海洋碳循環(huán)及其生物地球化學過程研究進展

海洋碳環(huán)的生物化合環(huán)過程是影響全球變化的重要控制因素。在接下來的10a中，隨著國際igbp計劃jgogs、globec和solas的實施，這方面的研究取得了很大進展。海洋碳環(huán)生物化合環(huán)的生物化合環(huán)生物化合過程是一種罕見的系統(tǒng)理解，尤其是對海洋吸收大氣二氧化碳機和海陸泵的定量理解和理解。本文主要闡述1998-2002年期間中國海洋碳循環(huán)及其生物地球化學過程研究的主要進展,包括3個部分:(1)海-氣二氧化碳通量過程;(2)海水中碳及其生物地球化學循環(huán);(3)入海河流流域土壤和沉積物在海洋碳循環(huán)中的作用。1海洋碳循環(huán)的全球格局海洋是地球上最大的一個碳庫,其總體是大氣CO2的匯。據(jù)最新的估算,整個海洋含有的碳達到3.9×1013t,約為大氣7.5×1011t的53倍。目前,人類每年排入大氣中的二氧化碳以碳計為5.5×109t,有約2.0×109t被海洋吸收,占總排放量的35%,陸地生態(tài)系統(tǒng)吸收占13%,為0.7×109t。也就是說海洋與陸地容納了近一半人類排放的二氧化碳,另外的50%被釋放到大氣中,海洋在緩和二氧化碳溫室效應方面的作用是不言而喻的,所以,它對于全球氣候變暖趨勢的影響具有重要的意義。研究海洋碳循環(huán)生物地球化學過程,是研究海洋碳循環(huán)和全球氣候變化的基礎和關鍵,也是21世紀國際海洋學的重要任務之一。海洋儲有的碳主要以無機碳的碳酸鹽(CO32-)和碳酸氫鹽(HCO3-)的形式存在。一般海水中TCO2約為2mmol/kg,比溶解有機碳含量高一個數(shù)量級,比顆粒有機碳也高很多。海洋對大氣CO2的匯以及大氣圈和海洋之間碳的變換量在很大程度上取決于混合層碳酸鹽化學、水中溶解碳的平流傳輸,CO2通過海-氣界面的擴散、海洋生物生產(chǎn)及其所產(chǎn)生的有機碳的沉降以及沉積物-海水界面附近碳酸鹽的溶解與沉淀等。現(xiàn)在已經(jīng)建立和發(fā)展了多種海洋碳子模型以對CO2的匯進行估測。采用廂式模型和普通環(huán)流模型對20世紀80年代海洋碳匯的估算為1.2～2.4GtC/a,普遍接受的值為2.0GtC/a。海洋生態(tài)系統(tǒng)通過生物泵的作用驅(qū)動大氣CO2進入海洋,在表面混合層中,由于生物的光合作用,CO2不斷被轉(zhuǎn)化成有機碳和生物碳酸鹽,并進一步從表層CO2向深層轉(zhuǎn)移,這是海洋碳循環(huán)的主要途徑。要深入了解全球碳循環(huán)的過程,首先應了解海洋表層水中CO2及其界面上的海-氣分壓差(△PCO2)是如何變化的。邢如楠用一個考慮了生物泵的三維全球海洋碳循環(huán)模式,來研究海-氣界面的二氧化碳通量,該模式假設海水與海-氣界面上一個CO2充分混合的大氣箱進行CO2交換,結果是模式積分1200a達到準穩(wěn)定態(tài)的海水總CO2、堿度、溶解氧濃度、表層新生產(chǎn)力、海-氣分壓差等的分布與實測值接近。考慮生物泵情況下,海洋吸收大氣中的CO2為42%,而不考慮生物泵的情況下,為7%,表明海洋生物過程在海洋吸收大氣中CO2的能力上起重要作用。考慮生物泵的三維全球海洋碳循環(huán)模式模擬熱帶太平洋表層水TCO2對ElNin?n?o事件和LaNin?n?a事件的響應,發(fā)現(xiàn)無論是在哪個時期,海-氣界面上的變化與表層水SST的變化是一致的,并且在西北太平洋和赤道中東太平洋的變化相反。