全 文 ：孔石莼和重金属(铜与镉)对海水无机碳体系影响的模
拟研究
郑国侠1 , 2 ,宋金明1＊ ,戴纪翠1 , 2
(1.中国科学院海洋研究所 , 青岛　266071;2.中国科学院研究生院 , 北京　100039)
摘要:通过室内实验模拟并应用海洋生态系统动力学模型 , 研究了孔石莼和重金属(铜与镉)共同作用下 ,海水二氧化碳体系
及海洋碳源汇强度的变化过程.结果表明 , 二氧化碳体系各组分含量随时间的变化幅度(Δ)和趋势与重金属种类和添加浓度
有关.与对照相比 , 低浓度(0.1μmol·L-1和 1μmol·L -1)的铜 、镉添加组中 , DIC 、HCO-3 和 pCO
2
均随时间的延长呈下降趋势(p
=0.01).而当铜 、镉浓度大于“转折浓度”后 , t=7 时 DIC 、HCO -3 和 pCO
2
均要大于初始值 ,其增幅随着重金属浓度的增加而增
大.对于 Δ由负值过渡到正值所对应的“转折浓度” , 铜添加组要明显低于镉添加组.这与孔石莼对不同种类重金属的耐受程
度不同有关.此外 , 当重金属浓度不同时 ,箱中的碳源汇格局亦随时间做不同的变化.当重金属浓度较低时 , 箱内水体表现为
CO2 的汇 ,并且随着时间推移 ,可能过渡成为大气 CO2 的源;高浓度重金属的影响下 , 箱内水体表现为 CO2 的源 ,且随重金属
浓度的增大 ,其向大气释放 CO2 的量也增加.
关键词:重金属;二氧化碳体系;碳源汇;实验模拟
中图分类号:X131.2;X145　文献标识码:A　文章编号:0250-3301(2006)12-2445-08
收稿日期:2005-12-12;修订日期:2006-03-22
基金项目:中国科学院“百人计划”项目(科人 2003-202);青岛市科
技将才专项计划项目(04-3-J J-03);中国科学院知识创新
工程重大项目(KZCX1-SW-01-08 , KZCX1-SW-01-17)
作者简介:郑国侠(1978～ ),女 ,博士研究生 ,主要研究方向为海洋生
物地球化学 , E-mai l:lingxunai@sina.com
＊通讯联系人 , E-mail:jmsong@ms.qdio.ac.cn
Effects of Heavy Metal (Copper and Cadmium)Coupled with Ulca pertusa on
Marine Inorganic Carbon System in Simulated Experiments
ZHENG Guo-xia1 , 2 , SONG Jin-ming1 , DAI Ji-cui1 , 2
(1.Institute of Oceanolo gy , Chinese Academy of Sciences , Qingdao 266071 , China;2.Graduate School of Chinese Academy of
Sciences , Beijing 100039 , China)
Abstract:Simulated experiments coupled with ocean biota dynamics w ere performed in labo rato ry.In these experiments , effects of
heavy metal(copper and cadmium)coupled with Ulca pertusa on marine inorg anic carbon sy stem and CO 2 fluxes were investigated.
The results indica ted that concentration changes(Δ)of components in carbon dioxide sy stem with time scale were co rrelated with the
concentrations and kinds of heavy metal.In copper groups and cadmium groups(0.1μmol·L-1 and 1μmo l·L-1), DIC 、HCO-3 and
p CO
2
significantly decreased comparing to the control experiment data(p=0.01).However , w hen the heavy metal infusions were
higher than the“ critical concentration” , the above mentioned parameters increased w ith time scale and their increments followed the
uptrend with increasing heavy metal concentrations.The “ critical concentration” in copper g roups was much low er than that in
cadmium groups , w hich attributed to the tolerance diversity of Ulca pertusa to copper and cadmium.Furthermore , CO 2 fluxes under
the influences of heavy metal w ere also regularly changed with time.Sea wa ters with low infusions of heavy metal represented as sinks
to the atmosphere CO2.These sinks would probably conver t into CO2 sources after a period of time.Sea w aters with comparatively
high amount of heavy metal were always to be CO2 sources , and their release fluxes of CO 2 augmented along with the increasing
infusions of heavy metal.
