陳佳玉， 張洪海,2， 李江萍??， 楊桂朋,2

(1.中國(guó)海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島266100； 2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266237)

海洋是大氣中CO的來(lái)源之一[1-3]，其中海洋每年向大氣釋放CO中C含量的范圍在3.7～600 Tg之間[2-6]，是全球碳循環(huán)的重要組成部分。CO經(jīng)海洋釋放到大氣中，隨后與對(duì)流層中羥基自由基反應(yīng)氧化為CO2[7-8]，由于對(duì)流層中羥基自由基被大量消耗導(dǎo)致對(duì)流層的氧化能力減弱，使得大氣中其它活性氣體的濃度受到影響，因此CO被稱為間接溫室氣體。CO作為大氣中一種重要的痕量氣體，無(wú)論是在全球變暖還是大氣化學(xué)的研究中都有著十分重要的地位。

溶解有色有機(jī)物(Colored dissolved organic mater，CDOM)光化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程和溶解有機(jī)物(Dissolved organic matter，DOM)熱力學(xué)降解過(guò)程是海洋中CO的兩大來(lái)源，其中CDOM的光化學(xué)生產(chǎn)為主要途徑[2,4,5,9]。微生物消耗和海-氣擴(kuò)散是海水中CO去除的主要途徑，其中被微生物消耗CO的含量占海水中CO總消耗量的86%[9]。

近年來(lái)，中國(guó)對(duì)CO的研究主要集中在CO的分布、海-氣通量和循環(huán)過(guò)程中，調(diào)查區(qū)域以黃渤海和東海海域?yàn)橹?，?duì)河口海域的研究較少。長(zhǎng)江口及鄰近海域位于我國(guó)黃海和東海交界處，屬于極其典型的陸架型河口，作為河流入海處，該海域主要受到長(zhǎng)江沖淡水的影響，同時(shí)蘇中沿岸流、江浙沿岸流以及臺(tái)灣暖流也對(duì)長(zhǎng)江口及鄰近海域有一定影響。此外，黃海冷水團(tuán)和黑潮水也對(duì)長(zhǎng)江口及鄰近海域東部也存在一定的影響[10-11]。多種因素使得長(zhǎng)江口及鄰近海域的生態(tài)環(huán)境變得極其復(fù)雜，與周邊海域大不相同。由于人類活動(dòng)的增加，陸源對(duì)近海海域生態(tài)環(huán)境的影響越來(lái)越大，使得陸架海域、近岸海域以及河口海域中的CO與開(kāi)闊大洋中的CO在海-氣通量、生產(chǎn)與消耗等方面已經(jīng)產(chǎn)生很大的不同，河口、海灣和陸架等近岸海域面積較小，在陸源輸入的直接影響下，海水中CO濃度較高，進(jìn)而通過(guò)海-氣擴(kuò)散過(guò)程向空氣中排放大量的CO[9, 12-15]。本研究于2019年秋季對(duì)我國(guó)典型的河口海域—長(zhǎng)江口及鄰近海域進(jìn)行了大規(guī)模調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)長(zhǎng)江口及鄰近海域中CO的分布、通量和消耗過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)探討。此項(xiàng)調(diào)查有助于豐富我國(guó)在河口海域CO分布與循環(huán)研究方面的內(nèi)容，加深海洋對(duì)大氣CO釋放貢獻(xiàn)的認(rèn)識(shí)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

于2019年10月17～26日隨“浙漁科2號(hào)”對(duì)長(zhǎng)江口及鄰近海域進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究，圖1為調(diào)查區(qū)域采樣站位圖，共包含7個(gè)斷面的57個(gè)調(diào)查站位?，F(xiàn)場(chǎng)采用12 L Niskin Rosette采水器采集，共采集57份調(diào)查站位的表層海水與大氣樣品，同時(shí)選取A4和A6斷面作為重點(diǎn)研究斷面，并采集不同深度的海水樣品，海水樣品在無(wú)氣泡的情況下通過(guò)硅膠管注入50 mL的樣品瓶(預(yù)先經(jīng)10%HCl-Milli-Q水清洗)中，樣品瓶在使用前需要用海水潤(rùn)洗2～3次，然后將樣品瓶密封，瓶中無(wú)氣泡。大氣樣品于船走航時(shí)，用氣密性良好的10 mL注射器在甲板上迎風(fēng)采集，以減少船體造成的污染。大氣樣品與海水樣品均現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。

