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高颗粒物浓度的内陆架边缘海颗粒有机碳(ParticulateOrganicCarbon,POC)的动力学和输出通量非常复杂,但其在陆架边缘海碳循环过程中的作用应当也相当关键。黄海作为一个中纬度典型的内陆架边缘海,具有高初级生产力、高沉积速率等生物地球化学特征。而其POC的时空分布、来源特征和主控因子并不清晰,对POC输出通量的了解也相当有限。另外,作为一个高颗粒物浓度海区,其颗粒动力学过程却也知之甚少。
2006年4月,我们对黄海POC、颗粒氮(ParticulateNitriogen,PN)以及总悬浮颗粒物质(TotalSuspendedMaterial,TSM)做了比较全面的调查研究。POC,PN和TSM的浓度范围分别为3.0-26μmolL-1,0.6-4.0μmolL-1和0.4-5.0mgL-1。在空间分布上,黄海POC在南-北及近岸-远岸存在差异。北黄海由于垂直混合较充分,表底层之间差异较小;但在南黄海,由于受浮游植物光合作用以及底部再悬浮的影响,表层POC浓度普遍高于底层。而在远近岸分布上,由于受垂直混合和陆源输入的影响,近岸POC一般是垂直混匀并且高于远岸。但是,POC的最大值却出现在航次期间所发现的水华区(位于南黄海中心,POC浓度为26μmolL-1,PN浓度为3.5μmolL-1)。
虽然,存在着表层浮游植物光合作用的添加和底层再矿化作用的去除,但是黄海POC主要受控于两端员混合,即高POC、低TSM的生源颗粒物质和由底层再悬浮的,并且性质比较均一的高TSM、低POC的颗粒物质的混合。通过对C/N比值,POC/Chla比值的综合分析,并结合文献资料,总体而言,黄海春季POC主要来自浮游植物的现场生产,而底层POC主要来自于表层沉降。
为了进一步研究黄海颗粒物的动力学过程和POC输出通量,我们采用放射性同位素234Th作为示踪手段,改进了MnO2共沉淀方法,使其运用于高颗粒物浓度海区。我们在黄海中心海盆3个站位中(水深约70-80m),采用较高垂直分辨率的采样方法,发现黄海颗粒态和溶解态234Th浓度分别为0.21-0.82dpmL-1和0.13-1.10dpmL-1,其在整个水柱中都是亏损于其母体238U(总态234Th/238U比值为0.18-0.64),并且表底层亏损程度大于中层,主要是由表层浮游植物现场生产和底层再悬浮作用所引起。运用一个简单两箱不可逆模型,我们计算出黄海真光层(0-30m)234Th清除和移出通量分别为1533-1772dpmm-2d-1和1187-1271dpmm-2d-1;此外,我们还估算出溶解态234Th的停留时间为5-10天,颗粒态的停留时间8-12天。这暗示着黄海颗粒物强烈的清除和输出过程,而如此短的停留时间,也为以上“底层POC大多由表层生产并沉降而来”提供了佐证。
黄海真光层(0-30m)的POC输出通量由234Th的通量和悬浮颗粒上的C/Th比值的乘积计算得到,其值为16.2±1.0mmolCm-2d-1至63.8±4.4mmolCm-2d-1,平均值为43.4±2.4mmolCm-2d-1。另外,通过一个简单模型,发现再悬浮作用对黄海中心海盆POC输出通量的估算影响很小。结合文献初级生产力的数据得出,黄海的平均ThE比值为55%。
我们估算出到达黄海沉积物的净POC通量为26.4±1.27-52.0±1.61mmolCm-2d-1,平均值37.3±0.86mmolCm-2d-1,而用210Pb计算出来的最终能进入埋藏的却只有1.75mmolCm-2d-1,这意味着95%以上的进入沉积物的POC在百年尺度上被降解或者输出黄海。
最后,我们通过与低颗粒物的南海北部海盆SEATS(SouthEastAsianTime(-)seriesStudy)站的对比,初步揭示了导致黄海高POC输出通量和高生物泵效率的控制因子可能是黄海较高的初级生产力,较低的细菌生产力及以硅藻占主导的浮游植物群落结构。