Key words:heavy metal;carbon dioxide system;CO2 sink and source;simulated experiments
　　大量的研究已经证实 ,深海大洋是大气二氧化
碳的净汇 ,每年可吸收的碳量达 2Pg ,对于陆架边缘
海而言 , 尽管 JGOFS 认为其可能是大气 CO2 的
源[ 1] ,但有人估算 ,这个受人类活动影响巨大的海
域可能是地球“丢失碳汇”的主体之一 ,每年吸收的
碳可达 0.2 ～ 1Pg.也就是说 ,陆架边缘海可能是大
气CO2 的另一重要汇[ 2] .陆架边缘海作为陆地与大
洋的连接带 ,虽然面积远比大洋小 ,但由于人类活动
的影响 ,致使其中发生的生物地球化学过程比大洋
更为复杂.据估计[ 3] ,河流带入近岸海域的营养物
质的通量在人为影响下已增加了 2 倍 ,输入近海中
的颗粒有机碳 、溶解有机碳和溶解无机碳也明显增
第 27卷第 12 期
2006 年 12月 环　　境　　科　　学ENVIRONMENTA L SCIENCE
Vol.27 , No.12
Dec., 2006
DOI :10.13227/j.hjkx.2006.12.014
加 ,大量污染物的排入也影响了碳源汇格局与碳循
环的机制.近年来 ,研究者在这方面投入了巨大的努
力 ,取得了一系列的重要科学进展[ 4 , 5] .但是由于受
到时空和研究方法的限制以及自然和人为双重影响
的复杂性 ,目前为止这一领域的工作还没有较清晰
的结论 ,甚至连碳的源汇格局这一基本问题也一直
悬而未决[ 2] .因此 ,研究陆架边缘海及近岸海域碳
源汇的强度及碳循环的生物地球化学机制是阐明全
球变化区域响应必须面对的科学问题之一.
目前关于海洋碳源汇的数据基本是以海洋现场
观测为基础 ,用模式计算获得的 ,相对应的是要系统
研究海洋及其影响因素以及机制等一系列过程.其
中 ,箱式碳循环模式是将很大一个水体视为均匀的
箱 ,以一个时间的函数来表示箱体内状态变量的变
化[ 6] .这类模型大都强调生物过程的细节 ,个别模
型中还考虑了流场结构[ 7 , 8] .本研究将上述箱式模
型应用于室内模拟实验过程 ,来观测孔石莼和重金
属(铜与镉)共同作用下 ,近岸水体中二氧化碳体系
和源汇形成的变化过程.虽然影响陆架边缘海碳循
环的因素很多 ,但有关重金属污染对近海中各碳参
数影响的观测研究尚未见报道.本研究分析了不同
浓度 、不同种类的重金属作用下二氧化碳体系各组
分含量(DIC 、HCO-3 、p CO
2
和 CO2-3 )随时间的变化过
程 ,总结了不同重金属污染程度对近海碳源汇格局
所造成的影响 ,以期为了解陆架边缘海碳循环这一
复杂的生物地球化学过程提供有用的基础资料.
1　材料与方法
1.1　实验材料
2005-06从青岛胶州湾采集孔石莼(Ulca
pertusa),于藻类培养室内实验条件下培养 2d后用
于实验.实验用海水取自青岛胶州湾近海 ,海水经沉
淀过滤后存放于聚乙烯塑料桶中备用 ,其背景值见
表 1.
表 1　所取实验海水背景值
Table 1　Backg round values of the sampled sea w ater
参数 温度/ ℃ pH 盐度/ ‰ NO -3 /μmol·L -1 PO 3-4 /μmol·L-1 Cu/μg·L-1 Cd/μg·L -1 Chl-a/mg·m -3
背景值 26.6±0.2 7.994±0.008 33.48±0.01 7.1±0.4 0.43±0.02 3.48±0.02 1.26±0.01 5.05±0.02
1.2　实验试剂
CdCl2·2.5H2O (AR)、CuSO4·5H2O (AR), 以
去离子水配成 180 mmol·L-1的母液备用;HCl标准
溶液(0.038 48 mol·L-1).