圖1 秋季長(zhǎng)江口及鄰近海域大氣和海水采樣站位Fig.1 Atmospheric and seawater sampling stations in the Changjiang River Estuary and its adjacent area in autumn

1.2 樣品分析

1.2.1 CO濃度的測(cè)定 通過(guò)頂空平衡分析法來(lái)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定海水和大氣樣品中CO的含量[16]，該方法操作步驟為：通過(guò)硅膠管將現(xiàn)場(chǎng)采集的樣品注入到50 mL的玻璃瓶中，保證瓶中無(wú)氣泡，密封，然后通過(guò)10 mL氣密性良好的玻璃注射器(VICI)注入6 mL的CO零空氣,CO零空氣由氮?dú)饧兓瘍x(先普半導(dǎo)體技術(shù)有限公司)給出，最后將樣品瓶置于軌道式振蕩器(江蘇盛藍(lán)儀器制造有限公司)上并以290 r·min-1的速度進(jìn)行振蕩來(lái)快速達(dá)到平衡狀態(tài)，振蕩時(shí)間為5 min[16]，振蕩結(jié)束后，樣品達(dá)到氣液平衡狀態(tài)，用10 mL氣密性良好的玻璃注射器抽取頂空氣體，通過(guò)預(yù)先放置阻水濾膜(0.2 μm Nuclepore Teflon filter，φ 13 mm)的進(jìn)樣口注入到Ta3000痕量氣體分析儀(美國(guó)Ametek公司)中進(jìn)行測(cè)定。大氣樣品迎風(fēng)采集后直接注入到儀器中進(jìn)行測(cè)定。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用CO標(biāo)準(zhǔn)氣體(99.6 ppbv，大連大特氣體有限公司)進(jìn)行單點(diǎn)校正。該測(cè)量方法測(cè)量的誤差較低，靈敏度較高，測(cè)量數(shù)值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差<4.4%，最低檢出限為0.02 nmol·L-1[16]。

1.2.2 CO微生物消耗速率的測(cè)定 CO的微生物消耗速率通過(guò)黑暗培養(yǎng)法[17-18]來(lái)測(cè)定，此方法的優(yōu)點(diǎn)是消除了CO光化學(xué)生產(chǎn)的影響，具體操作步驟為：表層海水通過(guò)300 mL玻璃注射器(預(yù)先經(jīng)10%HCl-Milli-Q水清洗，并用避光膠帶封閉)從采水器中采集，樣品采集前應(yīng)先用表層海水對(duì)注射器進(jìn)行潤(rùn)洗，重復(fù)2～3次，在整個(gè)采集過(guò)程中，注射器內(nèi)不應(yīng)留有氣泡。樣品采集完成后，立即使用三通閥對(duì)注射器進(jìn)行密封，然后將注射器置于表層海水循環(huán)水浴箱中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)避光培養(yǎng)。通過(guò)連接有三通閥的塑料管將樣品注入到50 mL樣品瓶?jī)?nèi)，瓶?jī)?nèi)無(wú)氣泡，密封，立即進(jìn)行CO濃度測(cè)定，樣品轉(zhuǎn)移過(guò)程中要防止大氣進(jìn)入注射器內(nèi)。在樣品采集后，立刻測(cè)定CO濃度來(lái)作為CO的起始濃度，30 min后再次取培養(yǎng)樣品測(cè)定CO濃度，作為第二個(gè)時(shí)間點(diǎn)的濃度，然后每隔30 min到1 h(根據(jù)測(cè)定消耗速率的情況決定)測(cè)量一次樣品中CO的濃度，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)共選取5個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定。表1為CO微生物消耗速率的測(cè)定站位。

1.3 CO海-氣通量和飽和系數(shù)的測(cè)定

CO的海-氣交換通量可以通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算[19]:

F=k([CO]surf-[CO]eq)。

(1)

