四十里湾海水碳循环体系现状分析_王曦.pdf

四十里湾海水碳循环体系现状分析王 曦（烟台市海洋环境监测预报中心，山东烟台）摘要 以四十里湾的水质为例，对该海域的海水碳循环体系进行初步研究，发现该海域海水当前处于弱源状态，综合 年海水营养盐监测结果，给出如下建议：将海水中无机碳各指数列为常态化监测；扩充海洋综合人才队伍建设；进一步加强海洋环境的综合治理状况。关键词 碳中和；蓝碳；海水碳循环体系；四十里湾中图分类号 文献标识码 文章编号（）：开放科学（资源服务）标识码（）：（，），：；作者简介 王曦（），女，蒙古族，山东烟台人，工程师，从事海洋环境监测和政策分析。收稿日期；修回日期 年联合国发布的蓝碳报告指出，地球上有 的二氧化碳储存在海洋，但平均每年有 的蓝色碳汇消失，“蓝碳”也正式走入大众视野。“蓝碳”又称“蓝色碳汇”或“海洋碳汇”，特指海洋活动及海洋生物吸收大气中的二氧化碳，并将其固定、储存在海洋生态系统中的过程、活动和机制。烟台海域的海水碳循环体系真实状况的探索将成为烟台在“蓝碳”领域率先实现碳达峰是不可或缺的一环。海水中溶解有大量碳的化合物，其中无机碳的主要形式为和，二氧化碳碳酸盐体系参与大气海洋界面、海洋沉积物与海水界面以及海水介质中的化学反应，它直接影响海洋中许多化学平衡。多年来，受温室效应对全球气候的影响，海洋也作为大气 的重要调节器。该研究以四十里湾海域为试点，对该海域的海水碳循环体系进行初次研究，为今后烟台在“蓝碳”领域监测工作的开展及“蓝碳”交易工作提供支持。研究区概况与分析方法研究区概况四十里湾海域（、）面积 ，海岸线长 ，为耳状半封闭型浅水湾。根据烟台市海洋功能区划，该海域主导功能为旅游、渔业资源利用和养护。目前，有逛荡河、辛安河、鱼鸟河三大主要入海河流，涵盖省级及以上海洋牧场 个，海水浴场 个，是烟台市重要发展建设的海湾之一。样品采集 年春季对烟台四十里湾进行海水样品采集，调查站位如图 所示红色圆点。水温、盐度、等样品采集按照海洋监测规范（）规定的方法执行，总碱度样品采集按照海洋调查规范（）规定的方法执行。分析方法 按照海洋监测规范规定的方法，在调查海域现场测定水温（），将采集的海水水样带回实验室分析化验；使用 型盐度计测定盐度（）；用 计测定调查海域海水；采用敞口式电位滴定法测定海水总碱度。结果与分析 海水的 与碳酸盐体系 海水的 变化幅度不大，大洋海水的 一般在 左右，表层海水的 通常稳定在，中、深层海水的 一般在。四十里湾海域水深在 ，如图 蓝色虚线表示。表层海水温度，底层海水温度 ，如图 橘色线表示。表层海水 最大值，最小值，平均值；底层海水 最大值，最小值，平均值，如图 黑色线表示。海水 与二氧化碳碳酸盐体系有两级解离平衡关系，对海水 起控制作用。为了理论研究方便，引用热力学常数、，其中：（）（）但是实际应用中由于单独离子很难存活，且难以测定，为了清楚地知道离子对的平衡，因此实际采用表观解离常数（）：（）（）式中，为活度系数。将、取对数，可以看出不仅与温度、压力有关，还与溶液浓度有关。安徽农业科学，（）：，图 四十里湾海域水质调查站位、水深、水温、分布，由上述两式可知，在一定的温度、压力与盐度下，主要由 各种离解形式之间的比值决定。为了研究方便，直接引用海水碳酸盐体系平衡的表观常数、海水碳酸盐体系平衡的表观常数。海水的总碱度与碳酸盐体系海水中有相当数量的、（）等弱酸阴离子，它们都是氢离子的接受体，其所能接受氢离子总量称为总碱度、碱度或滴定碱度，常用符号、或 等。总碱度（，）是海水中弱酸阴离子总含量的一个量度，严格定义为：在温度为 时，海水中弱酸阴离子全部被释放时所需要氢离子的毫摩尔数。表达公式如下：（）（）（）或（）（）（）式中，代表剩余碱度。其中，氢氧根离子、磷酸盐、硅酸盐和其他碱的微小贡献可以忽略，因而 的表示式可以简化为：（）海水中由碳酸弱阴离子对总碱度作出贡献的和即为碳酸碱度，以 表示：（）经测定，四十里湾水域总碱度表层最小值为 ，最大值为 ，平均值为 ；底层最小值为 ，最大值为 ，平均值为 。