海底地下水排放對典型紅樹林藍(lán)碳收支的影響?以廣西珍珠灣為例

王亞麗，張芬芬，陳小剛，李林蔚，王希龍，勞燕玲,3，杜金洲,4

( 1. 華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國家重點實驗室，上海 200241；2. 北部灣大學(xué) 廣西北部灣海洋災(zāi)害研究重點實驗室，廣西欽州 535011；3. 北部灣大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，廣西 欽州 535011；4. 崇明生態(tài)研究院，上海 202162)

1 引言

“藍(lán)碳”是指在植被豐富的沿海生態(tài)系統(tǒng)中固存的碳，尤其是海岸帶的紅樹林、海草床和鹽沼生態(tài)系統(tǒng)[1]。作為地球上最富碳的生態(tài)系統(tǒng)之一，紅樹林在沿海水域的生物地球化學(xué)過程中發(fā)揮著重要作用[2–3]。它可以從大氣中吸收碳，將大量碳儲存在地下，為碳從陸地到海洋的運輸提供重要途徑[4]。許多研究對紅樹林土壤的碳固存率進(jìn)行了量化[5–6]，當(dāng)海水遇到富含有機物的潮間帶沉積物時，土壤呼吸過程被加速，在波浪和潮汐等的作用下，紅樹林的土壤碳呼吸產(chǎn)物仍然容易通過海底地下水排放（Submarine Groundwater Discharge，SGD）或孔隙水交換輸出到沿海水域[7–8]。SGD是指在不考慮水體成分和驅(qū)動力的情況下，通過陸海界面由海底排放到近岸海域的所有水流，它包括陸源淡水和再循環(huán)海水[9–10]。微生物作用、與沉積物成分反應(yīng)等生物地球化學(xué)作用可以使溶解無機碳（Dissolved Inorganic Carbon，DIC）和溶解有機碳（Dissolved Organic Carbon，DOC）等在沿岸地下水中富集[9–13]，在某些封閉或半封閉海灣，SGD攜帶的碳通量與沿岸河流輸入相當(dāng)，甚至可能超過河流[14–15]，使SGD成為溶解碳由陸向海輸出的主要途徑之一，影響河口和海灣環(huán)境的碳循環(huán)[16–17]。紅樹林區(qū)域SGD輸送的DIC和DOC通量是其生態(tài)系統(tǒng)藍(lán)碳收支源項中重要但被忽視的組成部分，并且可能對紅樹林生態(tài)系統(tǒng)中藍(lán)碳收支的匯項評估產(chǎn)生重要影響[7–8]。如Maher等[7]指出摩爾頓（Moreton）灣紅樹林系統(tǒng)中93%～99%的DIC和89%～92%的DOC輸出是由SGD驅(qū)動。在廣西茅尾海紅樹林海灣，SGD輸送的DIC和DOC通量至少是沿岸河流輸入的兩倍，占茅尾海DIC和DOC總來源的70%以上[8]。相比于美國和澳大利亞[7,12,14–15]，國內(nèi)也開展了一些紅樹林SGD的研究，但主要集中在營養(yǎng)鹽通量的工作，對于碳的關(guān)注較少[18–20]。

廣西珍珠灣灣內(nèi)有著中國大陸海岸紅樹林連片面積最大的海灣紅樹林[21]，有關(guān)SGD輸出的碳通量還未見報道。本文基于222Rn的質(zhì)量平衡模型，估算了SGD的速率及其攜帶的DIC和DOC通量，并對珍珠灣溶解碳的源匯收支進(jìn)行評估，以期對典型紅樹林區(qū)域藍(lán)碳收支循環(huán)提供基礎(chǔ)的科學(xué)數(shù)據(jù)。

