四十里灣海水碳循環體系現狀分析

摘要 以四十里灣的水質為例，對該海域的海水碳循環體系進行初步研究，發現該海域海水當前處于弱源狀態，綜合2015—2021年海水營養鹽監測結果，給出如下建議：將海水中無機碳各指數列為常態化監測；擴充海洋綜合人才隊伍建設；進一步加強海洋環境的綜合治理狀況。

關鍵詞 碳中和；藍碳；海水碳循環體系；四十里灣

中圖分類號 X834 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2023）06-0049-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.06.014

Analysis on the Status Quo of Seawater Carbon Cycle System in Sishili Bay

WANG Xi

（Yantai Marine Environmental Monitoring & Forecasting Center，Yantai，Shandong 264003）

Abstract Taking the water quality of Sishili Bay as an example， a preliminary study of the seawater carbon cycle system in the sea area was carried out， and it was found that the sea water in this sea area was currently in a weak source state.Comprehensive monitoring of seawater nutrients from 2015 to 2021 as a result， the following conclusions were drawn：the index of inorganic carbon in seawater should be listed as normal monitoring;the construction of marine comprehensive talent team should be expanded;the comprehensive management of marine environment needs to be further strengthened.

Key words Carbon neutral;Bule carbon;Seawater carbon cycle system;Sishili Bay

2009年聯合國發布的《藍碳》報告指出，地球上有93%的二氧化碳儲存在海洋，但平均每年有2%～7%的藍色碳匯消失［1］，“藍碳”也正式走入大眾視野?！八{碳”又稱“藍色碳匯”或“海洋碳匯”，特指海洋活動及海洋生物吸收大氣中的二氧化碳，并將其固定、儲存在海洋生態系統中的過程、活動和機制。煙臺海域的海水碳循環體系真實狀況的探索將成為煙臺在“藍碳”領域率先實現碳達峰是不可或缺的一環。海水中溶解有大量碳的化合物，其中無機碳的主要形式為H2CO3和CO2，二氧化碳－碳酸鹽體系參與大氣－海洋界面、海洋沉積物與海水界面以及海水介質中的化學反應，它直接影響海洋中許多化學平衡。多年來，受溫室效應對全球氣候的影響，海洋也作為大氣CO2的重要調節器［2］。該研究以四十里灣海域為試點，對該海域的海水碳循環體系進行初次研究，為今后煙臺在“藍碳”領域監測工作的開展及“藍碳”交易工作提供支持。

1 研究區概況與分析方法

1.1 研究區概況 四十里灣海域（37°25′～37°37′N、120°21′～120°37′E）面積280 km2，海岸線長20 km，為耳狀半封閉型淺水灣。根據《煙臺市海洋功能區劃》，該海域主導功能為旅游、漁業資源利用和養護。目前，有逛蕩河、辛安河、魚鳥河三大主要入海河流，涵蓋省級及以上海洋牧場12個，海水浴場2個，是煙臺市重要發展建設的海灣之一。

1.2 樣品采集 2022年春季對煙臺四十里灣進行海水樣品采集，調查站位如圖1所示紅色圓點。水溫、鹽度、pH等樣品采集按照《海洋監測規范》（GB 17378.4—2007）［3］規定的方法執行，總堿度樣品采集按照《海洋調查規范》（GB/T 12763.4—2007）［4］規定的方法執行。

1.3 分析方法 按照《海洋監測規范》［3］規定的方法，在調查海域現場測定水溫（t），將采集的海水水樣帶回實驗室分析化驗；使用SYA2-2型鹽度計測定鹽度（S）；用pH計測定調查海域海水pH；采用敞口式電位滴定法測定海水總堿度［5-6］。

2 結果與分析

2.1 海水的pH與碳酸鹽體系

海水的pH變化幅度不大，大洋海水的pH一般在8.0左右，表層海水的pH通常穩定在8.1±0.2，中、深層海水的pH一般在7.5～8.2［2］。四十里灣海域水深在7.2～15.3 m，如圖1藍色虛線表示。表層海水溫度8.4～11.5 ℃，底層海水溫度6.5～7.3 ℃，如圖1橘色線表示。表層海水pH最大值8.21，最小值8.12，平均值8.17；底層海水pH最大值8.19，最小值8.13，平均值8.16，如圖1黑色線表示。