1.3　仪器与设备
Orion420A精密台式 pH 计;Technicon自动分
析仪(AA-Ⅱ);岛津 AA-670 原子吸收分光光度计;
台式电子天平;碱度滴定系统[ 9] .
1.4　方法原理
简单的三箱碳循环模式中 ,除大气外 ,海洋仅被
分成混合均匀的表层箱和深层箱[ 6] .该模式包括了
CO2 的界面交换 、经过复杂的生物地球化学过程的
无机碳与有机碳间的相互转化以及各种形态的碳在
表层碳库和深层碳库间的交换等碳循环过程.本实
验的模型设计是基于“箱”式原理 ,将上述三箱碳循
环模式中的“表层箱”应用于实验室的静态模拟实
验.以 5L 玻璃箱盛满所取海水 ,来模拟海洋中的表
层碳库.为定量研究重金属对海水中二氧化碳体系
的调节作用 ,实验采用塑料薄膜将培养箱封口形成
密闭环境.在此条件下 ,各培养箱中碳体系的总量是
一定的 ,不存在与外界的交换.此外 ,本研究中的箱
模式还耦合了海洋生态系统动力学模型.该模型主
要包括物理 、化学和生物 3个过程 ,一般可用以下的
方程来表示[ 10] :
C/ t +Adv(C)=Diff(C)+Bio(C)+S
式中 , C 代表海洋生态模型中的 1个变量;Adv 和
Diff分别表示为物理过程中平流和扩散 ,扩散项中
还包括了对流调整;Bio 表示因生化过程对 C 的影
响;S 表示源汇项.当 C代表 DIC时 ,该模型则成为
无机碳循环模式.因箱式碳循环模式是建立在所设
计的每个箱中的二氧化碳各组分含量都是均匀分布
的基础上[ 6 ～ 8] , 且实验中所设计的培养箱是密闭
的 ,不存在与大气箱及海洋深层碳库间的物质交换
过程 ,所以上述海洋生态系统动力学模型方程中的
Adv和 Diff 项分别为 0 ,即方程可简化为:
C/ t =Bio (C)+S
其中 , S 作为源汇项 ,如对于营养盐(N),可包括河
流输入 、大气沉降和水底界面交换等过程.N作为上
述模型中十分重要的一项 ,它往往驱动生化过程.绿
色浮游植物(P)利用太阳能进行光合作用 ,是海洋
最基本的生产者.浮游动物(Z)摄食浮游植物 ,并将
物质和能量向更高的营养级传送.这 3 个变量
2446 环　　境　　科　　学 27 卷
(PZN)是构成海洋生态动力学最基本的状态变
量[ 11] .基于上述 PZ 体系的建立模式 ,本实验以重金
属(M)来做为源汇项 S ,大型藻类孔石莼来定量放
大生物(PZ)的影响 , C 表示二氧化碳组分含量 ,即
以重金属(M)来驱动生化过程 ,通过孔石莼作用于
C ,以此模式(PZM)来研究重金属对海洋中碳迁移
转化过程所产生的影响.