2 采樣區(qū)域和方法

2.1 研究區(qū)域

珍珠灣位于廣西防城港市防城區(qū)（圖1），海灣呈漏斗狀，口門西起萬尾島的東沙頭，東至江山半島的白龍臺，南部開口與北部灣相連，口門寬約3.5 km，海岸線長46 km，海灣面積94.2 km2。珍珠灣的潮汐類型以正規(guī)全日潮為主，多年平均潮差2.2 m，最大潮差5.1 m。珍珠灣屬于熱帶海洋季風(fēng)氣候，年平均氣溫22.5℃，年平均降雨量為2220 mm[22]。港灣主要有江平江注入，年平均徑流量為7.67億m3。珍珠灣是國家級紅樹林生態(tài)系統(tǒng)自然保護區(qū)北侖河口保護區(qū)的重要區(qū)域之一，灣內(nèi)有著中國大陸海岸紅樹林連片面積最大的海灣紅樹林。該地區(qū)有紅樹林10.68 km2，占北侖河口保護區(qū)紅樹林面積的83.8%[21]。

圖1 研究區(qū)域（a），采樣站位（b）和連續(xù)觀測站現(xiàn)場圖（c）Fig. 1 Study area (a), sampling stations (b), and the continuous monitoring system in the field (c)

2.2 研究方法

2.2.1222Rn的連續(xù)觀測

本研究選取珍珠灣內(nèi)蠔排建筑作為表層海水中222Rn活度連續(xù)觀測站（TS，21°33′28.5″N，108°09′29.6″E，圖1c）。連續(xù)觀測時間從2019年1月19日10:50到1月20日15:20，海水通過固定在水面下0.5 m左右的潛水泵不斷泵入RAD-AQUA系統(tǒng)中，兩個串聯(lián)的RAD7探測器每30 min自動獲取一次計數(shù)（圖1c），以減小隨機誤差的影響。與此同時，溫度、鹽度等參數(shù)由放置在潛水泵附近的多參數(shù)水質(zhì)測量儀（TROLL 600，Aqua）每15 min自動獲取數(shù)據(jù)，水深和風(fēng)速（DCFM8906，General Tools & Instruments）每小時手動測量。當(dāng)水氣平衡后，通過將氣相中222Rn活度與水/空氣分配系數(shù)α相乘得到海水中222Rn活度，計算過程如下：

式中，Cg?t為t時刻氣相中222Rn活度，該值由RAD7儀器直接導(dǎo)出；Ct為t時刻海水中222Rn活度（單位：Bq/m3），α為222Rn在水/空氣的分配系數(shù)，與鹽度和溫度有關(guān)[23]，計算過程如下：

式中，T表示水溫（單位：K），β為Bunsen系數(shù)，它是溫度和鹽度的函數(shù)，計算過程詳見Schubert等[23]文章中的方程（3）。

2.2.2 地下水和河水中222Rn的采集和測定

本研究共采集間隙水（PW）4個，井水（GW）和河水（RW）各1個（圖1b），采樣信息詳見表1。用Pushpoint采樣器在0.5～1.5 m深度通過溢流法將間隙水緩慢注入250 mL玻璃瓶中，防止222Rn逃逸到空氣中[8,20,24]。井水和河水樣品通過有機玻璃采水器采集，將裝滿水樣的采水器底部的蠕動管插入氡瓶底部，同樣用溢流法收集。采集于250 mL玻璃瓶中的222Rn樣品通過RAD7測氡儀（Durridge）及其RAD AQUA配件完成分析。

2.2.3226Ra的富集與分析

222Rn連續(xù)監(jiān)測期間每隔3 h采集水樣50 L進(jìn)行226Ra分析，將水樣以小于1 L/min的流速通過錳纖維柱，使Ra充分富集到錳纖維上，用Milli-Q水洗去顆粒物和鹽分，控制含水量約為75%[25]，然后將錳纖維柱密封保存大于20 d，確保222Rn及其子體與226Ra達(dá)到平衡，利用RAD7進(jìn)行測量[26]。為了提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，測量時間設(shè)置在10 h以上。

表1 珍珠灣沿岸地下水和河水的鹽度，222Rn活度，DIC和DOC濃度Table 1 The salinity, 222Rn activities, DIC and DOC concentrations in groundwater and river water collected along the coast of the Zhenzhu Bay

2.2.4 沉積物平衡實驗

將低潮時在連續(xù)觀測站點附近采集海底沉積物100 g和500 mL海水置于錐形瓶密封，培養(yǎng)30 d以確保沉積物間隙水中的222Rn和上覆水中的222Rn達(dá)到平衡[27]，然后將上覆水轉(zhuǎn)移到250 mL玻璃瓶并用RAD7測氡儀立刻進(jìn)行測量，從而估算222Rn從沉積物向上覆水的擴散通量。