由于不同水層承受壓力不同，壓力對溶液中的平衡常數也有影響，這個在二氧化碳參與的平衡中是不可忽略的，也是海水對大氣中的二氧化碳是匯還是源的重要參考依據，海水中整體碳酸鹽體系交換如圖3所示。 因此壓力對平衡常數的影響關系可以表達為：

計算過程中，直接引用海水碳酸鹽體系平衡的表觀常數K0′［9］、海水碳酸鹽體系平衡的表觀常數KB′［8］。在海水碳酸鹽體系的基本計算中，測得水溫（t）、pH、總堿度（TA），然后按照公式（1）至（8），則能得到四十里灣海域碳循環的基本狀況。

DIC的濃度在表層的最大值為2 997.094 μmol/kg，最小值為2 571.155 μmol/kg，平均值為2 687.808 μmol/kg；底層海水的最大值為2 628.039 μmol/kg，最小值為2 558.247 μmol/kg，平均值為2 605.849 μmol/kg。具體如圖4所示。

CHCO3-的濃度在表層的最大值為2 524.141 μmol/kg，最小值為2 390.574 μmol/kg，平均值為2 425.197 μmol/kg；底層海水的最大值為2 484.136 μmol/kg，最小值為 2 405.545 μmol/kg，平均值為2 456.841 μmol/kg。具體如圖5所示。

CCO32-的濃度在表層的最大值為160.880 μmol/kg，最小值為136.778 μmol/kg，平均值為150.066 μmol/kg；底層海水的最大值為132.119 μmol/kg，最小值為116.560 μmol/kg，平均值為123.861 μmol/kg。具體如圖6所示。

CCO2（T）的濃度在表層的最大值為25.593 μmol/kg，最小值為19.702 μmol/kg，平均值為21.831 μmol/kg；底層海水的最大值為27.175 μmol/kg，最小值為22.920 μmol/kg，平均值為25.146 μmol/kg。具體如圖7所示。

PCO2的濃度在表層的最大值為574.479 Pa，最小值為442.245 Pa，平均值為490.044 Pa；底層海水的最大值為513.102 Pa，最小值為432.754 Pa，平均值為474.790 Pa。具體如圖8所示。

2.3 四十里灣近年歷史數據對比 綜合來看，2022年春季四十里灣的pH在8.12～8.21，整體海域的均值在8.17。統計2015年以來該海域春季海水pH數據（2019、2020年未監測），2015年pH在8.08～8.16，整體海域的均值在8.12；2016年pH在8.12～8.26，整體海域的均值在8.17；2017年pH在8.03～8.20，整體海域的均值在8.14；2018年pH在8.11～8.25，整體海域的均值在8.18；2021年pH在7.65～8.24，整體海域的均值在8.13?？梢钥闯龃杭驹摵Ｓ騪H 雖然變化不大，但仍存在小的波動（圖9），原因有人類環境治理、海洋生物活動以及溶解無機碳。在該海域范圍內，2017年開展環境生態保護整治工作，對沿海防護林內的違法養殖進行拆除；2021年進行第二輪環境生態保護整治工作，對養殖泡沫浮球進行整改。這2次比較重要人類活動對當年海域中的pH造成了輕微的降低，海水的自我綜合循環系統讓pH整體恢復。當海洋生物的光合作用強于呼吸作用時，海水pH升高；反之，海水pH降低［7］，也是不同時節海洋生物的活動狀態對海水pH的影響因素之一。溶解無機碳是2022年首次獲得，在此不贅述兩者關系。

海水中的總堿度（TA）保持穩定，海水溫度、壓力、海氣界面CO2的交換以及生物對CO2的吸收與釋放均不會對其有影響，但是鹽度、碳酸鈣的沉淀與溶解、氮的生物吸收和有機物在礦化過程中溶解無機氮的釋放會導致海水中總堿度的變化。