ElNin?n?o爆發(fā)期,西北太平洋表層水為大的負距平,△PCO2也為負距平;在ElNin?n?o強盛期,西北太平洋上TCO2和△PCO2增加,赤道中太平洋則減少。在LaNin?n?a期間,TCO2和△PCO2的變化在這兩個海區(qū)都與ElNin?n?o強盛期相反?？梢?海-氣界面上的變化直接影響著海洋對大氣中CO2的吸收與大氣中CO2的含量,進一步影響全球的氣候變化。因此,包括海洋生物泵在內(nèi)的海洋碳循環(huán)過程是全球氣候變化的重要組成部分。金心等用三維碳循環(huán)模式和一個簡單的生物圈模式計算預測了IPCC(政府間氣候變化委員會)未來大氣CO2海洋和生物圈的吸收情況。結果表明,為了使大氣中CO2達到穩(wěn)定,必須減少排放。在穩(wěn)態(tài)條件下海洋吸收人為CO2的能力減小。張遠輝等研究發(fā)現(xiàn),冬季東海海域和臺灣海峽是CO2的匯,而夏季臺灣海峽則表現(xiàn)為CO2弱的源。宋金明等1用室內(nèi)模擬的方法獲得了溫帶海表層海水溫度與表層海水二氧化碳分壓的關系,其統(tǒng)計關系為PCO2=6.62T+221.03,與實測PCO2誤差小于±4.5%。用表層海水溫度和大氣二氧化碳分壓資料,第一次獲得了渤黃東海海-氣界面二氧化碳通量的季節(jié)分布變化特征和該海域碳的源匯的強度。在渤海、北黃海、南黃海、東海4個區(qū)域的春季和冬季均是海水吸收大氣中的二氧化碳,在量值上冬季遠大于春季,夏季4個區(qū)域皆是海水向大氣釋放二氧化碳,秋季最為復雜,渤海與北黃海是吸收二氧化碳,而南黃海和東海是釋放二氧化碳。吸收二氧化碳通量最小和最大的區(qū)域和季節(jié)是北黃海的秋季(5.3gC·m-2·a-1)和渤海的冬季(106.0gC·m-2·a-1),釋放二氧化碳通量最小和最大的區(qū)域和季節(jié)是北黃海的夏季(1.9gC·m-2·a-1)和東海的夏季(18.8gC·m-2·a-1)。就全年而言,渤海、北黃海、南黃海、東海的通量分別為36.8,35.2,21.0和3.5gC·m-2·a-1(南北黃海合二為一則為23.7gC·m-2·a-1),且均是海水吸收大氣中的二氧化碳,整個東中國海其平均值為11.3gC·m-2·a-1,其春夏秋冬季分別為25.5,15.2,9.8和44.8gC·m-2·a-1。春季和冬季東中國海皆為大氣二氧化碳的匯,分別可吸收的碳為769×104t和1356×104t,夏季皆為二氧化碳的源,可釋放到大氣中的二氧化碳為459×104t,秋季渤海與北黃海為二氧化碳的匯,可吸收27×104t,南黃海與東海是二氧化碳的源,可釋放324×104t的碳,在秋季整個東中國海可釋放的碳為297×104t,全年總平均東中國海作為大氣二氧化碳的匯可吸收1369×104t的碳?？傊?在過去的4a里,中國近海大氣圈與水圈之間的碳的交換,特別是二氧化碳交換的研究取得了一些成果。從不同角度,建立和運用不同的海洋碳循環(huán)模型對中國近海海-氣之間的碳的交換進行了研究?？梢赃@樣講,結合其他方面的研究和觀測,揭示全球海洋變化的趨勢,仍然是未來幾年海洋學研究的一個重要方向。2有機碳的創(chuàng)造及其變化東海作為典型的陸架邊緣海,它既有人為影響明顯的沿岸區(qū),也有典型的陸架淺海及陸坡和半深海,其碳循環(huán)研究具有特別典型的意義。