2.2.5 DIC和DOC樣品的采集和測定

表層海水（每隔3 h一次），地下水和河水等均采集DIC和DOC樣品，樣品現(xiàn)場處理，冷凍保存后帶回實驗室分析。DIC樣品通過UIC庫倫儀測量，DOC樣品通過總有機碳分析儀（TOC-VCPH，島津）進(jìn)行測定[8]。

圖2 沿海地區(qū)SGD通量的222Rn質(zhì)量平衡模型Fig. 2 The conceptual model of the 222Rn mass balance used to estimate submarine groundwater discharge in coastal zones

2.2.6222Rn質(zhì)量平衡模型

222Rn的質(zhì)量平衡模型如圖2所示，通過計算近岸水體中222Rn所有的源項和匯項得到222Rn的SGD通量。222Rn在水體中的質(zhì)量平衡方程如下[20,29]（式中所有源匯項的單位均為Bq/(m2·h)）：

式中，F(xiàn)riv和FSGD分別表示河流和SGD的輸入，F(xiàn)226和Fsed分別表示溶解態(tài)226Ra和沉積物擴散的貢獻(xiàn)，F(xiàn)in和Fout分別表示漲潮時外海水的輸入和退潮時灣內(nèi)海水的輸出，F(xiàn)dec和Fatm分別表示自身放射性衰變和大氣逃逸的損失，F(xiàn)mix表示與近海低濃度水域混合損失，ΔF表示相鄰兩個時間段222Rn庫的差異。

式中，Δt是時間間隔（單位：h），I是222Rn庫存，定義為222Rn活度（單位：Bq/m3）和水深H（單位：m）的乘積。

式中，A222（t）和H（t）分別表示t時刻222Rn活度和水深。

通過將FSGD除以地下水端元中222Rn活度，計算得到SGD速率（單位：m/d）：

3 結(jié)果

3.1 潮周期內(nèi)表層海水中222Rn活度及其DIC、DOC濃度變化規(guī)律

在我們的連續(xù)觀測期間，表層海水的溫度、鹽度、水深和222Rn活度變化如圖3a所示。其中，溫度變化范圍為15.2～17.4℃，由于太陽輻照，海水較高溫度主要出現(xiàn)在12:00?16:00。鹽度的變化范圍為14.1～30.4，漲潮時鹽度從14.1增長到30.4，退潮時鹽度從30.4下降到17.7。222Rn的活度范圍為50～403 Bq/m3（平均值：（151±84） Bq/m3），漲潮時活度降低，退潮時活度增加。表層海水中DIC和DOC濃度的變化范圍分別為0.79～1.41 mol/m3和0.09～0.13 mol/m3。222Rn活度和DOC濃度與水位呈負(fù)相關(guān)，表明明顯受潮汐驅(qū)動的DOC濃度低的外海水與DOC濃度高的河水及SGD輸入混合為主要因素。而DIC與水位趨勢大致一致，表明可能存在其他來源，如海灣附近的貝類養(yǎng)殖以及可能存在碳酸鹽巖基質(zhì)，漲潮時被外海水帶入灣內(nèi)。在其他紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)SGD中也觀察到了相似的變化趨勢[15,30]。

圖3 連續(xù)觀測期間222Rn活度、溫度、鹽度、DIC和DOC濃度及水深隨時間變化Fig. 3 Temporal variation of 222Rn activities, temperature, salinity, DIC and DOC concentrations versus water depth during the time series observation

3.2 地下水和河水中222Rn活度及其DIC、DOC濃度

珍珠灣沿岸地下水和河水的各參數(shù)如表1所示。地下水的鹽度變化范圍為0.3～28.8，222Rn活度范圍為1.06×103～8.05×103Bq/m3，平均活度（3.23±2.89）×103Bq/m3，地下水中222Rn活度顯著高于表層海水和河水，表明SGD是珍珠灣222Rn的重要來源。地下中DIC和DOC的平均濃度分別為（1.39±0.60） mol/m3和（0.11±0.06） mol/m3，遠(yuǎn)高于河水中DIC（0.13 mol/m3）和DOC濃度（0.08 mol/m3）。

