南海北部含碳颗粒类型与颗粒碳来源及颗粒有机碳输出的控制因素研究

The carbonaceous particles in sea water are one of the key links of the ocean carbon cycle and is deeply influenced by terrigenous carbonaceous particles and black carbon produced by the incomplete combustion of fossil fuels and biomass. Single particle analysis is one of the useful methods to investigate the source of the carbonaceous particles in sea water. According to morphological and element compositions, the carbonaceous particles in sea water can be divided into six groups: (1) plankton; (2) TEP; (3) organic debris; (4) black carbon; (5) particles aggregated by organic matter and terrigenous debris ; (6) abiogenically precipitated carbonates. From mentioned above, it can been seen that the carbonaceous particles in different group have different source. In addition, owing to the difference in surface area, density and stability among six groups of carbonaceous particles, it is possible that the carbonaceous particles in different group may play a different role during the export of POC from surface sea water. So by means of comparative study of water column, we can more deeply investigate the processes and controlling factors of export of POC. Based on mentioned above, this project will investigate: (1) the sources of carbonaceous particles in sea water by single particle and isotopic analysis; (2) the factors controlling the export of POC by comparative study of water column and the coupling between POC flux and concentrations of carbonaceous particle groups.

海水中的含碳颗粒是海洋碳循环的关键环节之一，也是陆地及人为过程对海洋碳循环施加影响的关键节点之一。单颗粒法是海洋含碳颗粒类型研究的有效手段之一，通过含碳颗粒类型的划分，单颗粒法所揭示的颗粒碳来源信息不仅可以反映海洋颗粒碳的主要循环过程，同时，又可反映陆地及黑碳颗粒的影响。另外，不同类型的含碳颗粒在颗粒表面积、密度、稳定性等多方面显著不同，因而它们在海洋POC的垂向输送过程中所起的作用也显著不同。因此，通过不同水深含碳颗粒类型的对比研究，可以对POC沉降输出过程中发生的变化有更清晰的了解，从而在更深层次上解析POC的输出过程及其控制因素。本项目拟在已有研究基础上，以单颗粒法为主要研究手段，一方面，通过含碳颗粒类型的划分，辅以稳定同位素方法，揭示海洋颗粒碳的来源。另一方面，通过不同水深含碳颗粒类型的对比研究，结合表层海水POC输出通量与含碳颗粒类型的耦合关系，解析POC的输出过程及其控制因素。

依据本项目的研究计划，我们的研究结果表明，南海北部海水中的含碳颗粒至少包含以下七种类型，分别为含碳的硅酸盐、含碳的生物颗粒、含碳的透明薄膜、含碳的硫酸盐、含碳的氯化物、黑碳和碳酸盐。其中，除碳酸盐以外，其余含碳颗粒中的碳主要为有机碳。由此可知，南海北部海水中的颗粒有机碳（POC）至少包含以下几个来源，第一种来源为海洋浮游植物初级生产的有机质，主要为生物颗粒中的碳，还可能见逐于其它类型的含碳颗粒之中。第二种来源为与人为活动有关的碳，包括黑碳和部分可能与燃烧过程有关的硫酸盐中的碳，第三种来源为自然过程带来的陆地有机碳，主要为硅酸盐颗粒中的碳。第四种来源为溶解有机质与无机胶体聚合形成的颗粒有机质，主要为透明薄膜中的碳。第五种为滤膜中残留海水中的有机碳，主要见逐于部分含碳硫酸盐和含碳氯化物。显然，仅从生物活动（例如，浮游植物的初级生产力及其群落结构等）去理解POC及其输出通量的时空差异是不完整的。就生物颗粒而言，它们主要为海洋中的各类浮游植物及其碎屑，表明它们是一定时期内浮游植物初级生产、降解或被摄食与排泄综合作用的产物。由于生物碎屑的含量远远高于完整的浮游植物，兼之活体的浮游植物自身不具显著的沉降能力，因此，浮游植物的即时初级生产对于即时的POC输出通量没有显著的贡献。另外，我们的研究还发现，约400米以深，含碳颗粒含量急剧下降。.除上述以外，本研究还发现：① 广泛分布于地表的石英及各类硅酸盐可能是海洋浮游植物光合作用的重要营养物质，它们可能为浮游植物的光合作用提供了Si、Al、Mg、Fe等。② 采用不过滤法测得的溶解无机碳含量及其碳同位素组成不能真实反映其空间变化。③ 玻璃纤维滤膜对海水颗粒物的捕集是不完全的，尤其是对于球石藻和球石粒。由于球石藻和球石粒的含量具有显著的时空变化，意味着纤维滤膜对海水颗粒物捕集的不完全还可能具有显著的时空差异。④不同海域海水的结晶产物显著不同。