具体分布如图所示。该海域的盐度表层最大值为，最小值为，平均值为；底层最大值为，最小值为，平均值为。硼酸弱阴离子对总碱度的贡献即为硼酸碱度，以 表示：（）。图 四十里湾总碱度分布 因此，总碱度还可以表示为：（）海水中的（）一般无法直接测定，通过总硼的浓度（）、硼酸的解离常数和海水 求得：（）（）根据海水组成恒定比由盐度 求出：（）海水中溶解无机碳的总浓度为海水总二氧化碳或海水总碳酸盐、总溶解无机碳的浓度，以 表示。公式如下：（）（）（）（）根据海水中碳酸盐体系的电离平衡：可以得出：（）（）（）（）由于不同水层承受压力不同，压力对溶液中的平衡常数也有影响，这个在二氧化碳参与的平衡中是不可忽略的，也是海水对大气中的二氧化碳是汇还是源的重要参考依据，海水中整体碳酸盐体系交换如图 所示。因此压力对平衡常数的影响关系可以表达为：（）（）计算过程中，直接引用海水碳酸盐体系平衡的表观常数、海水碳酸盐体系平衡的表观常数。在海水碳酸盐体系的基本计算中，测得水温（）、总碱度（），然后按照公式（）至（），则能得到四十里湾海域碳循环的基本状况。的浓度在表层的最大值为 ，最小值为 ，平均值为 ；底层海水 的 最 大 值 为 ，最 小 值 为 安徽农业科学 年图 海水碳酸盐体系交换 ，平均值为 。具体如图 所示。图 四十里湾 分布（单位：）的浓度在表层的最大值为 ，最小值为 ，平均值为 ；底层海水的最大值为 ，最小值为 ，平均值为 。具体如图 所示。图 四十里湾 分布（单位：）的浓度在表层的最大值为 ，最小值为 ，平均值为 ；底层海水的最大值为 ，最小值为 ，平均值为 。具体如图 所示。图 四十里湾 分布（单位：）（）的浓度在表层的最大值为 ，最小值为 ，平均值为 ；底层海水的最大值为 ，最小值为 ，平均值为 。具体如图 所示。图 四十里湾（）分布（单位：）（）的浓度在表层的最大值为 ，最小值为，平均值为 ；底层海水的最大值为，最小值为 ，平均值为 。具体如图 所示。图 四十里湾 分布（单位：）四十里湾近年历史数据对比综合来看，年春季 卷 期 王 曦 四十里湾海水碳循环体系现状分析四十里湾的 在，整体海域的均值在。统计 年以来该海域春季海水 数据（、年未监测），年 在，整体海域的均值在；年 在，整体海域的均值在；年 在，整体海域的均值在；年 在 ，整体海域的均值在；年 在，整体海域的均值在。可以看出春季该海域 虽然变化不大，但仍存在小的波动（图），原因有人类环境治理、海洋生物活动以及溶解无机碳。在该海域范围内，年开展环境生态保护整治工作，对沿海防护林内的违法养殖进行拆除；年进行第二轮环境生态保护整治工作，对养殖泡沫浮球进行整改。这 次比较重要人类活动对当年海域中的 造成了轻微的降低，海水的自我综合循环系统让 整体恢复。当海洋生物的光合作用强于呼吸作用时，海水 升高；反之，海水 降低，也是不同时节海洋生物的活动状态对海水 的影响因素之一。溶解无机碳是 年首次获得，在此不赘述两者关系。图 年四十里湾春季 变化 海水中的总碱度（）保持稳定，海水温度、压力、海气界面 的交换以及生物对 的吸收与释放均不会对其有影响，但是盐度、碳酸钙的沉淀与溶解、氮的生物吸收和有机物在矿化过程中溶解无机氮的释放会导致海水中总碱度的变化。该海域 年春季盐度在，整体海域的均值在。为今后进一步掌握该海域总碱度的变化，统计了 年以来春季四十里湾海水盐度（图）。年盐度在 ，整体海域的均值在；年盐度在，整体海域的均值在；年盐度在，整体海域的均值在；年盐度在，整体海域的均值为；年盐度在，整体海域的均值在。年盐度逐年上升，年急速下降。年春季无机氮含量在 ，整体海域的均值在 。统计 年以来该海域春季海水营养盐 无 机 氮 数 据 可 得，年 无 机 氮 含 量 在 ，整体海域的均值在 ；年无机氮含量在 ，整体海域的均值在 ；图 年四十里湾春季盐度变化 年无机氮含量在 ，整体海域的均值在 ；年无机氮含量在 ，整体海域的均值在 ；年无机氮含量在 ，整体海域的均值在 。