3.3 珍珠灣222Rn的源匯

3.3.1 河流輸入

廣西區(qū)域內(nèi)河流的徑流主要由降雨補給，徑流分布變化與降雨分布變化基本一致，汛期（4?9月）徑流量約占全年徑流量的75%～85%[31]。江平江年平均徑流量為7.67億m3，與江平江最近的防城港市在采樣季節(jié)降雨量約占全年降雨量的20%（http://tjj.gxzf.gov.cn/tjsj/tjnj/2019/indexch.htm），因此計算出采樣期間河流徑流量為9.73 m3/s。將河流流量與鹽度接近零時河水中222Rn的活度相乘計算得到Friv為（0.24±0.04） Bq/（m2·h）。

3.3.2 潮汐輸送

海水中222Rn活度受潮汐強烈的影響，222Rn在落潮時隨海水從灣內(nèi)向外輸送，反之，漲潮時隨著海水進(jìn)入灣內(nèi)水體。由潮汐遷移控制的222Rn通量可由下式計算[29]：

式中，Ht+Δt和Ht分別是t+Δt和t時刻的水深，Cw和Coff分別表示水柱中222Rn的平均活度和外海水中222Rn的活度，Ct是連續(xù)觀測期間每個時間間隔下水體中222Rn的活度，b是回流因子，Δt是時間間隔。

根據(jù)一個潮周期內(nèi)222Rn的連續(xù)觀測，灣內(nèi)水體中222Rn的平均活度為（151±84） Bq/m3?；贛oore等[32]的假設(shè)，b值可近似看作水體中外海水端元在研究區(qū)域內(nèi)的貢獻(xiàn)比例，可近似處理為表層海水鹽度的平均值22.4除以外海水鹽度30.4[33]，因此b=0.74。以最高潮時水體中222Rn活度50 Bq/m3代表外海222Rn活度值，根據(jù)式（7）和式（8），F(xiàn)in和Fout分別為3.74～49.90 Bq/(m2·h)和1.96～75.54 Bq/(m2·h)。

3.3.3 大氣逃逸

222Rn是一種微溶于水的氣體，當(dāng)兩相處于不平衡狀態(tài)時，可以在水?空氣界面上交換。大氣逃逸通量（Fatm）可以由下式描述[34]：

式中，k是氣體傳輸速度（單位：m/s），由示蹤實驗所得經(jīng)驗公式確定[34–35]。Cw和Cair分別是水體和空氣中222Rn的活度。水?空氣界面的擴散通量Fatm主要受氣體輸送速度k和222Rn活度變化的影響。本次連續(xù)觀測過程中風(fēng)速均在1 m/s左右，當(dāng)風(fēng)速小于1.5 m/s時，k為常數(shù)0.91 cm/s[35]，基于式（9），本研究中Fatm變化范圍為0.49～3.18 Bq/(m2·h)。

3.3.4 海底沉積物擴散通量

222Rn通過沉積物–水界面的擴散通量（Fsed）可以由下式獲得[27]：

式中，λ是222Rn的衰變常數(shù)（0.181 d?1），φ是海底沉積物孔隙率，Dm是分子擴散系數(shù)，Ceq是由平衡實驗得到的海底沉積物孔隙水中222Rn的活度，C0是上覆水中222Rn的活度，其值為實驗觀測期間海水活度的實測值，T是水溫（單位：°C）。海底沉積物的平均孔隙率φ是0.38，Dm變化范 圍 為1.02×10?5～1.15×10?5cm2/s，沉積物平衡實驗結(jié)束時水體中222Rn的活度為（236±60） Bq/m3，計算得到沉積物孔隙水中222Rn的活度為（7453±1895） Bq/m3[36]。基于式（10）得到Fsed的變化范圍是0.74～0.77 Bq/(m2·h)。