對東海南部陸架橫斷面DOC和POC研究表明,在1994-1996年期間,在內(nèi)陸架和陸坡水域DOC濃度較高(>85μmol/L),有黑潮上升流的大陸架斷面處較低(65μmol/L),這種分布表明DOC隨時間變化幅度不大。海岸水中比寡營養(yǎng)的大陸坡水中含有較少的膠體有機碳(COC),說明在海岸水中較低的生產(chǎn)速率和/或較高的衰竭速率。POC分布表明,從內(nèi)陸架到大陸坡有增加趨勢,在大陸架斷裂處有一極大值。POC平均儲量約為DOC的1/10。在大陸坡上中層水深處發(fā)現(xiàn)一極大值,表明從大陸架向海處有橫向的POC遷移。來自東海大陸架的DOC和POC的凈輸出估計分別是414GmolC/a和106GmolC/a。對東海南部大陸架橫截面處春秋季節(jié)異養(yǎng)細菌生物量、生產(chǎn)和周轉(zhuǎn)速率的調(diào)查表明,沿岸和上升流區(qū)域的細菌生物量為350～1200mgC/m2,生產(chǎn)量為28～329mgC/m2,平均周轉(zhuǎn)速率為0.09～0.22/d,至少兩倍于黑潮水區(qū),生物量和周轉(zhuǎn)速率與初級生產(chǎn)力(90～2133mgC·m-2·d-1)和顆粒有機碳(1415～4682mgC/m2)。來自非浮游植物和外源的溶解有機碳(DOC)在提供東海陸架區(qū)域細菌碳需要方面具有顯著的作用。東海陸架東部海區(qū)具有相對低的有機碳濃度和快的沉積速率。在10個站位有機碳濃度為0.3～0.6wt%,沉積速率為0.2～0.7cm/a。另外,還發(fā)現(xiàn)了正常的海洋S/C比。高達96%的含硫黃鐵礦在其埋葬前被再氧化,硫酸鹽還原速率和含硫的黃鐵礦埋葬速率隨有機碳埋葬速率增加而線性增加,表明東海陸架沉積物有機碳沉積速率控制著黃鐵礦的形成。有機碳通過硫酸鹽還原作用被利用及其埋葬代表了被研究的東海海區(qū)具有明顯但相對少的初級生產(chǎn)力份額。根據(jù)碳酸鹽和相關參數(shù),夏季東海低溫低鹽度水團來源于黃海冷水,并進一步來自北部水域。碳酸鹽參數(shù)在陸架間斷的黑潮東無明顯的季節(jié)變化,通過pH,TA或TCO2數(shù)據(jù)計算的CO2分壓表明,在春夏季節(jié)陸架表層水未被CO2飽和。通過綜合考慮不同季節(jié)數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)東海陸架地區(qū)確是大氣中CO2的匯,海陸架地區(qū)每年吸收0.013～0.030GtC。通過對懸浮顆粒物質(zhì)的分析研究了黃海懸浮顆粒物質(zhì)中碳的垂直通量和POC∶PON,發(fā)現(xiàn)該海區(qū)大多數(shù)水體中的顆粒有機質(zhì)的POC∶PON來自海洋生物而不是陸地,POC垂直通量比世界上其他海區(qū)的高很多,這是由于該海區(qū)具有高的初級生產(chǎn)力。利用Ra-硝酸鹽耦合法可以估算南海硝酸鹽向真光層的上升通量?；赗edfield,C∶N為6.6,計算得到硝酸鹽進一步轉(zhuǎn)變?yōu)樾律a(chǎn)力的量為4.4mmolC·m-2·d-1。根據(jù)234Th-238U不平衡和被測定的POC對顆粒234Th的比例得到POC的輸出通量為5.7mmolC·m2·d-1,這與通過營養(yǎng)鹽預算得到的新生產(chǎn)力大體一致?