式中：F為CO的海-氣通量，nmol·(m2·h)-1； [CO]surf和[CO]eq分別為CO在表層海水中的濃度和達(dá)到氣液平衡后海水樣品中的濃度，nmol·L-1；k為氣體交換常數(shù)，m·h-1，與風(fēng)速和氣體施密特常數(shù)Sc(Schmidt number)有關(guān)，k可由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出，本文采用E2011經(jīng)驗(yàn)公式，該經(jīng)驗(yàn)公式適用范圍廣(0～18 m·s-1)，且考慮到風(fēng)速為0 m·s-1時(shí)，氣泡破裂產(chǎn)生海-氣擴(kuò)散的貢獻(xiàn)[20]。其中Sc的值可以通過(guò)下式得出[21]：

Sc=-0.055 3t3+4.382 5t2-140.07t+2 134。

(2)

式中：t為樣品海水的溫度，℃。

[CO]surf可以由達(dá)到氣液平衡后頂空氣體中CO的含量來(lái)確定[22]：

[CO]surf=pma(βpVw+Va)/(RTVw)。

(3)

式中：P為現(xiàn)場(chǎng)大氣壓力，atm；ma為樣品達(dá)到氣液平衡后頂空氣體中CO的體積分?jǐn)?shù)；β(Busen solubility coefficient)為CO在海水中的溶解度常數(shù)，海水的溫度和鹽度為β的主要影響因素[23]；Vw為采取的海水樣品體積，mL；Va為注入樣品瓶中頂空氣體的體積，mL;R為氣體常數(shù)，0.082 06 atm·L·(mol·K)-1;T為現(xiàn)場(chǎng)海水的溫度，K。

[CO]eq可以通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算得出[24]：

[CO]eq=([CO]atm×β)/MCO。

(4)

式中：[CO]atm是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的大氣樣品中CO的體積分?jǐn)?shù)；MCO為CO的摩爾體積25.094 1 L·mol-1(標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度)[25-26]。

海水中CO的過(guò)飽和系數(shù)α可通過(guò)下式得到[24]：

(5)

1.4 葉綠素a(Chl-a)濃度的測(cè)定

從Niskin Rosette采水器中采取300 mL樣品，采用玻璃纖維濾膜(Whatman GF/F，φ 47 mm，預(yù)先經(jīng)450 ℃高溫灼燒)進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾后將濾膜對(duì)折裝入用錫紙包裹好的15 mL離心管中，冷凍帶回陸地用于Chl-a濃度的測(cè)定。在Chl-a濃度的測(cè)定前，提前在裝有濾膜的離心管中加入90%(體積分?jǐn)?shù))丙酮水溶液，隨后在避光處進(jìn)行萃取，時(shí)間為24 h。萃取完成后在轉(zhuǎn)速為4 000 r·min-1條件下離心10 min后吸取上清液，通過(guò)F-4500熒光儀(日本日立)測(cè)定Chl-a的濃度，該方法的最低檢出限為0.01 μg·L-1[27]。

2 結(jié)果與討論

2.1 大氣中CO的濃度分布

秋季長(zhǎng)江口及鄰近海域大氣中CO的體積分?jǐn)?shù)處在142.6～482.7 ppbv之間，平均值為(271.6±80.1) ppbv，其中最大值為最小值的3.4倍。大氣中CO的最大值出現(xiàn)在長(zhǎng)江口口門附近(A2-1站位)；最小值出現(xiàn)在長(zhǎng)江口外海海域(A8-7站位)，但仍高于開(kāi)闊大洋[28]。大氣中CO的體積分?jǐn)?shù)整體上呈現(xiàn)出近岸高，遠(yuǎn)岸低的趨勢(shì)(見(jiàn)圖2)，近岸海域上空大氣受陸源影響嚴(yán)重，大氣中CO體積分?jǐn)?shù)較高，同時(shí)采樣時(shí)風(fēng)向也會(huì)對(duì)結(jié)果造成一定影響。該航次調(diào)查結(jié)果高于春季東海和黃海大氣CO濃度的平均值(190 ppbv)[12]以及夏季東海和南黃海CO濃度平均值(117 ppbv)[29]，秋冬季節(jié)北方燃燒暖氣向近岸海域上空排放大量CO，導(dǎo)致河口等近岸海域上空大氣中CO含量明顯增高，本次調(diào)查結(jié)果也與秋季黃東海調(diào)查結(jié)果接近(297 ppbv)，陸源輸入是影響河口海域大氣中CO的一個(gè)重要因素[13-14]。