实验共分 3组:对照组 ,铜添加组 ,镉添加组;每
组均设有 2个平行组.重金属的添加在 2h 内完成 ,
以确保重金属可以快速均匀地溶解于水体之中.一
次性添加后 ,培养箱水体中金属离子的浓度分别为 ,
铜添加组(Cu2+ , 单位:μmol·L -1):0.1 (Cu1)、1
(Cu2)、2 (Cu3)、5(Cu4)、10(Cu5)、50 (Cu6);镉添
加组(Cd2+ ,单位:μmol·L-1):0.1 (Cd1)、1(Cd2)、
10(Cd3)、15 (Cd4)、20 (Cd5)、50 (Cd6)、100
(Cd7).重金属添加开始于 2005-06-17T12:30 ,并于
该日的 14:30结束.本研究以 2005-06-17T14:30作
为实验的初始时刻(t=0).t =0时 ,在 3 组培养箱
中分别加入生长外观基本一致的孔石莼8.500 0g ±
0.005 8g(含水量为 243.25%)来定量放大生物影
响.将培养箱置于流水控温槽中(26.4℃±0.2℃),
室内自然光照下培养.实验在开始后的第 7d ,即 t=
7时结束.期间 ,每天以 Orion420A Ross 8135BN pH
计测定培养箱内水体的 pH 值 (NBS 标度;<±
0.003pH单位);总碱度(TA)的测定方法(±2.0
μmol·kg-1)与M illero 等报导的方法相同[ 9] ;然后根
据 pH 、TA 、海水温度和盐度计算箱内水体中二氧化
碳各组分的含量(包括 DIC 、HCO-3 、pCO
2
和 CO2-3 ).
平行实验精度范围分别为:(±0.009 ～ ±0.027)
(pH),(±7.1 ～ ±14.4)μmol·kg-1(TA),(±0.002
～ ±0.055)mmol·L-1 (DIC 和 HCO-3 ),(±0.000
～ ±0.013)mmol·L-1 (CO2-3 )及 (± 0.00 ～
±48.42)Pa(pCO
2
).
孔石莼量(ZN)的变化 ,以一段时间后其藻干重
(m)及生长速率(R)来表征.其中 R (%·d-1)可以
通过(1)式计算[ 12] :
R =1/ t [ ln(W t/ W 0)] 100% (1)
其中 , W0 和 W t分别为初始和最终藻的鲜重(g), t
为实验周期(d).m 和 R 平行实验精度范围为:
(±0.035 0 ～ ±0.162 1)g和(±0.17 ～ ±0.95)
%·d-1.
在该实验中 ,封闭的培养箱内水体 ,被视为是 1
个CO2 充分均匀混合的箱 ,箱内水体与外界并不发
生水-气界面的气体交换.因此可以定量的研究添加
重金属条件下 ,箱内水体中 CO2 分压(p CO
2
, 0)的变
化 ,并将实验结果与自然界大气系统联系起来 ,即与
大气箱耦合 ,来研究重金属添加对海-气 CO2交换的
影响.本实验海水取自胶州湾 ,实测胶州湾海面大气
CO2分压值(pCO
2
, a)以及 CO2 通过海-气界面的传
递速率常数 ,通过Wanninkhof法[ 13] 计算可得由重
金属引起的海-气界面 CO2 的交换通量 F:
F =K SΔpCO
2
=KS(pCO
2
, 0 -pCO
2
, a) (2)
式中 F 是海-气 CO2 通量 ,F 为正值 ,则表示重金属
的作用使海水体系成为大气 CO2 的源 ,即海水中的
CO2可向大气中释放;其值为负 ,则为汇 ,表示大气
中的 CO2 可以溶入海水中;ΔpCO
2
是海-气界面间
CO2的分压差 , S 是 CO2 在海水中的溶解度 , K 是
CO2通过海-气界面的传递速率常数 , 可由(3)式
计算:
K =0.31W 210(Sc/660)-0.5 (3)
Sc =207 301-125.62 t +
3.627 6t 2 -0.034 219 t 3 (4)
其中 Sc 是 t 摄氏度时的 Schmidt数 , W 10是海面以
上 10m高处的风速(m·s-1).此外 ,箱内水体中 CO2
分压 pCO
2
, 0可由(5)得到:
pCO
2
, 0 =CA(αH+)2/ k′1(αH++2k′2)αs (5)
上式中 CA是海水的碳酸盐碱度 , αH+为海水中氢离
子活度 , k′1和 k′2分别是碳酸在水中的第 1和第 2表
观离解常数 ,其值采用 Mehrbach 等提供的数据[ 14] ;
αs是 CO2 溶解度系数 ,其值根据 Weiss[ 15]的 αs 与
温度 、盐度的关系方程求出.