3.3.5 水體中溶解226Ra貢獻(xiàn)來自溶解226Ra支持的222Rn通量F226可由下式計算：

連續(xù)觀測中226Ra活度變化為3.41～8.18 Bq/m3，因此226Ra貢獻(xiàn)為0.04～0.18 Bq/(m2·h)。

3.3.6222Rn衰變損失根據(jù)衰變方程，222Rn衰變損失量可按下式計算：

與222Rn半衰期相比（3.83 d），由于測量時間間隔較小，通過計算Fdec變化范圍也較小為8.47×10?3～3.07×10?2Bq/(m2·h)，通?？梢院雎圆挥嫛?/p>

3.3.7 混合輸入和SGD貢獻(xiàn)的222Rn

我們定義通過河流輸入，潮汐遷移，大氣逃逸，沉積物擴散，溶解態(tài)226Ra貢獻(xiàn)和222Rn放射性衰變校正后剩余的222Rn為凈222Rn通量（Fnet），它應(yīng)由SGD通量（FSGD）和混合損失（Fmix）來平衡。我們將Fnet的最大負(fù)值（圖4中所示的虛線）作為相鄰時間間隔的混合損失通量Fmix[28,35]，這種情況下Fmix是保守估算的，因此，F(xiàn)mix為5.93～150.44 Bq/(m2·h)。SGD貢獻(xiàn)的222Rn通量為Fnet與Fmix之和，保守估計通過SGD的222Rn通量為

0～168 Bq/(m2·h)。

圖4 連續(xù)觀測期間222Rn的凈通量Fnet（灰色柱狀圖）和混合損失Fmix（藍(lán)色虛線）隨時間變化Fig. 4 Net 222Rn flux (rectangles) and mixing loss of 222Rn(dotted line) versus time based on continuous 222Rn observation

珍珠灣的222Rn質(zhì)量平衡如表2所示，其中枯季222Rn源項中SGD輸入、漲潮時輸入、沉積物擴散、河流輸入和母體226Ra貢獻(xiàn)分別占總來源的61.63%、37.00%、0.95%、0.30%和0.11%；而匯項中混合損失、退潮時輸出、大氣逃逸和自身衰變損失分別占比55.24%、43.27%、1.47%和0.02%。

4 討論

4.1 珍珠灣SGD速率的估算

地下水端元的選取是地下水示蹤研究的一個重要步驟，同時也是估算SGD速率不確定度的主要因素[37]。在先前的研究中，一些區(qū)域地下水排放以沉積物緩慢滲流為主導(dǎo)過程，間隙水中222Rn的活度作為端元有利于SGD的估算[29,38]；一些研究為保守估計，將離連續(xù)站較近的222Rn活度更高的井水作為端元[39]；也有研究將離岸較近的淺層井水和潮間帶間隙水均作為端元[8,20]。本研究中，潮間帶間隙水活度在1064～3565 Bq/m3之間，井水活度較高為8050 Bq/m3。沿岸地下水中222Rn活度變化較大的原因可能與離海岸線的距離、取樣深度、地質(zhì)基質(zhì)和高度動態(tài)含水層系統(tǒng)有關(guān)[20]。本文將離岸較近的井水和潮間帶間隙水均作為地下水端元，通過式（6）計算得出珍珠灣SGD平均速率為（0.36±0.36） m/d。表3歸納了世界其他區(qū)域紅樹林生態(tài)系統(tǒng)SGD的相關(guān)研究數(shù)據(jù)，總體上來看，我們的計算結(jié)果在全球報道的范圍之內(nèi)（0.03～0.47 m/d），但處于較高的水平。在紅樹林生態(tài)系統(tǒng)中SGD主要是再循環(huán)海水主導(dǎo)[3,42]，再循環(huán)海水主要受潮汐和波浪的控制[43]。本研究采樣期間潮差較大（約4 m）可能是珍珠灣SGD速率較高的原因之一，因較大的潮差可以在更寬的時空尺度上驅(qū)動海水進(jìn)入海岸含水層中，該過程會產(chǎn)生一定水力梯度，進(jìn)而驅(qū)動SGD及其相應(yīng)的物質(zhì)輸送到近海海域[44]。此外，Santos等[45]發(fā)現(xiàn)SGD速率與連續(xù)觀測期間222Rn的平均活度呈正相關(guān)，即連續(xù)觀測期間222Rn的平均活度越高，SGD速率越大。珍珠灣連續(xù)觀測期間222Rn平均活度為（151±84） Bq/m3，遠(yuǎn)高于其他紅樹林的觀測結(jié)果，例如芹耶縣（Can Gio）紅樹林小溪[40]（（22±10） Bq/m3）和茅尾海[8]（（43±26） Bq/m3）等，這也可能是珍珠灣SGD速率較大的原因。

