珠江口碳酸盐系统的年际变化

论文摘要

河口是陆源物质入海的主要通道也是生物地球化学过程的活跃区域。本论文以典型的亚热带大河河口——珠江口为研究区域,探讨有机碳氧化、硝化作用、CaCO3溶解等生物地球化学过程对碳酸盐系统空间分布的影响,及环境变化对碳酸盐系统年际变化的潜在影响。2019年1月在珠江口伶仃洋测定了碳酸盐系统参数、溶解氧、营养盐和钙离子的空间分布,发现上游广州段的溶解无机碳（DIC）和总碱度（TA）都>2000μmol kg-1,随盐度降低,到盐度>5又随盐度升高。盐度>32的水域DIC浓度为2011和2221 μmol kg-1。北江、东江水与海水混合是盐度5左右出现DIC和TA低值的主要原因。此外,广州段水域的DIC和TA分别有699.3和546.2μmolkg-1的添加。上游氨氮浓度>150μmolkg-1,硝酸盐浓度>400 μmolkg-1,向下游方向逐渐降低。探讨了不同生物地球化学过程对碳酸盐系统参数的定量影响。计算发现,在上游广州附近水域,有机碳氧化使水体DIC升高132.5μmol kg-1,TA不变,pH25降低0.228;硝化作用使TA降低57.5 μmol kg-1,DIC不变,pH25降低0.132;沉积物向水体释放 DIC 491.3～912.3 μmol kg-1,TA 457.2～849.2 μmol kg-1,使 pH25 升高 0.003～0.019;CaC03 溶解使 DIC 升高 159.9 μol kg-1,TA 升高319.8 μmol kg-1,pH25 升高 0.769;水体 CO2 逸出使 DIC 降低 130.5～536.7 μmol kg-1,TA不变,pH25升高0.164～0.477。上述过程使DIC和TA各升高653.2～668.0和759.5～1111.5μmol kg-1,与比广州段水体实测DIC添加量（699.3 μmol kg-1）高度一致,但比实测TA值添加量（546.2 μml kg-1）高173.3～566.0μmol kg-1。这些小差异可能源于水的停留时间、平均深度等数据的不准确,或者沉积物释放量不准确。有机碳氧化和硝化作用导致珠江口上游水体酸化的主要过程,而CaCO3溶解和CO2向大气释放是缓解珠江口上游水体酸化的重要过程。与2005年1月相比,珠江口上游广州段的DIC和TA从>3000μmol kg-1降低到 2000～2200 μmol kg-1,氨氮浓度从>800 μmol kg-1 降低到 150 μmol kg-1。广州附近水域浓度的降低导致整个上游混合区的浓度都大幅降低。通过比较呼吸速率、硝化速率、CaCO3溶解、沉积物释放和水体C02逸出等过程的影响来揭示造成年际变化的主要原因。与2005年1月相比,2019年1月上游广州段水域的总耗氧速率几乎没变（42.2～55.7和49.5～54.4 μmol O2 L-1 d-1）,但是硝化速率升高了一倍左右,从2005年1月的4.2～5.4 μmol L-1 d-1升高到2019年1月的11.5～12.4μmol L-1 d-1。在考虑相同的生物地球化学过程下,2019年1月各生物地球化学过程导致的DIC和TA添加量分别比2005年1月降低了 665.0～718.8和1197.7～1232.7 μmol kg-1。尽管这个数字与实测的DIC和TA添加量的降低量（1039.9和1146.3 μmol kg-1）还有差异,但是可以在很大程度上解释2019年1月广州段水体DIC和TA比2005年1月大幅降低的机制。结果表明,尽管有机碳氧化和硝化作用对DIC和TA的影响也发生了变化,但是CaC03溶解量的降低（从778.9降低到159.9 μmolkg-1）是2019年1月DIC和TA添加量降低的主要原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究现状及意义
•     1.1.1 河口水体碳酸盐系统概述
•     1.1.2 河口水体碳酸盐系统的调控过程
•     1.1.3 人为活动及变化的影响
•   1.2 珠江口碳酸盐系统研究进展
•   1.3 研究内容和目标