1.5　数据处理
实验结果用统计学方法进行处理 ,文中所给结
果均为平均数;采用 LSD法对组内不同浓度重金属
添加情况进行差异显著性分析 ,并用 Dunnet t法对
重金属添加组与对照组间数据进行差异性比较;用
回归法分析藻干重增量-二氧化碳体系组分变化幅
度关系 ,以相关系数表明相关的紧密程度.
2　结果与讨论
2.1　重金属影响下的二氧化碳体系随时间的变化
如图 1所示 ,二氧化碳体系各组分含量随时间
的变化趋势与重金属种类和添加浓度有关.在低浓
度(0.1 和 1 μmol·L-1)的铜 、镉添加组中 , DIC 、
HCO-3 和 pCO
2
均是随时间的延长呈下降趋势;而
244712 期 环　　境　　科　　学
　　　　　　　　
图 1　重金属作用下二氧化碳体系各组分含量随时间 t 的变化
Fig.1　Concent ration changes of components in carbon dioxide system with time and the effect s of heavy metal
CO2-3 的变化与该趋势相反 ,其含量在随时间逐渐
增大.与对照相比 ,低浓度添加下的 DIC 和 HCO-3
下降幅度均达到显著水平(p =0.01),尤其是在
1μmol·L-1添加组中下降更为明显.铜添加组中 , 2
个低浓度组间结果也存在显著性差异(p =0.01).
在 t=2时 ,0.1μmol·L-1添加组中的 pCO
2
开始明显
2448 环　　境　　科　　学 27 卷
低于对照(p =0.05), 1μmol·L-1的添加也显著降
低了水体中的 pCO
2
(p =0.01),但与 0.1μmol·L-1
组间差异不显著.此后 ,低浓度重金属的影响下的
pCO
2
持续下降 ,其含量略低于对照 ,组间差异开始不
明显.此外 ,与对照相比 ,低浓度重金属添加组中的
CO2-3 的增幅也很显著(p =0.01).当铜(>2
μmol·L -1)、镉浓度(>10 μmol·L-1)较高时 , DIC 、
HCO-3 和 p CO
2
随时间的推移基本呈增大趋势;从 t
=3 开始 ,上述二氧化碳各组分含量均显著高于对
照(p =0.01).CO2-3 随时间的变化与上述趋势相
反 ,在 t=3 之后 ,其含量开始明显低于对照(p =
0.01).当 t=7时 ,二氧化碳各组分含量与其初始值
相比的变化幅度(Δ)与重金属添加浓度的对应关系
见图 2.
从图 2 可知 , 与初始值相比 , 低浓度(<1
μmol·L -1)铜添加组中 DIC 、HCO-3 及 pCO
2
的下降
幅度均略低于镉添加组.当铜 、镉浓度较高(10和 50
μmol·L -1)时 ,以上二氧化碳各组分含量随时间的
推移呈增大趋势 ,其增幅在实验结束时均为:铜添加
组>镉添加组(p =0.01).当铜 、镉添加浓度分别为
4μmol·L-1和 16μmol·L-1左右时 ,对应着 ΔDIC 、
ΔHCO-3 和 ΔpCO
2
由负值过渡到正值的“转折点” ,本
研究中称上述浓度值为“转折浓度” .就该浓度而言 ,
铜添加组要明显低于镉添加组.以上铜 、镉添加组间
的差异均与孔石莼的生长情况相对应(表 2).在铜 、
镉浓度较低时 ,镉添加组中的孔石莼的干重和生长
速率均要大于铜添加组.当铜 、镉浓度为 10 和 50
μmol·L-1时 , 2种金属添加组中孔石莼均出现失重
现象(与对照相比),而铜添加组中孔石莼的失重量
要高于镉添加组.这应与孔石莼对不同种类重金属
的耐受程度不同有关.Han 等[ 16]研究指出 ,孔石莼
对镉的耐受性要大于铜 ,即抑制孔石莼生长发育的
重金属浓度 ,镉要高于铜.从而在相同重金属浓度条
件下 ,镉添加组中的孔石莼仍在正常生长 、光合固碳
时 ,铜添加组中的孔石莼却可能已受到毒害 ,甚至分
解并转化为无机碳 ,从而导致其水体中无机碳含量
要高于镉添加组.
