渤海水体中溶解态黑碳的时空分布与来源通量

发布时间：2017-12-14 16:13

  本文关键词：渤海水体中溶解态黑碳的时空分布与来源通量

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【摘要】：溶解态黑碳广泛存在于各类天然水体中,是溶解有机碳的重要成分。它的分子结构中含有浓缩稠环芳香核,芳香核的外周带有亲水性官能团,H/C和O/C的比值明显不同于溶解有机碳中常见的生物源成分和腐殖质类物质,具有富碳贫氢的特征。浓缩稠环结构是有机质经受高温(通常情况下为燃烧)后产生的特征性结构,其产物即通常所称的“黑碳”。黑碳是疏水性富碳颗粒物。溶解有机碳中含有黑碳标志性结构的一类物质被称为“溶解态黑碳”。研究已证实溶解态黑碳的前身是黑碳。因此,溶解态黑碳指一类含有亲水性官能团可溶于水且来源于高温(燃烧)过程的浓缩稠环有机化合物。溶解态黑碳涉及到黑碳和碳循环、污染物的迁移和生物可利用性、水生生态系统的初级生产力以及水体水质等诸多气候、环境和生态问题,成为当前的研究热点。溶解态黑碳是黑碳的降解中间产物,水体是黑碳两个主要储库——陆地土壤和海洋沉积物的联接体,因此水体是黑碳的重要中间储库。我国华北地区是黑碳排放的高强度区,而渤海是华北地区各类染污物(包括黑碳)的重要汇集地。为了调查渤海地区河流-海洋系统水体中溶解态黑碳的浓度时空分布、源-汇过程及控制因素,2010年到2014年,分季节分层位采集渤海和黄海水样1155个,同时分季节采集环渤海45条主要河流水样119个,在建立和优化溶解态黑碳分析方法——苯多羧酸分子标记物法的基础上分析水样中溶解态黑碳的浓度,并同时分析溶解有机碳、颗粒态黑碳、颗粒有机碳和悬浮颗粒物的浓度。结合温盐数据、流场、河流水文、降雨等信息,讨论了渤海地区河流-海洋系统中溶解态黑碳的迁移过程,估算了河流溶解态黑碳的入海通量和渤海水体中溶解态黑碳的储量。环渤海入海河流水体中溶解态黑碳的浓度范围为79.5-1328.0μg L-1,平均值为341.6±209.3μg L-1,中值为303.3μg L-1(n=115),居于全世界河流溶解态黑碳的浓度范围内。渤海水体中溶解态黑碳的浓度范围为36.5-208.3μg L-1,平均值为85.5±27.1μg L-1,中值为82.9μg L-1(n=846),高于黄海水体中溶解态黑碳的浓度,与美国海岸带水体中溶解态黑碳的浓度相当,显著高于开放大洋水体中溶解态黑碳的浓度。河流和海洋水体中溶解态黑碳的浓度均具有显著的时空三维变化特征,呈现河流-近岸-近海-远海明显递减的趋势。河流水体溶解态黑碳的浓度具有显著的流域空间差异,表现为渤海湾和莱州湾入海河流溶解态黑碳的浓度明显高于辽东湾和北黄海北岸入海河流溶解态黑碳的浓度,其平均值分别为488.0±219.1、385.7±192.1、218.3±87.0和124.7±25.5μg L-1。与之相对应,渤海湾和莱州湾水体中溶解态黑碳的浓度也高于辽东湾水体中溶解态黑碳的浓度,其平均值分别为105.1±24.7、117.6±33.2、和90.9±14.3μg L-1。渤海海湾水体中溶解态黑碳的浓度高于渤海中部和黄海水体中溶解态黑碳的浓度,它们的平均值分别为75.1±19.5和56.4±14.3μg L-1。在垂直空间上,由于渤海水深较浅,水体上下容易混合,从而使渤海水体中溶解态黑碳的浓度在垂向上变化很小。在时间变化角度上,环渤海河流水体中溶解态黑碳的浓度表现为平水期最高、丰水期次之、枯水期最低;由于受到河流入海通量的年际变化影响,2013年夏-秋季渤海湾和莱州湾水体中溶解态黑碳的浓度(平均值分别为136.2±34.3和131.2±30.7μg L-1)高于2014年夏-秋季渤海湾和莱州湾水体中溶解态黑碳的浓度(平均值分别为107.4±28.0和95.5±12.1μg L-1);由于在冬季强劲的偏北季风影响下,渤海沿岸流显著增强,进而使渤海海湾与渤海中部的水交换速率明显加大,从而呈现出渤海中部水体中溶解态黑碳的浓度在冬季明显高于其他三个季节,2010-2011年冬、春、夏和秋季4个航次的平均浓度分别为87.0±22.1、73.9±17.3、73.7±19.2和79.8±21.9μg L-1。2014年环渤海河流溶解态黑碳的入海量为7.43±1.51 Gg,其中黄河的贡献率达到25.9%。环渤海河流以约占全世界河流0.84‰的入海水量输送了约占全世界河流携带至海洋的溶解态黑碳通量的0.28‰。渤海水体中溶解态黑碳的储量为113.81 Gg。
【学位授予单位】：中国科学院烟台海岸带研究所
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P734.2;X145

【参考文献】

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1 Huiping Huang;Emma Sawade;David Cook;Christopher W.K.Chow;Mary Drikas;Bo Jin;;High-performance size exclusion chromatography with a multi-wavelength absorbance detector study on dissolved organic matter characterisation along a water distribution system[J];Journal of Environmental Sciences;2016年06期

2 王玉梅;丁俊新;张军;;渤海生态环境及其影响因素的演变特征分析[J];鲁东大学学报(自然科学版);2016年01期

3 吴萍;王丽琳;龚茂s，

本文编号：1288530