4.2 珍珠灣SGD攜帶的DIC和DOC通量

為了評估SGD輸送到珍珠灣的DIC和DOC通量，我們將SGD速率（或通量）和地下水端元中DIC和DOC濃度的平均值相乘來估算。進(jìn)入海灣的SGD通量的大小為SGD速率和海灣的滲流面積的乘積。嚴(yán)格地說，在任何地方進(jìn)行的單點觀測結(jié)果都不能代表整個海灣[39]。由于觀測站距海岸1.05 km，因此假定滲流區(qū)的寬度約為1.05 km，海岸線長度約為46 km，滲流面積約為48.3 km2，由此計算得SGD通量為1.74×107m3/d，相當(dāng)于河流總輸入量的約21倍。地下水端元中DIC和DOC的濃度范圍分別為0.82～2.37 mol/m3和0.06～0.19 mol/m3，經(jīng)計算，SGD輸送的DIC和DOC通量分別為1.39×107～4.12×107mol/d和1.04×106～3.31×106mol/d，平均值分別為（2.41±2.63）×107mol/d[（0.50±0.54）mol/(m2·d)]和（1.96±2.20）×106mol/d[（0.04±0.05）mol/(m2·d)]。從表3可以看出，珍珠灣SGD攜帶的DIC和DOC通量的大小在世界其他紅樹林生態(tài)系統(tǒng)報道的范圍之內(nèi)[DIC：0.01～0.70 mol/(m2·d)；DOC：0.008～0.54 mol/(m2·d)]。與此同時，河流輸入的DIC和DOC通量估算為1.10×105mol/d和6.98×104mol/d，SGD攜帶的DIC通量和DOC通量保守估計分別約是河流輸入的126倍和14倍以上。類似現(xiàn)象在其他地區(qū)也有相關(guān)報道[8,14]。如Stewart等[14]估算出SGD輸入到莫雷頓灣的DIC和DOC通量分別是當(dāng)?shù)睾恿鞯?0倍和38倍；Chen等[8]報道SGD輸入茅尾海的DIC和DOC通量分別是當(dāng)?shù)睾恿鞯?～11倍和2～6倍。

表2 2019年1月珍珠灣222Rn的源匯收支Table 2 The sources and sinks of 222Rn in the Zhenzhu Bay during January 2019

表3 全球典型紅樹林生態(tài)系統(tǒng)SGD速率及其攜帶的DIC和DOC通量Table 3 SGD rates and associated DIC and DOC fluxes from previous study in typical mangroves ecosystems worldwide

4.3 SGD對珍珠灣溶解碳收支的貢獻(xiàn)

根據(jù)廣泛用于近岸生態(tài)系統(tǒng)中各生源要素收支平衡的箱式模型[46]，珍珠灣DIC和DOC收支可表示如下[8,47]：

式中，ISGD、Iriv、Idiff分別表示DIC源項中SGD、河流和沉積物擴散的輸入，OSGD，Oriv，Odif分別表示DOC源項中SGD河流和沉積物擴散的輸入。Imix表示DIC匯項中混合損失的部分，Omix表示DOC匯項中混合損失的部分，Isea-air和Ibio分別是指DIC匯項中從地表水排放到大氣的CO2和各生物過程對DIC的利用，Opro和Orem分別表示DOC源項中初級生產(chǎn)力的輸入和DOC匯項中水生動物養(yǎng)殖、微生物降解和顆粒清除等，每一項單位均為mol/d。Cin和Cout分別表示灣內(nèi)和灣外海水中DIC和DOC的平均濃度（單位：mol/m3），V是珍珠灣水體體積（單位：m3），Tf為平均沖刷時間（單位：d）。