图 2　试验结束时二氧化碳各组分与初始值相比的变化幅度
Fig.2　Concent ration changes Δ of components in carbon dioxide system relative to the initial values
　　此外 ,添加低浓度(小于“转折浓度”)的重金属
可促进水体中无机碳的吸收 ,从而使 pCO
2
下降;当
重金属添加量高于“转折浓度”时 ,随着重金属浓度
增高 ,水体中无机碳的含量也增高 ,从而引起 p CO
2
的升高.研究表明 ,生物因素是影响海水表层 pCO
2
的重要因素[ 2 , 17] ,在春夏季水华期 , pCO
2
会因为溶解
性无机碳(DIC)的生物吸收而明显下降.真光层内
浮游植物在进行光合作用时将无机碳转化为有机
244912 期 环　　境　　科　　学
　　　　　　 表 2　孔石莼的生长情况1)
Table 2　Grow th parameters of the Ulca pertusa
编号 藻干重 m/ g 藻干重变化Δm/ g 生长速率 R/ %·d-1
对照 2.645 9 0.169 6 0.94
Cu1 2.814 4 0.338 1 1.94
Cu2 3.061 9 0.595 6 3.08
Cu3 2.566 8 0.090 5 0.51
Cu4 2.378 5 -0.097 8 -0.58
Cu5 1.985 4 -0.491 0 -3.17
Cu6 1.290 3 -1.186 0 -9.31
Cd1 2.838 1 0.361 8 1.94
Cd2 3.107 4 0.631 1 3.23
Cd3 2.558 7 0.082 4 0.47
Cd4 2.560 3 0.083 7 0.47
Cd5 2.429 8 -0.046 5 -0.27
Cd6 2.312 7 -0.163 6 -0.98
Cd7 1.145 4 -1.331 0 -11.03
1)Δm 为正值 ,表示试验结束时的藻干重大于藻干重的初始值;当
小于初始值时 , 其值为负
碳 ,从而引起了海水表层 pCO
2
的降低及 Corg/C inorg的
增高[ 18] .然而 ,海洋生物的死亡及细菌对生物残骸
及颗粒有机物的分解作用会使海水中 CO2 和
HCO
-
3 的含量增大 ,海水 pH 值降低 ,这进一步促使
碳酸盐溶解 ,使海水中总无机碳显著增加[ 19 ,20] .大
型海藻可以直接利用海水中游离的 CO2 ,使海水二
氧化碳平衡体系向 CO2 一方移动 ,导致大气 CO2 向
海水溶入量增加;但当其光合作用受到抑制甚至死
亡分解时 ,则削弱海水的碳汇强度[ 21] .本实验在培
养箱中添加孔石莼来放大生物对二氧化碳体系的影
响 ,同时尽可能排除了其他的影响因素 ,箱内水体中
DIC与 pCO
2
在转折浓度前后变化的差异 ,显然是因
不同重金属浓度对藻类生长影响程度不同的缘故.t
=7时 , DIC 与 pCO
2
与初始值相比的变化幅度(Δ)
与重金属影响下的孔石莼干重变化量(Δm)呈现显
著负相关(p <0.000 1),相关系数分别为:-0.855
和-0.920(图3).说明低浓度的重金属促进孔石莼
的生长 , pCO
2
因 DIC 的生物吸收而明显下降.孔石
莼通过光合作用将无机碳转化为有机碳 ,从而引起
了海水表层 pCO
2
的降低及 Corg/C ino rg的增高.该结论
可从实验中低浓度重金属添加箱中孔石莼的生长速
率增大 、干重增加得到证明(表 2).当重金属浓度高
于转折浓度时 ,孔石莼的生长速率减慢 ,其光合固碳
作用受到抑制;同时 ,孔石莼残体因分解而出现失重
现象 ,从而引起了水体中无机碳含量的增大.