；?34Th-228Ra不平衡計算得到的POC輸出通量為1.7mmolC·m-2·d-1,明顯低于衍生的新生產(chǎn)力。DOC輸出或沉積的不確定性,數(shù)據(jù)的不確定性和采用方法所處的不同時間范圍可能是這種不一致性的原因。東海Sybechococcus平均碳生物量從早春的0.09gC/m2到秋季的0.90gC/m2。1996-1997年通過對長江中段的富營養(yǎng)淺湖—東湖4個營養(yǎng)態(tài)站位DOC和POC濃度測定,發(fā)現(xiàn)4個站位的DOC平均值分別為(15.11±3.26),(15.19±4.24),(14.27±3.43),(13.31±3.30)mg/L,被研究水域與長江中段的其他湖的DOC濃度相似。由于大量的外來和自生有機碎屑,整個湖的平均POC為5.01mg/L。在4個站位觀測到POC和葉綠素a的明顯線形相關性,反映了浮游植物及其滲出物和代謝物是水體中POC的主要來源。DOC/POC比例(平均為4.40)表明,有機碎屑是顆粒有機質(zhì)的最重要組分,其次是浮游植物,都控制著東湖顆粒有機質(zhì)的含量。通過對珠江口DOC和COC研究發(fā)現(xiàn),COC占DOC的3%～32%,最大值無論是冬季還是夏季都低于低鹽度區(qū),并證實膠體物質(zhì)是現(xiàn)場產(chǎn)生的。韓舞鷹等研究了大亞灣和珠江河口灣有機碳組成和碳循環(huán),把有機碳分為溶解有機碳、懸浮顆粒有機碳和沉積物中的有機碳。黃邦欽等于1997年8月、1998年2-3月、8月和1999年8月對臺灣海峽浮游植物生物量和初級生產(chǎn)力的粒級組成、各粒級生物量和初級生產(chǎn)力變動及其影響因子進行了研究,結果顯示,在浮游植物中,臺灣海峽微型(簡稱NANO)和微微型浮游植物(PICO)占優(yōu)勢,貢獻率分別達到34%～48%和34%～40%,小型浮游植物(簡稱MICRO)僅占12%～27%。粒級組成和各粒級的生物量存在著明顯的季節(jié)和年際變化。PICO組分對初級生產(chǎn)力的貢獻最大,達45%～50%,而NANO和MICRO組分貢獻相近,為19%～32%。臺灣海峽初級生產(chǎn)的碳將有25%經(jīng)異養(yǎng)細菌的“二次”生產(chǎn)而進入微食物環(huán),36%經(jīng)由原生動物(主要是異養(yǎng)鞭毛蟲)攝食作用后進入微食物環(huán),即接近60%初級生產(chǎn)的碳經(jīng)微食物環(huán)的兩個起點分別進入微食物環(huán),表明微型生物食物網(wǎng)在該海域生源有機碳轉(zhuǎn)換過程中起重要作用。洪華生等以微型食物網(wǎng)在C和P的生物地球化學循環(huán)中的動力學為核心,研究了臺灣海峽主要生源要素生物地球化學循環(huán)的物理驅(qū)動力,物理與生物、化學過程的耦合,微型浮游生物對碳循環(huán)的影響等。結果表明,在大的時空尺度上,該海域碳及磷的生物地球化學循環(huán)主要受水動力調(diào)控;夏季南部海峽表現(xiàn)為CO2強的源,溶解有機碳是主要的有機碳形態(tài),顆粒有機碳中陸源占60%。該海域以微型和微微型浮游植物為主,其對生物量和生產(chǎn)力的貢獻可高達60%和80%,浮游植物的初級產(chǎn)量有一大部分為細菌和異養(yǎng)鞭毛蟲所利用。