边缘海作为顽固性碳的潜在汇：以黄海和东海为例

《Limnology and Oceanography》：Marginal seas as potential sinks for refractory carbon

本文通过分析黄海和东海溶解有机碳（DOC）浓度及其放射性碳（Δ14C）值的季节变化，揭示了水团混合与海洋初级生产共同调控DOC分布的关键过程。研究发现，尽管夏季淡水输入量最大，但陆源古老DOC的影响在秋冬季更为显著；同时，黑潮衍生水体中Δ14C值的季节差异表明大陆架对海洋顽固性DOC的清除具有重要作用，凸显了边缘海在全球碳循环中的"碳汇"功能。

　　

边缘海作为顽固性碳的潜在汇

研究背景

海洋溶解有机碳（DOC）是海洋环境中最大的还原碳库，其浓度和放射性碳（Δ¹⁴C）值分布对理解全球碳循环具有重要意义。在开阔大洋中，深层DOC浓度沿北大平洋到北大西洋的深海环流路径逐渐降低，Δ¹⁴C值从4900年增加到6400年BP（1950年前），表明其存在逐渐老化的过程。而在沿海环境中，河流输入、大气沉降和地下水等陆源DOC可能成为重要补充来源。黄海（YS）和东海（ECS）作为西北太平洋最大的大陆架之一，接收大量古老的陆源有机质，是研究DOC源-汇过程的理想区域。

研究方法

本研究于2020年8月和2021年11月在黄海和东海进行采样，结合2017年2月的冬季数据，系统测量了DOC浓度和Δ¹⁴C值。样品通过GF/F过滤器过滤后，采用紫外氧化法将DOC转化为CO₂，并在美国伍兹霍尔海洋研究所NOSAMS设施和加州大学欧文分校进行放射性碳分析。Δ¹⁴C值计算采用Stuiver和Polach方法，DOC浓度通过高温催化氧化法测定。同时，应用基林图（Keeling plot）分析DOC浓度倒数与Δ¹⁴C值的关系，以识别DOC来源和清除过程。

水团分布特征

研究区域水文特征主要受黑潮和沿岸水混合的季节性变化控制。夏季，黄海表层为黄海暖水（YSWW），底层为黄海冷水（YSCW）；东海表层出现长江冲淡水（CDW），底层为对马暖流（TWW）。秋季水温（8.7-18.3°C）和盐度（31.5-33.8）范围较夏季缩小，冬季水体垂直混合均匀，温度（9.2-17.1°C）和盐度（32.4-34.7）分布相对均一。

DOC分布规律

夏季DOC浓度呈现明显垂直分层：表层67-109 μM，中层72-98 μM，底层49-91 μM。高值（>100 μM）出现在东海最南端站位的表层和黄海中部，低值（<60 μM）见于朝鲜半岛西南部底层。Δ¹⁴C值范围-342‰至-148‰，同样随深度增加而降低。秋季DOC浓度（70-93 μM）垂直变化减弱，冬季浓度范围52-97 μM，南北梯度明显。盐度与DOC浓度、Δ¹⁴C值均呈显著负相关，表明沿岸水与西北太平洋水团的混合是控制DOC分布的主要因素。

DOC来源与转化机制

基林图显示三者数据呈线性关系（R²=0.74），表明该区域DOC循环符合开阔大洋的二端元混合模型。新鲜DOC的Δ¹⁴C估算值（+30±16‰）与表层DIC测量值（-8‰至+12‰）接近，证实海洋初级生产是主要来源。夏季线性关系最强（R²=0.90），而秋冬季数据离散度增加，暗示存在额外古老DOC输入。值得注意的是，尽管夏季河流输入量最大，但陆源DOC在河口快速降解，其对开阔海域DOC库的直接影响有限。

顽固性DOC的清除证据

TWW水体中DOC的Δ¹⁴C值存在显著季节差异：冬季样品在基林图上较夏季明显右偏，结合表观耗氧量（AOU）变化，表明夏季黑潮衍生水体进入东海后发生了顽固性DOC的净清除。估算显示，冬季TWW中约有10-30%的顽固性DOC被移除，这可能由微生物消耗和光降解共同驱动。这一发现首次为大陆架区域海洋顽固性DOC的主动清除提供了直接证据。

其他DOC来源贡献

除河流输入（年通量约2 Tg C）外，大气湿沉降（2.2-3.6 Tg C/yr）和沉积物-水界面扩散（0.1-0.4 Tg C/yr）也是重要补充来源。孔隙水DOC浓度（2.5-5.6 mM）远高于底层水体，其Δ¹⁴C值（-66‰至-12‰）显著高于表层沉积物有机质（-364‰至-290‰），表明较年轻的POC优先降解为DOC向水体释放。虽然这些通量远低于初级生产总量（170 Tg C/yr），但其Δ¹⁴C特征值的差异足以引起基林图数据点的离散。

结论

本研究通过多季节观测证实，黄海和东海大陆架不仅接收来自西北太平洋的古老DOC，更通过水团混合、初级生产调控和生物地球化学过程共同作用，成为陆源和海源顽固性DOC的重要清除区域。边缘海在全球碳循环中扮演的"碳汇"角色可能被显著低估，这对重新认识海洋碳循环过程具有重要启示。