圖2 秋季長(zhǎng)江口及鄰近海域大氣中CO的水平分布

2.2 海水中CO的分布特征及其余環(huán)境因子的關(guān)系

2.2.1 海水中CO的水平分布 長(zhǎng)江口及鄰近海域各個(gè)站位表層海水中溫度、鹽度以及Chl-a濃度以及CO濃度的水平分布如圖3所示，表層海水中CO濃度處在0.11～3.27 nmol·L-1之間，平均值為(0.71±0.72)nmol·L-1。秋季長(zhǎng)江口表層海水溫度范圍為21.15～24.15 ℃，平均值為(22.71±0.83)℃，溫度變化趨勢(shì)與表層海水中CO濃度變化趨勢(shì)相近，在溫度高的海域，表層海水中CO濃度較低。鹽度主要通過(guò)影響CO的微生物消耗過(guò)程來(lái)影響表層海水中CO的濃度，秋季長(zhǎng)江口及鄰近海域鹽度范圍為0.16～33.5，平均值為(22.88±13.19)，調(diào)查結(jié)果顯示長(zhǎng)江口及鄰近海域鹽度變化十分明顯，位于長(zhǎng)江入?？诟浇腂、C兩斷面鹽度接近0。在鹽度較低的長(zhǎng)江口口門以及口內(nèi)海域，微生物消耗速率較低(下文會(huì)進(jìn)行詳細(xì)探究)，長(zhǎng)江口口門附近大氣中CO濃度也較高，結(jié)果導(dǎo)致長(zhǎng)江口口內(nèi)以及口門附近海域表層海水中CO濃度較高。秋季長(zhǎng)江口及鄰近海域內(nèi)表層海水中Chl-a濃度變化范圍為0.52～5.87 μg·L-1，平均值為(1.17±1.37)μg·L-1。Chl-a濃度最大值出現(xiàn)在A8-7站位附近，由長(zhǎng)江入海徑流逐步形成的蘇中沿岸流和臺(tái)灣暖流在該區(qū)域附近形成上升流，浮游植物從上升流中獲取營(yíng)養(yǎng)鹽，同時(shí)濁度較小，光照充足，浮游植物大量繁殖，初級(jí)生產(chǎn)力高[30-31]，使得Chl-a濃度升高出現(xiàn)最大值。Chl-a濃度最小值出現(xiàn)在A4-2站位，該站位位于長(zhǎng)江口口門附近，水深較淺，由于長(zhǎng)江沖淡水帶來(lái)的大量泥沙使得海水濁度高，光照稀少[32]，對(duì)浮游植物的生長(zhǎng)造成限制，影響初級(jí)生產(chǎn)力，導(dǎo)致Chl-a含量較低，結(jié)果表明Chl-a濃度分布趨勢(shì)與CO濃度無(wú)明顯關(guān)系，可以看出CO主要由CDOM光降解產(chǎn)生，與生物活動(dòng)關(guān)系較小。本次調(diào)查研究結(jié)果與秋季東海和南黃海調(diào)查結(jié)果[14]相近，但低于東海和南黃海春季和夏季分別為2.24和2.49 nmol·L-1的調(diào)查結(jié)果[13, 29]，這主要是由于秋季光照時(shí)間較短，光照強(qiáng)度較弱，從而導(dǎo)致CO的光化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程減弱。[CO]surf的最大值和最小值分別出現(xiàn)在C3站位和A8-3站位，取樣時(shí)間分別為上午和凌晨。[CO]surf分布整體上呈現(xiàn)出近岸高，遠(yuǎn)岸低的趨勢(shì)，這主要是由于我國(guó)長(zhǎng)江口及鄰近海域人為活動(dòng)為該海域生態(tài)環(huán)境提供大量營(yíng)養(yǎng)鹽和有機(jī)物，而CDOM的光降解為海洋中CO的主要來(lái)源，該現(xiàn)象導(dǎo)致近岸海水中[CO]surf明顯高于遠(yuǎn)海。同時(shí)A2-5和A6-9站位附近[CO]surf相對(duì)較高，此兩處高值區(qū)域均處于長(zhǎng)江沖淡水的羽狀鋒區(qū)域[33]。大量營(yíng)養(yǎng)鹽隨著長(zhǎng)江沖淡水在羽狀鋒區(qū)域聚集，并且該區(qū)域水體泥沙量較小、透明度大、水質(zhì)清澈，使得光照強(qiáng)度高，有利于CDOM光降解產(chǎn)生CO。因此，陸源輸入為影響近岸海水中CO濃度分布的一個(gè)重要因素。本次調(diào)查期間白天[CO]surf平均值為0.85 nmol·L-1，夜晚[CO]surf平均值為0.30 nmol·L-1。白天調(diào)查站位[CO]surf平均值明顯高于夜間調(diào)查站位[CO]surf，整體來(lái)看[CO]surf表現(xiàn)為中午前后濃度高，凌晨前后濃度低。造成這種現(xiàn)象的原因主要由于正午附近光照強(qiáng)度較高，CO光化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程加強(qiáng)，CO濃度較高，可以看出表層海水中CO濃度有較為明顯的周日差異。不同時(shí)間段光照強(qiáng)度不同，從而使CO濃度值產(chǎn)生較大程度的變化。太陽(yáng)光的光照強(qiáng)度也是影響表層海水中CO濃度的一個(gè)重要因素。