廈門灣塔角附近海域POC含量為14.4～34.6mmol/m3,其中碎屑有機碳與活性有機碳分別占74%～92%和8%～26%。POC垂直分布呈現(xiàn)由表層到底層降低的趨勢,且白晝期間POC含量高于晚間,說明該海域POC含量與生物過程密切相關。初級生產(chǎn)力在1d內(nèi)變化達5倍,垂直分布也隨深度而降低,與葉綠素a變化相對應。短時間(2h)培養(yǎng)獲得的初級生產(chǎn)力水平明顯高于長時間培養(yǎng)(24h)的結果,表明部分新固定的碳被優(yōu)先呼吸排出。結合Th234/U238不平衡法獲得的顆粒態(tài)Th234輸出通量及輸出界面顆粒物中POC/PTh的比值,可計算出真光層POC的垂直輸出通量為16.0mmol·m-2·d-1,其中碎屑有機碳與活性有機碳貢獻的數(shù)量分別為13.3和2.7mmol·m-2·d-1。POC輸出通量與初級生產(chǎn)力的比值(ThE比值)平均為0.31,真光層POC停留時間平均為11d。1997年3月在流入珠江的4個支流的淡水中測定的DOC濃度為142～239μmol/L,而接近廣州的虎門支流濃度高。低鹽度下迅速增大的DOC濃度可能來自河口混合早期階段的大型顆粒物與溶解有機碳的交換,而且DOC濃度沿混合線一直均勻增大,直到鹽度為25時,此處有深灣,DOC濃度突增,此處靠近深圳,被認為是一個有機質(zhì)的源。在該水域膠體有機碳(COC)為5～85μmol/L,代表了3%～32%的DOC。最高的COC百分含量處在冬季和夏季的低鹽度水域(鹽度為5)?？梢?陸源有機質(zhì)是影響碳循環(huán)的一個重要因素,而水文因素、季節(jié)變化和鹽度也影響碳循環(huán)。盡管南海表現(xiàn)為CO2的匯,但它的面積并不大,而且多處存在的上升流有利于CO2向上層的輸送。根據(jù)南海南北陸坡兩個站位柱狀樣中底棲有孔蟲分布,結合有機碳、穩(wěn)定同位素分析,可以探討表層古生產(chǎn)力與東亞季風變遷。研究表明,由于冬季風在末次冰期、夏季風在全新世早期約10000aB.P.急劇增強,分別在南海南北陸坡產(chǎn)生海岸上升流,加上陸源營養(yǎng)物質(zhì)輸入增多,使得表層古生產(chǎn)力明顯增高,有機碳通量增大到3.5gC·m-2·103a-1)以上,從而使底棲有孔蟲群中Buliminaaculeate和Uvigerinaperegrina占絕對優(yōu)勢。當有機碳通量降至2.5～3.5gC·(m-2·103a-1),Cibicidoideswuellerstorfi和Chilostomellaovoidea等種屬則越來越重要。對特定生物環(huán)境碳的過程也進行了探索,例如研究發(fā)現(xiàn)深海熱液噴口生物群落并不依賴光合作用獲取能量,它們是一類特殊的生物類型,其食物鏈的基礎是化學合成細菌,這些細菌依靠熱液噴口中的還原無機物氧化,利用合成有機碳,向寄生的生物提供生存必須的有機碳。1997年5月、8月、11月和1998年3月對煙臺四十里灣12個站位進行了DOC和POC調(diào)查,發(fā)現(xiàn)DOC濃度為1.14～5.35mg/L之間,平均值為1.52～2.12mg/L;POC濃度為0.049～1.411mg/L,平均值為0.159～0.631mg/L。水平分布受陸源輸入、有機體活性,溫度,水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境等因素的影響。