栉孔扇贝生理活动对近海碳循环的影响

论文摘要

海洋是地球表面第一大活跃碳库,它极大调节了全球气候变化。海洋碳循环也因此成为全球碳循环过程中最为关键的一个环节。生物在海洋碳循环中起了非常重要的作用,海洋碳循环“溶解度泵”、“生物泵”、“碳酸盐泵”的三个过程是在生物的直接或间接作用下完成的。在近海海区,其生产力远远高于远海,生物作用更加强烈,生物对碳循环的影响也就更加突出。特别是近海贝藻养殖区的存在,其高密度、高强度的生物作用必将对近海碳循环产生深远影响。目前全球大洋碳循环的格局已经探明,但对近海碳循环的研究仍存在许多问题。对养殖生物活动在近海碳循环中作用的认识,能够有助于加深人类了解近海碳循环的过程。因此,本文选取我国主要贝类养殖种栉孔扇贝作为研究对象,采用“Alkalinity anomaly technique”的方法测定了栉孔扇贝温度、盐度变化和海洋酸化对其呼吸、钙化的影响,探讨分析了可能对近海碳循环产生的影响;同时通过室内实验模拟了贝类养殖、藻类养殖、贝藻混养对海水二氧化碳系统以及碳循环过程“溶解度泵”的影响。主要结果如下:1.栉孔扇贝的钙化和呼吸活动受盐度影响显著。钙化率在盐度15-25范围内呈上升趋势,后随盐度上升而下降。呼吸率在盐度15-25范围内上升,25-35范围内下降。钙化率与呼吸率均在盐度25达到最高值,分别为0.33±0.02μmol.FWg-1.h-1（钙化率）、2.32±0.10μmol.FWg-1.h-1 （碳呼吸）、2.87±0.14μmol.FW g-1.h-1（氧呼吸）,此时通过钙化和呼吸活动向环境释放CO2也最强烈。2.栉孔扇贝的钙化率和呼吸率随着温度的升高而升高,钙化率、CO2呼吸率RC和耗氧率RO都在5℃最低,分别为0.19±0.01μmol.FWg-1.h-1、1.38±0.06μmol.FWg-1.h-1、1.64±0.11μmol.FWg-1.h-1;在25℃最高,分别为0.39±0.02μmol.FWg-1.h-1、5.44±0.29μmol.FWg-1.h-1、6.34±0.33μmol.FWg-1.h-1。随着温度的升高通过钙化和呼吸活动向环境释放CO2也会增加。3.栉孔扇贝的钙化和呼吸活动均随着酸化的加剧出现了明显下降。当pH降低到7.9时,栉孔扇贝的钙化率将会下降33%左右;当pH降到7.3左右时,栉孔扇贝的钙化率将趋近于0,栉孔扇贝无法产生贝壳,而此时栉孔扇贝碳呼吸率（RC）与耗氧率（RO）也分别下降了14%和11%。4.通过室内模拟实验发现贝藻养殖能够显著改变海水的CO2系统。大型藻类养殖能够有效吸收水体DIC,降低海水中PCO2贝类养殖由于其呼吸和钙化活动的影响,也会使水体中DIC和上升,对海洋溶解度泵也有一定的干扰作用。而适当比例的贝藻混养可消除贝类钙化和呼吸释放CO2的负面影响,在实现生态养殖的基础上最终加强了海洋碳汇的作用。5.通过室内实验、数学模拟的方法研究了桑沟湾养殖栉孔扇贝通过呼吸、钙化以及生物沉积等活动对湾内碳循环的影响。研究发现,养殖扇贝每年通过呼吸和钙化分别放出碳1.22×104t和7.57×102t;通过生物沉积作用每年有8.71×104t碳被沉降到沉积物界面,通过贝壳钙化也可固碳1.06×103t,这些碳绝大部分被埋藏从而脱离了地球化学循环。尽管养殖扇贝通过呼吸和钙化释放出部分碳,但有更多的碳通过生物沉积作用被埋藏,因此,从整体上看,养殖栉孔扇贝在湾内碳循环中起到了碳汇的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 海洋碳循环的生物过程
• 1.1 海洋碳循环的格局
• 1.1.1 溶解度泵
• 1.1.2 生物泵
• 1.1.3 碳酸盐泵
• 1.1.4 生物在海洋碳循环中的作用
• 2排放对未来海洋碳循环的影响'>1.2 C0₂排放对未来海洋碳循环的影响
• 1.2.1 全球变暖对海洋碳循环的影响
• 1.2.2 海洋酸化对海洋碳循环的影响
• 1.2.3 海洋生物对海洋酸化的响应
• 1.3 近海碳循环
• 第二章 盐度变化对栉孔扇贝钙化与呼吸的影响
• 2.1 材料和方法
• 2.1.1 实验原理
• 2.1.2 实验材料
• 2.1.3 实验过程
• 2.1.4 样品测定
• 2.1.5 数据处理
• 2.2 结果
• 2.3 讨论
• 小结
• 第三章 温度变化对栉孔扇贝呼吸与钙化的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 实验过程
• 3.2 结果
• 3.3 讨论
• 小结
• 第四章 海洋酸化对栉孔扇贝钙化与呼吸的影响
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 实验原理
• 4.1.2 实验生物
• 4.1.3 实验过程
• 4.1.4 数据处理
• 4.2 结果
• 4.3 讨论
• 小结
• 第五章 模拟不同养殖方式对浅海二氧化碳系统的影响
• 5.1 材料与方法
• 5.2 实验结果
• 5.3 讨论
• 小结
• 第六章 栉孔扇贝养殖对桑沟湾碳循环的影响
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 实验原理
• 6.1.2 实验过程
• 6.2 结果
• 6.3 讨论
• 6.4 小结
• 参考文献
• 发表文章
• 致谢