圖3 秋季長(zhǎng)江口及鄰近海域表層海水溫度、鹽度、Chl-a和CO的水平分布

2.2.2 海水中CO的垂直分布 調(diào)查海域部分站位CO濃度的垂直分布如圖4所示，表層海水中CO的濃度最高，并且隨著深度增加濃度逐漸降低。該現(xiàn)象主要是因?yàn)楸韺雍Ｋ荜?yáng)光照射強(qiáng)烈，大量CDOM在陽(yáng)光照射下降解產(chǎn)生CO，由于海水及海水中的顆粒物會(huì)不斷對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行吸收和散射，所以隨著深度增加，光照強(qiáng)度也會(huì)逐漸減弱，導(dǎo)致CDOM光降解速度下降，使得底層海水中CO濃度小于表層海水，呈現(xiàn)出遞減趨勢(shì)[24]，與春季和夏季東海研究結(jié)果相符。隨著海水深度增加，鹽度有增高趨勢(shì)，與CO濃度變化趨勢(shì)相反，主要是由于鹽度變化會(huì)對(duì)CO微生物消耗過(guò)程造成影響。Chl-a的垂直分布與海水中CO濃度無(wú)明顯關(guān)系，該結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道一致[17, 34]。

A4和A6兩個(gè)受長(zhǎng)江沖淡水影響較大的斷面CO濃度、溫度和鹽度的垂直分布如圖5所示，A4和A6斷面處于典型的長(zhǎng)江沖淡水區(qū)域，具有明顯的鹽度梯度，從西向東鹽度逐漸增加。調(diào)查結(jié)果顯示長(zhǎng)江口口門及口門內(nèi)海域CO濃度明顯高于外海，主要由于長(zhǎng)江口口門及口門內(nèi)海域由長(zhǎng)江沖淡水帶來(lái)的大量CDOM光降解產(chǎn)生CO。在兩個(gè)斷面中均可以觀察到CO濃度隨海水深度增加而降低，部分站位如A4-3的CO濃度最大值出現(xiàn)在中層水體(10 m左右)，這種情況的原因可能是風(fēng)速過(guò)大導(dǎo)致海面波破碎造成表層CO通過(guò)海氣界面擴(kuò)散到大氣中，造成表層海水中CO濃度低于深層水體中CO濃度。由于底層水體受陽(yáng)光輻射較小，CO光化學(xué)產(chǎn)生過(guò)程較弱，從而導(dǎo)致CO濃度較低。溫度與CO變化趨勢(shì)相近，也呈現(xiàn)出隨深度增加而降低的趨勢(shì)。