最高POC濃度出現(xiàn)在岸邊。夏季DOC濃度和春季POC濃度最高,冬季都最低。DOC的季節(jié)性變化與初級生產(chǎn)力的季節(jié)變化一致,而POC的季節(jié)性變化則與葉綠素a的季節(jié)性變化一致。溶解有機質(zhì)中C/N的季節(jié)性變化趨勢是:從1997年5月到1998年3月逐漸降低。碳的生物地球化學是通過追蹤碳元素的遷移轉(zhuǎn)化與循環(huán)來研究碳對生命及其周圍環(huán)境影響關系的科學。生物地球化學的量、流、群和場是其4個基本概念構成。由于近年來全球氣候異常,人們對于CO2,CH4和N2O等溫室氣體的遷移與循環(huán)給予了前所未有的關注。李長生等采用計算機模擬模型,即DNDC模型,來研究與C,N循環(huán)有關的生物地球化學因素和過程,并用它來預測全球氣候變化、人類活動和陸地生態(tài)系統(tǒng)間的相互影響。DNDC代表脫氮作用denitrification和分解作用decomposition,這兩個作用是分別導致氮和碳脫離土壤進入大氣的主要反應。該模型已經(jīng)被一些國家用來預測農(nóng)業(yè)土壤的長期肥力和溫室氣體排放。關于碳和氮的生物地球化學循環(huán)模型國外也有不少報道,但能夠基本反映大氣—海洋—陸地之間C,N循環(huán)的綜合模型尚需海洋化學、生物、地質(zhì)和物理海洋等多方面人才共同開發(fā)研究。這一時期,也進行了實驗室模擬碳的理論研究,結果發(fā)現(xiàn)pH能影響海水中溶解有機碳在針鐵礦上的吸附。在pH5～6時,DOC的吸附百分率最大,在pH=8.1時,吸附在50%以上。因此,吸附作用將影響海水中DOC的分布。利用淺海水層生態(tài)動力學廂式模型,模擬研究膠州灣北部1995年的浮游生物和DOC與POC的年度變化特征為:膠州灣浮游植物的生產(chǎn)量年變化一般有2個高值(3-4月和7-9月)和2個低值期(5-6月和10月以后)。DOC呈現(xiàn)夏季高、冬季低的基本特征。俞光耀等提出了膠州灣水層生態(tài)動力學模型,并給出一組方程來表示海洋中浮游生物和有機碳的循環(huán):(1)浮游生物(P:Cmg/m3)dp/dt=B1(光合作用)-B2(胞外分泌)-B3(呼吸消耗)-B4(浮游動物攝食)-B6(自然死亡)-B7(沉降)(2)浮游動物(Z:Cmg/m3)dZ/dt=B4(浮游動物攝食)-B8(排糞)-B9(排泄)-B10(自然死亡包括動物捕食)(3)顆粒有機碳(POC:Cmg/m3)d[POC]/dt=B6+B8+B10-B12(被細菌分解轉(zhuǎn)化為無機物)-B13(被細菌分解轉(zhuǎn)化為DOC)-B14(POC沉降)(4)溶解有機碳(DOC:Cmg/m3)d[DOC]/dt=B2+B13-B15(DOC被細菌分解轉(zhuǎn)化為無機物的部分)+QDOC(包括陸源污水排放和底層溶出)這一時期對海水膠體碳的分析分離方法也進行了研究,目前,交叉流動—超濾技術(CFF)是從溶解有機碳(TDOC)中分離膠體有機碳(COC)的一種常用方法。COC和TDOC則常用高溫燃燒法(HTC)和紫外—過硫酸鹽法測定?？梢?在海洋水體中碳循環(huán)過程中,各種碳的分布即碳地球化學的研究,是近幾年中國海洋碳循環(huán)研究的主流,涉及到河口與近海碳的形態(tài)、轉(zhuǎn)化、分布、遷移和生物生產(chǎn)過程,以及研究碳循環(huán)的模型等。