該海域2022年春季鹽度在29.395‰～30.221‰，整體海域的均值在29.762‰。為今后進一步掌握該海域總堿度的變化，統計了2015年以來春季四十里灣海水鹽度（圖10）。2015年鹽度在30.864‰～31.529‰，整體海域的均值在31.362‰；2016年鹽度在31.527‰～31.840‰，整體海域的均值在31.675‰；2017年鹽度在31.835‰～32.212‰，整體海域的均值在32.013‰；2018年鹽度在31.479‰～32.606‰，整體海域的均值為32.051‰；2021年鹽度在30.668‰～31.258‰，整體海域的均值在31.050‰。2015—2018年鹽度逐年上升，2021—2022年急速下降。

2022年春季無機氮含量在0.126～0.244 mg/L，整體海域的均值在0.171 mg/L。統計2015年以來該海域春季海水營養鹽無機氮數據可得，2015年無機氮含量在0.143～0.452 mg/L，整體海域的均值在0.289 mg/L；2016年無機氮含量在0.016～0.093 mg/L，整體海域的均值在0.054 mg/L；2017年無機氮含量在0.089～0.269 mg/L，整體海域的均值在0.189 mg/L；2018年無機氮含量在0.116～0.576 mg/L，整體海域的均值在0.257 mg/L；2021年無機氮含量在0.013～0.196 mg/L，整體海域的均值在0.051 mg/L?？梢姡Ｋ械臓I養鹽無機氮的含量一直較為豐富。

3 討論與結論

1740—1997年大氣CO2濃度由27 Pa增加至369 Pa，截至2013年大氣中CO2濃度為405 Pa［11］。根據地球系統研究實驗室－全球檢測實驗室（earth system research laboratories-global monitoring laboratory）大氣二氧化碳水平測量結果顯示，二氧化碳含量水平達到了425.798 Pa［12］，此次初步研究中，該海域的表層海水PCO2表層的最大值為574.479 Pa，最小值為442.245 Pa，平均值為490.044 Pa，所以該海域整體表現為大氣CO2的弱源。

在海水中二氧化碳體系各分量的計算中，涉及海水碳酸鹽體系的參數有pH、TA、DIC、PCO2以及CHCO3-或CCO32-，測得其中兩項，則可以根據基本關系式（公式1～8）就可算出其他各項。該研究就是運用pH和TA進行的各量計算。且試驗中采用敞口式電位滴定，受空氣中二氧化碳的影響，因而存在一定范圍的系統誤差。海水中保守陽離子和保守陰離子的電荷數差隨著鹽度的變化而變化，而實驗室過程中樣品經過冷藏保存，再恢復至室溫，樣品本身具有一定的揮發性，且試驗中需要加入超純水補充體積完成測量，而這些過程會導致海水樣品中總堿度的變化。

該研究正是基于對碳中和［13］和碳交易［14］對我國重要性的理解，因此對煙臺近海海域——四十里灣為例開展調查，了解該海域的碳循環狀況，就當下（2022年4月份）而言該海域是二氧化碳的弱源，即大氣中含有的二氧化碳有少部分是來源于海洋。如果想充分發揮海洋的碳匯作用，提出以下建議：①將海水中無機碳各指數列為常態化監測。為更加詳細地掌握各地方已有海域的“藍碳”情況，各地方海洋監測部門在其職能范圍內，應該將簡單的TA、DIC、海水中的Ca2+、Cl-等海水指標納入可評估海水碳循環體系中，無機碳部分的監測項目列入常規監測項目，使得綜合評估后的海水碳循環狀況清晰明確，為海洋領域達到碳中和提供數據支撐。

②擴充海洋人才隊伍建設。融合政策、經濟、地質、化學、生物等方面的綜合人才，在國家2030“碳達峰”及2060“碳中和”的宏觀戰略方針里，以知識為節點，數據為鏈接，用經濟學思維，推動“藍碳”在“碳交易”市場化中的進一步發展。

③進一步加強海洋環境的綜合治理狀況。牢記習近平總書記“談海洋生態，為子孫后來留下一片碧海藍天 ”的指示精神，高度重視海洋生態文明建設，加強海洋環境污染防治，保護海洋生物多樣性，實現海洋資源有序開發利用［15］?；謴秃Ｑ筇佳h體系的平衡，增強地球的“新陳代謝”。

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作者簡介 王曦（1989—），女，蒙古族，山東煙臺人，工程師，從事海洋環境監測和政策分析。

收稿日期 2022-05-18；修回日期 2022-06-21