圖4 C5和A6-9站位溫度、鹽度、Chl-a和CO濃度的垂直分布

2.3 CO微生物消耗

本航次通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)黑暗培養(yǎng)法對(duì)部分重點(diǎn)站位CO的微生物消耗速率進(jìn)行培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。結(jié)果表明，CO濃度的變化趨勢(shì)隨著時(shí)間的增加呈現(xiàn)出指數(shù)型降低，該趨勢(shì)符合動(dòng)力學(xué)一級(jí)反應(yīng)的特征，CO微生物消耗系數(shù)(R2)、消耗速率常數(shù)(kbio)、周轉(zhuǎn)時(shí)間(τ=1/kbio)、Chl-a濃度以及鹽度如表1所示，kbio處在0.21～1.12 h-1之間，平均值為(0.62±0.31)h-1，調(diào)查結(jié)果高于秋季東海調(diào)查結(jié)果(0.17 h-1)[36]，該現(xiàn)象主要是由于長(zhǎng)江口及鄰近海域受人為活動(dòng)影響日益嚴(yán)重，致使該海域水體生態(tài)環(huán)境狀況十分復(fù)雜，大量營(yíng)養(yǎng)鹽、有機(jī)物的輸入嚴(yán)重影響微生物的種類以及微生物的豐度，進(jìn)而影響kbio的數(shù)值。

鹽度作為影響kbio的重要因素，本航次著重從受長(zhǎng)江沖淡水影響嚴(yán)重的海域進(jìn)行培養(yǎng)站位的選取，表層海水鹽度處于0.21～33.50之間，以便于探究長(zhǎng)江口及鄰近海域CO微生物消耗速率與海水鹽度的關(guān)系。調(diào)查結(jié)果表明當(dāng)鹽度大于19時(shí)，在A6-2站位kbio出現(xiàn)最大值(1.12 h-1)，此處鹽度較低；在A8-8站位kbio出現(xiàn)最小值(0.54 h-1)，可以看出A8-8站位鹽度值較高。而鹽度低于19時(shí)，kbio在低鹽站位C6出現(xiàn)最小值(0.21 h-1)，在C2站位出現(xiàn)最大值(0.40 h-1)。通過(guò)數(shù)據(jù)處理得到，鹽度大于19時(shí)，kbio與鹽度之間呈現(xiàn)出隨著鹽度增加kbio逐漸降低的趨勢(shì)，二者具有較好的相關(guān)性(R2=0.826 4，n=4，P<0.01)。同時(shí)在鹽度低于19的海域kbio明顯低于鹽度大于19的海域，文獻(xiàn)表明在鹽度為0～19時(shí)，kbio隨鹽度升高而升高；在鹽度大于19時(shí)，kbio隨鹽度升高而降低[14,24,38]，與本次調(diào)查結(jié)果一致。

圖5 A4和A6斷面溫度、鹽度和CO濃度的垂直分布

站位StationR2kbio/h-1τco/h溫度/℃Temperature鹽度SalinityChl-a/μg·L-1C20.996 70.402.522.320.211.00C60.975 30.214.822.64 0.161.33 A6-20.995 01.120.921.3218.911.56A6-80.968 90.691.423.53 32.833.86 A8-20.993 50.741.422.25 25.850.81 A8-80.973 90.541.923.2233.505.29

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)CO的微生物消耗過(guò)程較為復(fù)雜，影響因素多樣化， Chl-a的濃度，微生物種類和豐度，微生物繁殖所需的有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)鹽、溫度、鹽度和pH等因素均會(huì)對(duì)CO的微生物消耗過(guò)程造成影響[39-41]，其中許多研究還需要補(bǔ)充。

2.4 CO的海-氣通量

長(zhǎng)江口及鄰近海域部分站位CO的過(guò)飽和系數(shù)處在0.54～14.51之間，平均值為(3.25±3.02)，從數(shù)值上可以看出，海水中CO的濃度相對(duì)于大氣中CO的含量絕大部分都是過(guò)飽和的，可以說(shuō)明長(zhǎng)江口及鄰近海域是大氣中CO的源。調(diào)查結(jié)果低于春季和夏季的調(diào)查結(jié)果，和秋季黃東海調(diào)查結(jié)果相近，春季、夏季和秋季黃東海CO過(guò)飽和系數(shù)平均值分別為16.00、29.36和3.34[13-14,29]。過(guò)飽和系數(shù)變化趨勢(shì)與表層海水中CO濃度的趨勢(shì)大體一致，本次調(diào)查結(jié)果顯示秋季表層海水中CO的濃度低于春季和夏季表層海水中CO的濃度，與CO過(guò)飽和系數(shù)變化趨勢(shì)相同，可見(jiàn)表層海水中CO的濃度為其主要影響因素，同時(shí)秋季溫度較低對(duì)海水中CO溶解度也會(huì)造成一些影響，進(jìn)而影響CO的過(guò)飽和系數(shù)。