然而,中國近海碳循環(huán)的綜合研究特別是碳生物-化學-動力系統(tǒng)作用下的碳循環(huán)過程研究到目前尚未見報道,這對探討碳循環(huán)對全球海洋循環(huán),尤其對我國地區(qū)氣候異常的研究,尚缺乏應有的依據(jù),應當深入開展。3有機碳的垂直分布特征及其與沉積環(huán)境的關系研究海洋碳循環(huán),必須綜合考慮入海河流流域土壤、非入海河流流域的土壤和海洋沉積物對碳循環(huán)的影響。土壤和沉積物向天然水提供DOC的趨勢依賴于其水溶性有機碳的含量和吸附系數(shù)。入海河流流域土壤在地區(qū)和全球碳收支中具有重要的作用,是大量有機碳的庫。通過對長江流域的有機質(zhì)進行δ13C分析表明,南部支流中懸浮顆粒物有機質(zhì)的貢獻主要來自高等植物;北部支流中高等植物的貢獻較低,主要來自富含有機質(zhì)的土壤。即使不是入海河流流域的土壤,也對整體碳循環(huán)有影響。研究表明,在沙漠化土壤0～50cm的層中,有機碳儲量為855Mt。在近40a中,土壤沙漠化過程向大氣釋放的CO2為150MtC,反沙漠化作用從大氣中分離出的CO2為59MtC,所以,沙漠化作用向大氣中釋放的凈CO2量為91MtC研究同時表明,沙漠化土地的綠化作用具有更強的分離大氣中CO2的趨勢。袁華茂等2對渤海的渤海灣、黃河口外和遼東灣3個典型海域6個站位柱狀自然粒度沉積物中的有機碳(OC)進行了研究,探討了有機碳的垂直分布特征及其氧化還原環(huán)境(Eho,Eso,Fe3+/Fe2+比值)對渤海沉積物中有機碳的影響因素。渤海自然粒度沉積物中的有機碳含量在0.39%～0.86%,一般在表層一次表層含量變化較劇烈,在下層變化較緩,這主要與沉積物中的有機碳早期成巖作用的進程及沉積物來源有關。相關分析說明,在中層,一般沉積物的還原性比表層有所增強,氧化環(huán)境與還原環(huán)境共存,有機質(zhì)被氧化,OC濃度變得趨于減小,Fe3+/Fe2+也趨于減少,二者有明顯的負相關;在下層,還原環(huán)境占居了主導地位,導致大量OC不能被氧化,而被保存下來,而Fe3+/Fe2+卻明顯減小,所以,在下層OC與Fe3+/Fe2+呈較強的負相關。在表層又摻雜了生物化學與物理擾動等因素,使OC與Fe3+/Fe2+的相關性變得復雜,且不規(guī)律。表層一次表層OC主要決定于物質(zhì)來源和物理攪動,變化較復雜;中、下層主要受氧化還原環(huán)境影響,礦化作用明顯,有機碳含量逐漸降低。下層除遼東灣的個別站和黃河口外站外,有機碳含量也逐步降低。有機碳含量不同層次受不同的物質(zhì)來源,沉積環(huán)境,氧化還原進程與不同的生物化學過程共同影響。從遼東灣觀測站的斷面分布看,表層一次表層呈垂直疊層分布,主要是逐步垂直沉降沉積的結果。25cm以下呈水平推進式梯度分布,可能是由于特殊的沉積事件如大洪水沖刷沉積而致。研究還發(fā)現(xiàn),通過沉積物捕捉器獲取的南海顆粒有機碳的輸出通量與季風強弱密切相關,且占初級生產(chǎn)力的比例較低(1.4%～1.6%)。渤海南部海域柱狀沉積物有機碳的降解常數(shù)為0.00479/a,生源要素C,N,P,Si的降解速率的順序為N>P>C>Si,OC/TN比低于OC/ON比。表明沉積物含有足夠的無機氮和或被固定的氮。比例隨著深度增加,這是由于ON在沉積物中的保留作用?？梢?/p>