2.2　重金属对 CO2交换通量的影响
图 3　DIC与 p
CO2
与初始值相比的变化幅度(Δ)与孔石莼干重变化量(Δm)相关性分析
Fig.3　Correlation analyses of ΔDIC and Δp CO
2
w ith changes of dry weigh t(Δm)of the U lca per tusa
　　由于本研究模式是在封闭 、静态的条件下建立
的 ,箱内水体与外界并不发生水-气界面的气体交
换.因此 ,可以定量地研究添加重金属条件下 ,箱内
水体中 CO2 分压(p CO
2
, 0)的变化 ,并将实验结果与
自然界水-气系统联系起来 ,即与大气箱耦合来研究
重金属添加对海-气 CO2 交换的影响(见图 4).结果
表明 ,随着重金属浓度的变化 ,水体会发生碳的汇源
间的过渡.当重金属浓度小于“转折浓度”时 ,水体表
现为大气 CO2 的汇;并且适当的增加重金属浓度会
使海洋碳汇的能力增强.而当重金属浓度高于“转折
浓度”时 ,随着时间的推移 ,水体由汇过渡到源 ,并且
当水体成为 CO2 的源时 ,其释放 CO2 的量随着重金
属浓度的增加而增大.此外 ,各组培养箱水体的源汇
变化也因重金属的种类不同而有差异.在低浓度
2450 环　　境　　科　　学 27 卷
(<1μmol·L -1)铜和镉添加组中 , t =7 的通量分别
为初始通量的 1.68 (0.1 μmol·L-1)和 1.46 (1
μmol·L -1)倍 (铜 添 加 组)以 及 2.12 (0.1
μmol·L -1)和 1.49(1 μmol·L-1)倍(镉添加组).这
说明 ,在相同浓度下 ,镉添加组的碳汇能力要大于铜
添加组.此外 ,发生源汇过渡时所对应的重金属浓
度 ,铜添加组要明显低于镉添加组 ,即当添加镉的水
体还表现为碳汇时 ,铜箱内水体可能已经表现为
CO2的源.这同样应归因于孔石莼对不同种类重金
属耐受程度的差异.由于铜对孔石莼的毒害作用较
强 ,当镉添加组中的孔石莼仍在正常光合固碳 ,其水
体中的无机碳含量持续下降时 ,铜添加组中的孔石
莼却可能已死亡分解 ,从而导致了水体中无机碳量
的增加并向大气释放 CO2.
图 4　重金属作用下 CO2 交换量(F)随时间(t)变化
Fig.4　CO 2 flux changes(F)with time(t)and the ef fect s of heavy metal
3　结论
(1)研究表现 ,水体中二氧化碳体系对不同浓度
及种类的重金属污染的响应程度不同.当重金属添
加量低于“转折浓度”时 ,水体中 DIC 、HCO-3 和 p CO
2
呈降低趋势;当重金属达到一定浓度后 ,由于其毒害
作用 ,使得水体内藻类及生物的固碳能力下降 ,甚至
分解并转化为无机碳 ,从会引起 DIC 、HCO-3 和 p CO
2
含量的升高;而上述二氧化碳各组分含量在污染前
后的变化幅度亦因孔石莼对不同种类重金属耐受程
度的差异而不同.
(2)重金属对海洋碳源汇能力及格局可起到一
定的调节作用.当重金属添加小于转折浓度并排除
其他影响因素时 ,水体表现为大气 CO2 的汇;并且
适量的增加重金属浓度会使海洋碳汇能力有所增
强.而当重金属超出转折浓度时 ,随着时间的推移 ,
水体会由大气 CO2的汇过渡到源 ,并且当水体成为
CO2 的源后 ,其 CO2的释放量是随着重金属浓度的
增加而增大.同时 ,水体的源汇变化也与重金属种类
有关.
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