北黄海南部近岸与中部远岸海域季节性酸化现象的对比研究

论文摘要

大气CO2浓度升高引起的海洋酸化破坏海洋生物多样性和生态系统健康,已成为严重影响和威胁人类社会发展的重大环境问题。北黄海是西太平洋的高生产力陆架浅海,在其临近山东省和辽宁省的海域里分布着大量贝类、刺参等海产品养殖产业。早期研究表明,从春季到秋季北黄海次表层水发生快速的海水酸化现象,这可能对该海域中对海水酸化敏感的贝类等钙化生物造成严重影响。本研究旨在进一步评估北黄海海水酸化的时空变异特征及调控机制,为预测未来30年海洋酸化的生态效应提供认识基础。作者搜集了 2017年春季至秋季（5月至9月）北黄海南部近岸海域——烟台市牟平海洋牧场,及同年秋季至冬季（9月、10月和12月）北黄海中部海域的溶解氧和碳酸盐体系观测资料,通过对比分析两个海域的季节性酸化状况,深入研究近海季节性酸化现象的区域及调控因子差异。结果表明两区域底层水季节性酸化的主要驱动因素都是群落呼吸作用使得有机物分解产生大量的CO2加强水体酸化,在近岸海域,夏季水体酸化状况还受降雨稀释和钙化作用的影响,而在中部海域,秋季冷水团内存在较明显的碳酸钙净溶解过程。为了便于产业界利用常规监测数据提取（对于正确理解海水酸化生态效应十分关键的）海水文石饱和度(ΩΩarag)信息,作者综合考虑大气C02上升、群落呼吸作用和稀释作用造成的区域水体酸化效应,建立了将北黄海Ωarag与海水温度、盐度、溶解氧和冬季大气CO2浓度联系起来的机理模型。对于北黄海中部海域,该模型的表达式为:Ωarag=0.00885×[（61.745×盐度 +320）-（DIC冬季+106/138×AOU）]+0.46;对于北黄海南部近岸海域,该模型的表达式为:Ωarag=0.00961×[73.288×盐度-（DIC冬季+106/138×AOU）]+ 0.52,其中DIC季是每年初与大气平衡的溶解无机碳,AOU是表观耗氧量。用北黄海两个区域温跃层以下的大批量数据检验的结果表明,由溶解无机碳和总碱度计算所得的Ωarag值与估算Qarag值吻合较好,标准偏差均为0.15（对于北黄海中部海域,n=237;对于北黄海南部近岸海域,n=99）,这表明本文建议的机理模型可应用于产业界通过常规监测的温、盐、溶解氧数据推测北黄海不同区域次表层水 Ωarag的动态变化。这种研究思路同样适用于具有类似物理和生物地球化学环境的其他沿海系统。作者还结合历史数据量化了北黄海冷水团春季到秋季发生快速酸化的驱动因素,结果表明,从春季到夏季,群落呼吸、温度变化和钙化作用对Ωarag下降值(△Ωarag)的贡献分别是84士 9%、-13± 10%和30± 16%,而从夏季到秋季,群落呼吸、温度变化和碳酸钙溶解对△Ωarag的贡献则为103%,1%和-5%。相应地,春季到夏季群落呼吸、温度变化和钙化作用对pH下降值（△pH）的贡献分别是50±23%,39±23%和13±4%,而夏季到秋季群落呼吸、温度变化和碳酸钙溶解对△pH的贡献则达110%,-5%和-5%。通过计算北黄海冷水团的净钙化速率,探讨其与Qarag之间的关系,发现北黄海冷水团的净钙化速率与Qarag之间存在正相关关系,从生态系统净钙化向碳酸钙净溶解转化的临界阈值是Ωarag1.5～1.6。而实测数据表明,北黄海冷水团在夏、秋季积累群落呼吸产生的C02,造成表层以下很大范围的海水Qarag达不到1.5,从而严重威胁贝类等底栖钙化生物的生长和发育。作者预测,到本世纪中叶大气CO2全球平均水平升高至500 μmol/mol时,北黄海中部海域表层以下的Ωarag将全年低于1.5,底栖生态系统和周边贝类养殖业遭受海洋酸化重大生态灾害影响的风险极大。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李成龙

导师: 翟惟东

关键词: 碳酸盐体系,近海酸化,文石饱和度,北黄海

来源: 山东大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 海洋学,环境科学与资源利用

单位: 山东大学

分类号: X55

总页数: 79

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