可见，海水中的营养盐无机氮的含量一直较为丰富。讨论与结论 年大气 浓度由 增加至 ，截至 年大气中 浓度为。根据地球系统研究实验室全球检测实验室（）大气二氧化碳水平测量结果显示，二氧化碳含量水平达到了 ，此次初步研究中，该海域的表层海水 表层的最大值为 ，最小值为 ，平均值为 ，所以该海域整体表现为大气 的弱源。在海水中二氧化碳体系各分量的计算中，涉及海水碳酸盐体系的参数有、以及 或，测得其中两项，则可以根据基本关系式（公式）就可算出其他各项。该研究就是运用 和 进行的各量计算。且试验中采用敞口式电位滴定，受空气中二氧化碳的影响，因而存在一定范围的系统误差。海水中保守阳离子和保守阴离子的电荷数差随着盐度的变化而变化，而实验室过程中样品经过冷藏保存，再恢复至室温，样品本身具有一定的挥发性，且试验中需要加入超纯水补充体积完成测量，而这些过程会导致海水样品中总碱度的变化。该研究正是基于对碳中和和碳交易对我国重要性的理解，因此对烟台近海海域 四十里湾为例开展调查，了解该海域的碳循环状况，就当下（年 月份）而言该海域是二氧化碳的弱源，即大气中含有的二氧化碳有少部分是来源于海洋。如果想充分发挥海洋的碳汇作用，提出以下建议：将海水中无机碳各指数列为常态化监测。为更加详细地掌握各地方已有海域的“蓝碳”情况，各地方海洋监测部门在其职能范围内，应该将简单的、海水中的、等海水指标纳入可评估海水碳循环体系中，无机碳部分的监测项目列入常规监测项目，使得综合评估后的海水碳循环状况清晰明确，为海洋领域达到碳中和提供数据支撑。扩充海洋人才队伍建设。融合政策、经济、地质、化学、生（下转第 页）安徽农业科学 年磷是构成植物生命不可或缺的重要元素。土层土壤全磷含量刺槐白榆混交林地最高。与裸地相比，白榆林地、刺槐白榆混交林地提高 土层土壤全磷效果显著，其余复垦模式土壤全磷含量没有表现出明显提高。各复垦模式速效磷含量均有提高。但根据土壤速效磷含量分级，所测土壤速效磷含量均处在中等及以下水平，大多数处在极低和较低等级，但是各复垦模式含量相较裸地均有提高。说明海州露天矿排土场整体速效磷含量不高，但是实施复垦对排土场土壤速效磷含量有提高效果。各复垦模式土壤全钾含量差别较小，刺槐白榆混交林地土壤全钾含量最低。与裸地相比，白榆林地、刺槐林地、农田、草地提高 土层土壤全钾效果显著，各复垦模式 土层土壤全钾含量没有明显提高。刺槐林地、白榆林地、刺槐白榆混交林地有提高土壤速效钾含量的能力。而土壤速效钾含量整体处于极低水平，说明海州露天矿排土场整体缺钾，需要施用其他措施处理。刺槐白榆混交林地土壤有机质含量显著高于其余复垦模式，且处于极高水平，说明刺槐白榆混交林地对土壤的修复效果明显。各复垦模式对土壤 均有降低作用，且林地降低 较小，但总体来说，进行土壤复垦的土地对土壤酸碱性都有改良作用。结论不同复垦模式与裸地相比，均有修复土壤的效果。表层土壤质量提高明显，土壤磷含量变化不明显。刺槐白榆混交林地提高土壤全氮、全磷、碱解氮、有机质含量能力明显。各复垦模式对土壤修复效果由强到弱依次为刺槐白榆混交林地、刺槐林地、白榆林地、农田、草地、裸地。综上所述，排土场在改善土壤质量方面应采用刺槐白榆混交林地为主，白榆和刺槐林地为辅，还需要施用其余复垦措施来提高土壤速效磷、速效钾含量。参考文献 高英旭，刘红民，刘阳，等海州露天矿排土场不同林分土壤理化性质对植被生物量的影响中南林业科技大学学报，（）：许丽，樊金栓，周心澄，等阜新市海州露天煤矿排土场植被自然恢复过程中物种多样性研究干旱区资源与环境，（）：刘宝勇，赵凯，宋子岭，等海州露天矿排土场不同复垦模式下土壤酶与土壤肥力典型相关分析中国水土保持科学，（）：黄思远广西都安县核桃林土壤养分状况及其评价南宁：广西大学，：闫晗露天煤矿排土场土壤微生物生态特征及土壤质量评价阜新：辽宁工程技术大学，：梁冰，白国良阜新市新邱露天矿东排土场土地复垦模式研究露天采矿技术，（）：刘宝勇，李