由东海、黄海沉积物中有机碳含量及稳定同位素组成重建200 a以来初级生产力历史记录

蔡德陵，孙耀，张小勇，苏远峰，吴永华，陈志华，杨茜

（1.中国水产科学研究院黄海水产研究所，山东青岛 266071；2.国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛 266061）

由东海、黄海沉积物中有机碳含量及稳定同位素组成重建200 a以来初级生产力历史记录

蔡德陵1，2，孙耀1*，张小勇1，苏远峰2，吴永华2，陈志华2，杨茜1

（1.中国水产科学研究院黄海水产研究所，山东青岛 266071；2.国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛 266061）

从20世纪80年代以来古生产力的重建研究一直是国内外海洋生态学研究的热点，但已有的大多数研究是在深海区；而陆架区的特点是来自陆源物质的影响往往比较明显，因此，研究难度远较深海区大。利用现代沉积物中的有机碳稳定同位素组成来估算海源碳的含量，在此基础上，结合调查区域表层沉积物中的几个初级生产力的代表性指标（浮游植物总量、叶绿素a浓度以及硅藻含量）的调查资料，寻求岩心中海源碳与古生产力指标的相关关系，再由南黄海冷涡沉积区3个典型柱状沉积物中海源碳重建了200 a以来高分辨率的古生产力记录，这对陆架海生态环境演变规律的研究有重要意义。对重建所得到的南黄海近代初级生产演化因素的初步探讨表明，近200 a来初级生产力波动升高与海水表层温度的升高趋势是一致的，但其最主要的控制因素还是营养盐的供应，其中陆源营养物质和污染物质的影响起到了重要的作用。

有机碳；碳同位素；初级生产力；东海；黄海

1 引言

未来生态环境演变趋势是科学、社会关注的焦点，因此，古生态环境的重建成为当前的研究热点就是历史的必然了，海洋初级生产力的历史记录的重建是其中的关键内容。

Suess［1］和Betzer等［2］研究了海水中有机碳的通量与初级生产力的关系，发现两者有正比关系，而与水深成反比。因此，沉积物中有机碳的累积率被认为是表层海水中初级生产力的直接标志。其他替代性指标主要通过建立这些标志物与有机碳含量的相关关系来反演沉积记录中所反映的古生产力水平。Stein［3］建立了沉积物中有机碳含量推算古生产力的经验公式。Sarnthein等［4］认为沉积有机碳堆积和海洋新生产力（输出生产力）之间的关系更密切些。在重建生态环境变化方面，贾东国等［5］从珠江口的沉积记录追溯了近百年来富营养化加剧的趋势。Yamamuro和Kanai［6］对日本西南部Shinji湖的近岸潟湖3个沉积岩心的有机碳含量、总氮和总磷以及有机碳和总氮稳定同位素进行分析以后重建了过去200 a中该湖的天然和人为因素对水质影响的历史。邢磊等［7］利用生物标志物重建了冲绳海槽中部15 ka以来浮游植物生产力和种群结构变化的历史。南青云等［8］以长链不饱和烯酮为指标，结合有机碳同位素数据评价了冲绳海槽南端7 ka以来古海洋生产力的变化。

沉积有机碳虽然是表层海水中初级生产力的直接标志，但由于有机碳在向海底搬运的过程中以及在海水－沉积物界面附近极易降解而再循环到水体中，因此，表层水体中形成的有机碳只有极少数被保存于下覆沉积物中。一般，有机碳标志物通常用来研究近岸水体及上升流区等具有高生产力海域的古生产力的变迁。陆架边缘海虽然只占全球海洋面积的很小部分，陆架沉积物中的有机碳却占全球沉积有机碳的相当大的份额，所以，陆架沉积物有机碳也应该是重建初级生产力历史记录的良好材料。只是陆架沉积物易受陆源物质的影响，寻求一种可以示踪海源有机碳的方法会为在陆架海区域的初级生产力重建提供有效手段。大量的研究证明沉积物中总有机质碳同位素比值可以用来辨别沉积物中的有机质的来源、成岩作用以及环境变化。McQuoid等［9］利用沉积物中总有机质中的碳同位素比值来研究自14 000 a以来的Saanich Inlet中生态系统的初级生产力的发展、强度以及变化过程。本文试图利用沉积物中有机碳含量及其稳定同位素组成重建黄海、东海海域陆架区初级生产力，并探讨其与陆架海洋生态环境演化历史之间的可能联系。

2 研究区域和分析方法

2.1 样品的采集

本文的现场调查分2个阶段：第一阶段，2006年在黄海、东海陆架区（27°～36°N，121°～125°E）进行了表层沉积物的采集（图1），目的是探寻现代沉积物中海源碳与海水中初级生产力的关系；第二阶段，2009年用多管式沉积物采样器采集了南黄海黄海冷水团区域3个柱状沉积物样品［C03（35°N，122°30′E）52 cm长，B17（35°N，123°E）29 cm长和B14（34°N，124° E）36 cm长］，以尝试由沉积岩心中的海源碳含量来重建海水中初级生产力的历史记录。