部分調(diào)查站位CO的海-氣通量與風(fēng)速及過(guò)飽和系數(shù)的變化趨勢(shì)如圖6所示，CO的海-氣通量范圍處在-2.1～31.15 nmol·m-2·h-1之間，平均值為(4.84±7.54) nmol·m-2·h-1，其中最大值出現(xiàn)在C3站位，C3站位的風(fēng)速和過(guò)飽和系數(shù)分別為5.8 m·s-1和14.51，此站位風(fēng)速不是最大，但[CO]surf(3.27 nmol·L-1)較高，二者共同作用導(dǎo)致CO海-氣通量出現(xiàn)最大值；最小值出現(xiàn)在A2-2站位，A2-2站位的風(fēng)速和過(guò)飽和系數(shù)分別為6.7 m·s-1和0.54，該站位[CO]surf(0.18 nmol·L-1)較小。其中海-氣通量的變化趨勢(shì)還與風(fēng)速的變化趨勢(shì)相近，可見(jiàn)風(fēng)速大小和海水中CO的過(guò)飽和系數(shù)以及[CO]surf為影響CO海-氣通量的主要因素。在Sargasso海域以及Beaufort海域春季的調(diào)查結(jié)果分別為6.54 μmol·m-2·d-1和(6.20±6.43)μmol·m-2·d-1[21,42]，春季黃東海的調(diào)查結(jié)果為6.67 μmol·m-2·d-1[13]，夏季黃東海的調(diào)查結(jié)果為12.73 μmol·m-2·d-1[29]，通過(guò)本次調(diào)查得到的數(shù)據(jù)與不同季節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比可以看出秋季調(diào)查結(jié)果低于夏季和春季調(diào)查結(jié)果，主要是春夏季節(jié)海水中CO的過(guò)飽和程度和風(fēng)速均處于較高水平。為了加深長(zhǎng)江口及鄰近海域?qū)θ蛱佳h(huán)貢獻(xiàn)的了解，通過(guò)本航次調(diào)查得到的CO海-氣通量對(duì)長(zhǎng)江口及鄰近海域(面積約為73 000 km2)的全年CO碳排放進(jìn)行了估算，結(jié)果表明長(zhǎng)江口及鄰近海域每年排放約3. 0×106g C進(jìn)入大氣。盡管河口海域面積僅占全球海洋面積的一小部分，但是隨著人類活動(dòng)的增加以及陸源輸入帶來(lái)大量營(yíng)養(yǎng)鹽以及有機(jī)物使得河口區(qū)域生態(tài)環(huán)境十分復(fù)雜，有可能貢獻(xiàn)出更高的CO通量。

圖6 CO海-氣通量、風(fēng)速以及過(guò)飽和系數(shù)的變化

3 結(jié)論

(1)秋季長(zhǎng)江口及鄰近海域大氣和海水中CO均呈現(xiàn)出近岸高、遠(yuǎn)岸低的趨勢(shì)，并且含量明顯高于開(kāi)闊大洋。此外，表層海水中CO濃度最高，隨著深度增加CO濃度逐漸降低。

(2)表層海水中CO濃度呈現(xiàn)明顯的周日差異，在光照強(qiáng)度較高的正午時(shí)分出現(xiàn)最大值，最小值出現(xiàn)在凌晨，表明海水中的CO主要是由CDOM光化學(xué)降解產(chǎn)生。

(3)秋季長(zhǎng)江口及鄰近海域CO微生物消耗速率處在0.21～1.12 h-1之間，平均值為(0.62±0.31)h-1。海水中CO微生物消耗趨勢(shì)呈指數(shù)型降低，微生物消耗為海水中CO的主要去除途徑。研究發(fā)現(xiàn)鹽度是影響微生物消耗的一個(gè)重要因素，在鹽度為0～19時(shí)，kbio隨鹽度升高而升高；在鹽度大于19時(shí)，kbio隨鹽度升高而降低，二者具有一定的相關(guān)性。

(4)秋季長(zhǎng)江口及鄰近海域表層海水中CO含量處于過(guò)飽和狀態(tài)，且具有較大的海-氣釋放通量，表明研究海域是大氣中CO的源。