吳凱

摘 要：海洋在全球碳循環(huán)中扮演著重要的角色，人類每年向大氣排放的CO2約有30%都被海洋所吸收。海洋中溶解有機(jī)碳的儲(chǔ)量巨大，與大氣中的無機(jī)碳儲(chǔ)量相當(dāng)，可能對(duì)大氣CO2濃度產(chǎn)生重要影響。本文主要簡(jiǎn)介了海洋溶解有機(jī)碳的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：海洋溶解有機(jī)碳 循環(huán)

中圖分類號(hào)：S153.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（b）-0165-02

碳作為構(gòu)成生命的基本元素，是生物圈物質(zhì)和能量循環(huán)的載體。工業(yè)革命以來，化石燃料燃燒、森林砍伐等人類活動(dòng)向大氣排放大量的“溫室氣體”CO2，已有的證據(jù)表明，全球變暖、海平面上升、冰川融化等一系列的環(huán)境問題可能均與大氣CO2的升高有關(guān)。因此，全球碳循環(huán)日益受到科學(xué)家們的關(guān)注（圖1）。

海洋約占地球表面積的71%，是地表最大的碳儲(chǔ)庫之一，通過海氣交換過程直接調(diào)節(jié)大氣中CO2的濃度。有研究表明，每年約30%的人為CO2被海洋吸收（Feely et al， 2004；Raven and Falkowski，1999），從而緩和了全球氣候的變化，所以海洋碳循環(huán)一直是全球碳循環(huán)的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。

溶解有機(jī)碳（Dissolved Organic Carbon， DOC）是海洋碳循環(huán)的重要組成部分，它構(gòu)成了海洋中最重要的碳儲(chǔ)庫之一。海洋中DOC的儲(chǔ)量達(dá)到685 Gt（1015 g），與大氣中CO2的碳儲(chǔ)量相當(dāng)（Hansell and Calson， 1998）。DOC的生產(chǎn)與消耗過程發(fā)生微小的波動(dòng)，都可能影響到海洋與大氣間CO2的平衡。因此，了解DOC在海洋中產(chǎn)生、遷移、轉(zhuǎn)化與去除的循環(huán)過程，已經(jīng)成為海洋學(xué)家關(guān)注的熱點(diǎn)和面臨的挑戰(zhàn)之一。（如圖1）

隨著DOC測(cè)定技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，以及全球海洋聯(lián)合通量計(jì)劃（JGOFS）、全球海洋生態(tài)動(dòng)力學(xué)（GLOBEC）、陸海相互作用（LOCIZ）和上層海洋與低層大氣研究（SOLAS）等重大國(guó)際合作計(jì)劃的實(shí)施，人們對(duì)海洋DOC的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

1 海洋溶解有機(jī)碳的分布特征

水平分布上，海洋DOC的分布特點(diǎn)為近岸、陸架區(qū)濃度較高，大洋區(qū)濃度較低，即呈現(xiàn)河口高于近岸高于大洋的分布趨勢(shì)。這是由于通常情況下，近岸受到陸源有機(jī)物的影響，此外，由于人為和近岸河流輸入大量的營(yíng)養(yǎng)鹽，由此造成浮游植物生長(zhǎng)旺盛，近岸區(qū)域中的DOC含量通常要比遠(yuǎn)岸區(qū)域高一些。垂直方向上，全球海洋都呈現(xiàn)相似的特點(diǎn)，即100 m以上水體中DOC較高，100～200 m有一個(gè)大的躍層，躍層以下的深層水中DOC較低，變化范圍小，性質(zhì)較穩(wěn)定。

DOC的季節(jié)變化主要與浮游植物的水華相關(guān)。高緯度海域由于冬季混合層加深，深層低的DOC被混入表層，造成表層DOC濃度較低；而到了春季水體層化，浮游植物發(fā)生水華，DOC濃度顯著升高。例如，羅斯海，冬季由于垂直混合強(qiáng)烈，DOC濃度最低為42 mol/L；而到了春季水體層化，發(fā)生水華時(shí)，DOC濃度升高到65～70 mol/L，DOC濃度升高了15～30 mol/L。中、低緯度海區(qū)由于水體較為穩(wěn)定，沒有水華發(fā)生，DOC的季節(jié)變化不明顯。

2 海洋溶解有機(jī)碳的來源和去除過程

海洋DOC的來源主要包括兩種：外部來源和內(nèi)部來源。內(nèi)部來源與生物過程相關(guān)，包括浮游植物的釋放、浮游動(dòng)物的撲食和排泄、病毒導(dǎo)致的細(xì)胞裂解和顆粒物的轉(zhuǎn)化等；外部來源則主要是河流輸入、大氣輸入及海洋底質(zhì)沉積物輸入等（Hedges， 1992）。

DOC的去除主要是通過物理過程和生物過程共同實(shí)現(xiàn)的。深層海水DOC的生物可利用較差，光化學(xué)降解是其DOC移出的主要途徑。同時(shí)，異氧細(xì)菌作為海洋生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)質(zhì)的主要分解者，也是將DOC從水體中移出的主要生物過程。水體中DOC的生物活性很大程度上決定了其被細(xì)菌利用的速率及利用量。Hopkinson等（1997）利用Georges Bank的陸架水進(jìn)行的DOM降解實(shí)驗(yàn)顯示水體中活性DOC占總量的10.4%，且DOC的初始濃度越高，其利用速度越快。