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生长于热带亚热带海岸潮间带的红树林,由于具有很高的生产力,加上沉积物碳封存了大量的有机碳,成为全球蓝碳碳汇的主要贡献者之一。然而对全球红树林生产力分配的一项整合分析发现,大于50%的红树林生产力至今还“不知去向”。红树林生态系统由于分布在海陆交错带,受潮汐的周期性浸淹,与外界的碳交换不仅发生在垂直方向上与大气CO2的交换,同时在水平方向上通过潮水与外界进行横向碳交换。一部分红树林生产力很可能是以溶解无机碳(DIC)的形式输出到近海海域,但目前对红树林潮沟及其附近水域DIC的来源及其时空动态变化鲜有研究。本文通过应用稳定同位素技术,结合DIC浓度、总碱度(TA)等指标的测定,对福建漳江口红树林潮沟及其周边水域中DIC的来源与时空动态进行了研究,主要结果分述如下:
1.在一个潮水周期内,漳江口红树林潮沟水体DIC浓度变化范围为1601.6μmol kg-1~1278.4μmol kg-1,涨潮时降低,落潮时增大,与潮水水位呈相反的变化趋势;而水体碳稳定同位素值(δ13C-DIC)与潮水水位变化趋势一致,变化范围为-7.99‰~-4.59‰,随着潮水上涨而增大,落潮时减小。根据Keeling Plot,δ13C-DIC与DIC浓度的倒数关系的截距可以指示DIC的一个来源,将红树林潮沟水体DIC日变化监测结果按半日潮的潮水周期作图,结果显示落潮时潮沟水体DIC主要来自信号值为~-28‰的红树植物,这是由于落潮时有高DIC浓度、低δ13C-DIC值特征的红树林孔隙水的输出所致,而涨潮时主要来自海水DIC与红树植物矿化DIC的混合。
2.漳江河口区淡水端具有低DIC浓度、低δ13C-DIC值、低TA,海水端具有高DIC浓度、高δ13C-DIC值、高TA的特征。河口区DIC主要是以河水与海水为端元的二元保守混合,即简单线性混合模式。随着水体盐度的增大,海水的贡献增大,DIC、δ13C-DIC、TA均增大。河水DIC主要来自陆源C3物质的矿化,因而河水DIC的13C较贫化,海洋DIC与大气CO2平衡分馏后产生,δ13C-DIC值约为0‰~1‰。通过计算得出,采样范围内陆源C3物质的贡献为8~37%,海水DIC的贡献为63~92%。
3.根据河口尺度上漳江口水体DIC浓度与盐度的保守混合关系可以计算出潮沟水体中潮水(河水与海水的混合)DIC浓度的理论背景值,结合红树林潮沟水体DIC浓度的实际动态变化趋势,分别对时间做积分,计算红树林潮沟水体DIC的日输出通量,结果显示红树林输出DIC约为35.6 g C m-3 d-1,占整个漳江口红树林总初级生产力的17%。
4.红树林潮沟水体日变化监测结果中,总碱度(TA)与DIC浓度基本呈1∶1的关系,说明DIC主要来自TA的HCO3-。盐度均一化后TA与DIC浓度关系显示,红树林潮沟水体主要的生物地球化学反应为厌氧硫还原反应。