海洋溶解有機碳循環簡介

吳凱

摘 要：海洋在全球碳循環中扮演著重要的角色，人類每年向大氣排放的CO2約有30%都被海洋所吸收。海洋中溶解有機碳的儲量巨大，與大氣中的無機碳儲量相當，可能對大氣CO2濃度產生重要影響。本文主要簡介了海洋溶解有機碳的研究進展。

關鍵詞：海洋溶解有機碳 循環

中圖分類號：S153.6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0165-02

碳作為構成生命的基本元素，是生物圈物質和能量循環的載體。工業革命以來，化石燃料燃燒、森林砍伐等人類活動向大氣排放大量的“溫室氣體”CO2，已有的證據表明，全球變暖、海平面上升、冰川融化等一系列的環境問題可能均與大氣CO2的升高有關。因此，全球碳循環日益受到科學家們的關注（圖1）。

海洋約占地球表面積的71%，是地表最大的碳儲庫之一，通過海氣交換過程直接調節大氣中CO2的濃度。有研究表明，每年約30%的人為CO2被海洋吸收（Feely et al， 2004；Raven and Falkowski，1999），從而緩和了全球氣候的變化，所以海洋碳循環一直是全球碳循環的焦點和熱點。

溶解有機碳（Dissolved Organic Carbon， DOC）是海洋碳循環的重要組成部分，它構成了海洋中最重要的碳儲庫之一。海洋中DOC的儲量達到685 Gt（1015 g），與大氣中CO2的碳儲量相當（Hansell and Calson， 1998）。DOC的生產與消耗過程發生微小的波動，都可能影響到海洋與大氣間CO2的平衡。因此，了解DOC在海洋中產生、遷移、轉化與去除的循環過程，已經成為海洋學家關注的熱點和面臨的挑戰之一。（如圖1）

隨著DOC測定技術的不斷發展與完善，以及全球海洋聯合通量計劃（JGOFS）、全球海洋生態動力學（GLOBEC）、陸海相互作用（LOCIZ）和上層海洋與低層大氣研究（SOLAS）等重大國際合作計劃的實施，人們對海洋DOC的研究取得了長足的進步。

1 海洋溶解有機碳的分布特征

水平分布上，海洋DOC的分布特點為近岸、陸架區濃度較高，大洋區濃度較低，即呈現河口高于近岸高于大洋的分布趨勢。這是由于通常情況下，近岸受到陸源有機物的影響，此外，由于人為和近岸河流輸入大量的營養鹽，由此造成浮游植物生長旺盛，近岸區域中的DOC含量通常要比遠岸區域高一些。垂直方向上，全球海洋都呈現相似的特點，即100 m以上水體中DOC較高，100～200 m有一個大的躍層，躍層以下的深層水中DOC較低，變化范圍小，性質較穩定。

DOC的季節變化主要與浮游植物的水華相關。高緯度海域由于冬季混合層加深，深層低的DOC被混入表層，造成表層DOC濃度較低；而到了春季水體層化，浮游植物發生水華，DOC濃度顯著升高。例如，羅斯海，冬季由于垂直混合強烈，DOC濃度最低為42 mol/L；而到了春季水體層化，發生水華時，DOC濃度升高到65～70 mol/L，DOC濃度升高了15～30 mol/L。中、低緯度海區由于水體較為穩定，沒有水華發生，DOC的季節變化不明顯。

2 海洋溶解有機碳的來源和去除過程

海洋DOC的來源主要包括兩種：外部來源和內部來源。內部來源與生物過程相關，包括浮游植物的釋放、浮游動物的撲食和排泄、病毒導致的細胞裂解和顆粒物的轉化等；外部來源則主要是河流輸入、大氣輸入及海洋底質沉積物輸入等（Hedges， 1992）。

DOC的去除主要是通過物理過程和生物過程共同實現的。深層海水DOC的生物可利用較差，光化學降解是其DOC移出的主要途徑。同時，異氧細菌作為海洋生態系統中有機質的主要分解者，也是將DOC從水體中移出的主要生物過程。水體中DOC的生物活性很大程度上決定了其被細菌利用的速率及利用量。Hopkinson等（1997）利用Georges Bank的陸架水進行的DOM降解實驗顯示水體中活性DOC占總量的10.4%，且DOC的初始濃度越高，其利用速度越快。