•     1.3.1 现场发现和科学假设
•     1.3.2 研究内容
•   1.4 论文框架
• 第2章 研究区域与方法
•   2.1 研究区域
•     2.1.1 地域和气候特征
•     2.1.2 水文和生物地球化学特征
•     2.1.3 生活污染排放及处理率的年际变化
•   2.2 航次信息
•     2.2.1 2019年1月珠江口航次
•     2.2.2 珠江的径流量
•   2.3 样品采集和分析方法
•     2.3.1 走航连续观测参数
•     2.3.2 水样采集和测定方法
•   2.4 总耗氧速率和硝化速率测定
•   2.5 数据处理方法
•     2.5.1 碳酸钙饱和度指数和pH的计算
• 2通量的计算'>    2.5.2 水-气CO₂通量的计算
• 第3章 2019年1月珠江口碳酸盐参数的分布及主要调控机制
•   3.1 水体碳酸盐系统参数和溶解氧的空间分布
•     3.1.1 温度和盐度的空间分布
• 2和溶解氧的空间分布'>    3.1.2 pCO₂和溶解氧的空间分布
• 25的空间分布'>    3.1.3 DIC、TA和pH₂₅的空间分布
•   3.2 营养盐的空间分布
•   3.3 培养实验结果
•     3.3.1 总耗氧速率
•     3.3.2 硝化速率
•   3.4 用营养盐空间分布估算硝化速率
•   3.5 河口混合和生物地球化学过程对DIC和TA空间分布的影响
•     3.5.1 河口水体混合对珠江口上游TA和DIC的影响
•     3.5.2 有机碳氧化和硝化作用对TA和DIC的影响
• 3溶解对TA和DIC的影响'>    3.5.3 CaCO₃溶解对TA和DIC的影响
•     3.5.4 沉积物厌氧反应对水体TA和DIC的影响
• 2交换（水体CO₂逸出）对TA和DIC的影响'>    3.5.5 水-气CO₂交换（水体CO₂逸出）对TA和DIC的影响
•     3.5.6 各过程对DIC和TA影响量的汇总
• 25的影响'>  3.6 生物地球化学过程对pH₂₅的影响
•     3.6.1 水体有机碳耗氧分解和硝化作用
• 3溶解'>    3.6.2 CaCO₃溶解
•     3.6.3 沉积物DIC和TA释放
• 2逸出'>    3.6.4 水体CO₂逸出
•     3.6.5 各过程对pH25影响量的汇总
•   3.7 本章小结
• 第4章 珠江口碳酸盐系统的年际变化—2005年与2019年冬季的比较
•   4.1 2005年1月与2019年1月水体碳酸盐系统参数和溶解氧的空间分布的比较
•     4.1.1 温度和盐度的空间分布
• 2和溶解氧的空间分布'>    4.1.2 pCO₂和溶解氧的空间分布
•   4.2 2005年1月和2019年1月水体碳酸盐系统空间分布的比较
•   4.3 2005年1月与2019年1月营养盐空间分布的比较
•   4.4 冬季珠江口上游DIC和TA年际变化的主要调控机制
•     4.4.1 有机碳氧化和硝化作用的比较
• 3溶解量的比较'>    4.4.2 CaCO₃溶解量的比较
•     4.4.3 沉积物厌氧反应对水体TA和DIC影响的比较
• 2逸出对TA和DIC影响的比较'>    4.4.4 CO₂逸出对TA和DIC影响的比较
•     4.4.5 各过程对DIC和TA影响的汇总及比较
•   4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 宋雪

导师: 郭香会

关键词: 珠江口,碳酸盐系统,生物地球化学过程,营养盐,年际变化

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地球物理学

单位: 厦门大学

分类号: P342

DOI: 10.27424/d.cnki.gxmdu.2019.000265

总页数: 89

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