mg／m2）。按照同樣的方法，根據(jù)前面分析得到的回歸方程POC=1243×cp-11.7和POC=1415×cp-49，計算得到斷面SN和WE的累積顆粒有機(jī)碳現(xiàn)存量（單位：mgC／m2）。如圖7和8所示，從水柱上部幾十米的累積總量分布情況來看，IChl和IPOC都沒有明顯的變化。圖中橫軸下部的“↑”指出了測量的相對位置；混合層水深（MLD，0.03Δσθ標(biāo)準(zhǔn)）用虛線表示。圖8是測量時間為北京時間11∶30-13∶30。但是100 m和150 m水柱的累積總量則有明顯的波動，并且近岸區(qū)浮游植物現(xiàn)存量高，離岸區(qū)浮游植物存量低。

圖7 斷面SN上的累積浮游植物現(xiàn)存量IChl和累積顆粒有機(jī)碳IPOCFig.7 The accumulative standing crops of phytoplankton（IChla）and of POC（IPOC）along section SN

在2個斷面上，顆粒有機(jī)碳現(xiàn)存量和浮游植物現(xiàn)存量基本上呈現(xiàn)出同步變化趨勢。在斷面SN上，100 m和150 m的IChla和IPOC隨著混合水深的波動而變化：混合水深愈淺，累積總量愈大；混合層增厚時，累積總量相應(yīng)降低。斷面WE上也存在這種浮游植物現(xiàn)存量與混合水深的相關(guān)共變現(xiàn)象。根據(jù)“混合層泵”的作用原理［31］，混合層的振蕩變化是表層水垂向交換的主要動力。表層水中的小型浮游植物粒子沉速較慢，由于混合層的擾動及次生環(huán)流作用可使這些小顆粒在表層水中的滯留時間增長［32-34］。同時，混合層的擴(kuò)張又使那些低濃度的深層水團(tuán)與表層水混合，最終導(dǎo)致粒子濃度的稀釋。

菲律賓海水柱累積葉綠素a和累積顆粒有機(jī)碳具有顯著的線性相關(guān)關(guān)系。SN斷面上的相關(guān)性最為顯著，回歸方程為IPOC=514.98×IChl+828.53，相關(guān)系數(shù)R2=0.92。WE斷面上IPOC和IChl的回歸方程為IPOC=660.17×IChl+556.20，相關(guān)系數(shù)R2=0.776。2個斷面上的顆粒有機(jī)碳現(xiàn)存量同浮游植物現(xiàn)存量之比（IPOC∶IChl）分別為515和660。Gardner等［35］曾對全球海洋POC分布特征作了討論，發(fā)現(xiàn)海洋表層（約30 m）葉綠素a及顆粒有機(jī)碳具有相似的分布變化。根據(jù)他們對西北太平洋海區(qū)的估算分析，IChla約占IPOC的0.2%，這同我們的分析結(jié)果基本一致。

圖8 斷面WE上的累積浮游植物現(xiàn)存量IChl和累積顆粒有機(jī)碳IPOCFig.8 The accumulative standing crops of phytoplankton（IChla）and of POC（IPOC）along section WE

3 結(jié) 論

1）根據(jù)現(xiàn)場觀測的透光度資料，獲得該海區(qū)懸浮顆粒光衰減系數(shù)cp的連續(xù)垂直分布，其關(guān)系式為：cp=c-0.364。

2）根據(jù)分析WEqPac-1航段中的資料，POC同cp之間線性回歸方程為POC=1243×cp-11.7，相關(guān)系數(shù)為R2=0.715；WEqPac-2航段中POC同cp之間線性回歸方程為POC=1415×cp-49，相關(guān)系數(shù)R2=0.77。根據(jù)這2個回歸方程，推導(dǎo)出了菲律賓海高分辨率的POC連續(xù)垂直分布。

3）對菲律賓海兩個大斷面SN和WE上的葉綠素a、光衰減系數(shù)及顆粒有機(jī)碳分布特征做了總結(jié)。SN斷面上部水柱100 m內(nèi)顆粒有機(jī)碳含量比較低，100～120 m范圍內(nèi)存在最大層（高于100 mgC／m3），自150 m往下迅速降低。WE斷面明顯地具有3個不同區(qū)域，每個分區(qū)內(nèi)的POC分布特征差別較大；斷面下部（＞150 m）可能受到外源物質(zhì)的水平搬運(yùn)影響。

4）對2個斷面的POC／Chla比值做了分析，斷面累積浮游植物現(xiàn)存量IChl與顆粒有機(jī)碳現(xiàn)場量IPOC之間線性相關(guān)，這對于海洋初級生產(chǎn)力和碳循環(huán)研究具有重要實(shí)用價值。

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