珍珠灣沿岸地下水中DIC濃度（0.82～2.37 mol/m3）在世界其他紅樹林研究區(qū)域報道的濃度范圍之內(nèi)（0.74～13.80 mol/m3）[8]，利用全球紅樹林沉積物DIC擴散速率的平均值49 mmol/(m2·d)[5]得到珍珠灣沉積物擴散的DIC通量為2.37×106mol/d。地下水中DOC濃度與Oh等[17]報道的地下水中DOC濃度范圍相似（0.10～0.18 mol/m3），因此利用其文章中的DOC擴散速率2.30 mmol/(m2·d)得到珍珠灣沉積物擴散的DOC通量為1.11×105mol/d。沉積物擴散的通量分別僅占SGD輸入DIC和DOC通量的10%和6%。北部灣北部近岸淺水區(qū)1月份的初級生產(chǎn)力為1.43 mmol/(m2·d)[48]，假設(shè)所有初級生產(chǎn)力最終都轉(zhuǎn)化為DOC，那么珍珠灣初級生產(chǎn)力產(chǎn)生的DOC通量為6.91×104mol/d。

珍珠灣1月份DIC和DOC平均濃度分別為1.11 mol/m3和0.11 mol/m3，灣外海水DIC和DOC平均濃度分別為1.06 mol/m3[8]和0.09 mol/m3，珍珠灣水體體積為7.16×108m3，根據(jù)經(jīng)典的納潮量法[49]估算得到平均沖刷時間7.53 d，因此，由式（16）可以得到珍珠灣枯季DIC和DOC混合損失分別為4.75×106mol/d和1.90×106mol/d。該區(qū)域表層海水向大氣排放CO2速率為1.4～7.5 mmol/(m2·d)，平均值為3.9 mmol/(m2·d)[50]，因此，珍珠灣水域向大氣排放CO2通量為1.88×105mol/d。根據(jù)式（14）和（15），Ibio和Orem分別為2.17×107mol/d和3.13×105mol/d。

從珍珠灣DIC和DOC各來源中可以看出（圖5），SGD輸送的DIC和DOC分別占總DIC來源和總DOC來源的91%和89%，是珍珠灣DIC和DOC的主要來源，對近海碳庫有重要貢獻(xiàn)。海岸帶系統(tǒng)的碳通過多界面過程交換、傳輸以及轉(zhuǎn)化，從而決定海岸帶系統(tǒng)的碳庫收支[51]。Chen等[8]總結(jié)全球數(shù)據(jù)得到通過紅樹林間隙水輸出的碳相當(dāng)于河流排放的約30%，因此，這部分受潮汐等影響產(chǎn)生的碳交換是碳匯的重要但卻易被忽視的組成部分，是藍(lán)碳匯估算中的主要誤差和挑戰(zhàn)之一[52]。這部分碳作為近海海域最主要的有機和無機碳源，可能會對近海區(qū)域碳周轉(zhuǎn)、碳埋藏速率的評估產(chǎn)生重要影響，從而影響海岸帶的生物地球化學(xué)循環(huán)過程[53]。

圖5 珍珠灣DIC（a）和DOC（b）收支Fig. 5 DIC (a) and DOC (b) budgets in the Zhenzhu Bay

5 結(jié)論

珍珠灣作為我國典型的紅樹林海灣，灣內(nèi)有大面積的國家級紅樹林自然保護區(qū)。本論文利用222Rn質(zhì)量平衡模型估算了珍珠灣SGD速率及其攜帶的碳通量，并對珍珠灣的碳收支進(jìn)行了計算。結(jié)論如下：

（1）珍珠灣SGD速率為（0.36±0.36） m/d，通過SGD輸入珍珠灣的DIC和DOC通量分別為（2.41±2.63）×107mol/d和（1.96±2.20）×106mol/d。

（2）SGD攜帶的DIC和DOC分別占珍珠灣總DIC和DOC來源的91%和89%，是珍珠灣DIC和DOC的主要來源。

（3）對紅樹林藍(lán)碳收支評估時應(yīng)加以考慮SGD的貢獻(xiàn)，海岸帶系統(tǒng)藍(lán)碳通過SGD的輸送可能會對近海區(qū)域的碳周轉(zhuǎn)、碳埋藏速率等產(chǎn)生重要影響。