海洋所研究發(fā)現(xiàn)大氣有機(jī)碳濕沉降可間接增加近海碳匯強(qiáng)度
近日,國際期刊Marine Pollution Bulletin刊發(fā)中國科學(xué)院海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋金明、袁華茂團(tuán)隊(duì)關(guān)于海洋大氣有機(jī)碳沉降的最新研究成果,解析了膠州灣大氣溶解有機(jī)碳和顆粒有機(jī)碳的濕沉降過程及其潛在的復(fù)雜生態(tài)環(huán)境效應(yīng),研究結(jié)果對深入認(rèn)識(shí)近海和海岸帶有機(jī)碳的生物地球化學(xué)循環(huán)及海洋碳增匯具有重要科學(xué)價(jià)值。
有機(jī)碳(OC)作為大氣的重要成分對全球氣候、區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量以及人類健康等有廣泛而深遠(yuǎn)的影響,是當(dāng)今全球變化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。以降水為代表的濕沉降過程是OC從大氣中清除的主要方式。此外,在近海區(qū)域,作為海洋OC的重要輸入途徑之一,大氣沉降尤其是濕沉降在降低大氣OC濃度的同時(shí)也可能在海洋碳循環(huán)中發(fā)揮著不可忽視的作用,并最終影響海洋碳源匯強(qiáng)度。然而,目前對海洋大氣有機(jī)碳沉降特征、來源及其在近海碳循環(huán)中的作用仍不明晰。
該研究選擇我國北方受自然變化和人類活動(dòng)雙重影響顯著的典型城市化半封閉海灣——膠州灣,對其大氣OC濕沉降過程開展了四年(2018年9月至2022年8月)的長時(shí)間序列觀測,綜合分析了溶解有機(jī)碳(DOC)和顆粒有機(jī)碳(POC)在降水中的豐度、來源和沉降特征,并初步探討了有機(jī)碳沉降入海后對近海碳循環(huán)及海洋碳匯的影響。
結(jié)果表明,膠州灣大氣降水中POC和DOC的雨量加權(quán)平均(VWM)濃度分別為0.38和2.06 mg L-1(以碳計(jì),下同),以溶解態(tài)占主導(dǎo),季節(jié)變化顯著,與氣象因素(降水量)、氣團(tuán)來源和傳輸方向以及源排放強(qiáng)度密切相關(guān)(圖1)。盡管二者在年際變化上均呈下降趨勢,但與國內(nèi)外相關(guān)海域相比仍處于較高水平,反映了高強(qiáng)度人類活動(dòng)對膠州灣大氣環(huán)境的顯著影響。多種源解析方法聯(lián)用結(jié)果顯示,降水中POC的主要來源是化石燃料燃燒(42.8 %)以及C3植物生源和燃燒源排放(40.7 %)(圖2)。計(jì)算得到膠州灣大氣OC的年平均濕沉降通量達(dá)2.67 g m-2,可為膠州灣提供986.6 t·yr-1的OC,其中具備生物可利用性的DOC約為506.3 t·yr-1,可支持75.9 t·yr-1的細(xì)菌有機(jī)碳,促進(jìn)次級生產(chǎn)力的增長(圖3)。此外,來自降水的惰性溶解有機(jī)碳(RDOC)的沉降可能會(huì)貢獻(xiàn)海洋RDOC碳庫,增強(qiáng)海洋碳封存,具有碳增匯潛力,可望成為助力國家“碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的新途徑,對此需加強(qiáng)關(guān)注并深入探究。

圖1 不同季節(jié)的降水氣團(tuán)來源方向和傳輸路徑聚類分析

圖2 大氣降水有機(jī)碳與各類源指示因子的相關(guān)性分析

圖3 膠州灣大氣有機(jī)碳濕沉降參與海洋碳循環(huán)與增加海洋碳匯強(qiáng)度
論文第一作者為碩士研究生馮辰龍,通訊作者為邢建偉副研究員和袁華茂研究員,研究得到了山東省自然科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院海洋研究所“匯泉青年學(xué)者”人才項(xiàng)目聯(lián)合資助。
相關(guān)論文鏈接如下:
Chenlong Feng, Jianwei Xing, Huamao Yuan, Jinming Song, Xuegang Li, Tianrong Zhan, Jun Ma. Organic carbon in wet deposition of an urbanized coastal bay, North China: Flux, sources and biogeochemical implications. Marine Pollution Bulletin, 2024, 201: 116158.
DOI: 10.1016/j.marpolbul.2024.116158
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