柱状沉积物样品采集上船后以1～2 cm分层取样，并在0～5°C下冷藏保存在实验室中。

2.2 样品的分析

2.2.1 有机碳（TOC）测定

称取经烘干研磨的样品约1 g，在用浓盐酸熏蒸24 h后，由Elemental元素分析仪测定TOC值。

2.2.2 有机碳稳定同位素组成（δ13C）的测定

称取适量分析过TOC的样品，装入经950°C预灼烧2 h后冷却至室温的直径6 mm的石英管中，加入线状氧化铜丝、铜丝以及银粉，抽真空至1×10－3Pa融熔封口。混匀后在950°C燃烧2 h。在同样的真空条件下提取出CO2，送入MAT-251同位素质谱仪测量。实验室内标样的重覆测量精度为±0.07×10－3。

2.2.3 柱状沉积物210Pb年代测定

每个柱状岩心以1～3 cm间距取样测定每一层位的210Pb年代，以取样年代作为测年零年点，用沉积速率计算出每个层位的年代。

图1 黄海、东海沉积物取样站位图

3 结果

3.1 黄东海表层沉积物中TOC及其稳定同位素组成的分布

本调查区中表层沉积物中TOC含量的范围为0.05%～1.64%，平均值是0.88%（见图2a）。

在南黄海J2和B16站位附近有一TOC含量的高值区，TOC含量可达1.56%～1.64%，与南黄海中部冷涡H2-4站1.19%的值连成一片。在浙闽近海H3-24和S4-3站1.39%和1.25%是次高值。在长江口北部的H2-10站TOC含量值为0.91%。TOC含量的最低值0.05%出现在调查区东北角的B24和长江口外东偏南的S1-5站。

图2b是黄东海表层沉积物TOCδ13C值的分布。TOCδ13C值的变化范围为－22.2×10－3～－18.2× 10－3，平均值为－20.8×10－3。高值区（－19.7× 10－3～－18.2×10－3）在南黄海南部的H2-4、H2-3、H2-6、H2-10、S0-2站这一片区域以及浙闽近海北部123°～124°E以H2-23和S1-5与S1-6站为中心的区域；低值区（－22.2×10－3～－21.9×10－3）在南黄海调查区的东北部B25、B24站以及从长江口南槽S1-2站一直顺沿岸流向南扩散至福建省南部以及浙闽近海南部的H2-27站。

3.2 由查询历史资料［10－16］获得的黄海、东海上层水体中初级生产力指标的参数分布特征

图3展示了能代表黄海、东海上层水体中初级生产力水平的浮游植物生物量、叶绿素a浓度和硅藻生物量3个参数的分布特征。调查区的浮游植物生物量变化为（2.33～670.3）×104m－3，平均值为155.3 ×104m－3。高值区［（430.2～670.3）×104m－3］在H2-10、J2 0-1、B22、S5-4、S4-3和S3-3站。低值区（2.33×104～5.0×104m－3）在H2-23、H2-27、H3-4、S0-2站，其值都在5×104m－3以下。

图3 黄海、东海上层水体中浮游植物生物量（104m－3）（a）、Chl a浓度（mg／m3）（b）和硅藻生物量（104m－3）（c）的分布

调查区表层水体中Chl a浓度变化范围为0.10～15.96 mg／m3，平均值为3.76 mg／m3。Chl a浓度的高值区（8.42～15.96 mg／m3）在H2-10、S5-4、J2 0-2、B22、S4-3和S5-2站。低值区（0.10～0.46 mg／m3）在H3-16、H3-24、H2-6、H2-27、H2-7和H2-29站。

硅藻生物量的变化在0.01～514.00×104m－3，平均值为84.77×104m－3。调查区内高值区有3块，一是浙闽沿岸区S5-2、H2-29和S4-3站，二是南黄海北部C03和B3站附近，三是长江口区外123°E左右的H3-19站以及H2-10、S1-2等站位附近海域。

将TOC含量及其δ13C值的分布与代表初级生产力的3种参数的分布特征作了比较，总体来说，TOC含量在调查区中有3个高值区与初级生产力的3个典型参数的高值区大致类似，但还不是精确的重叠。主要是因为TOC含量包含有陆海源2种不同来源的有机质，像在山东半岛水下三角洲会有大量陆源有机质沉积而造成TOC含量的高值，但海洋初级生产力未必有对应的高值。因此，在南黄海中部TOC含量的高值区与浮游植物、叶绿素a及硅藻的高值区就有一定的位置偏差，这在TOCδ13C值中得到了很好的体现，在南黄海北部有一TOCδ13C低值峰从调查区的东北角向西南方向伸展，反映来自渤海的陆源物质绕过山东半岛向水下三角洲的扩散过程，也带来了丰富的陆源有机质。长江口外海域也存在TOC含量和初级生产力指标的高值区，只是初级生产力高值区位置偏北，而TOC含量高值区偏东南，由TOCδ13C低值也反映来自长江的陆源物质顺沿岸流向浙闽近海的输运过程。第3个共同的高值区出现在浙闽近海。另一原因是表层沉积物数据代表的是几到十几年的平均值，而水体中的3种参数则是年度平均值，在时间尺度上也存在一定的差别。

3.3 柱状岩心的210Pb年代测定结果

这3个柱状岩心中的210Pb放射性活度随岩心深度的变化呈现出2段线性分布模式（图4），从表层到拐点呈直线分布特征，其斜率即为沉积速率；拐点以下岩心中的210Pb放射性活度基本恒定。C03、B14和B17站的沉积速率分别为0.350，0.153和0.143 cm／a，根据沉积岩心长度数据确定其底部年龄分别为150、230和200 a。

图4 C03、B14和B17站的210Pb活度垂直分布（方块表示210Pb总量，三角形表示210Pb过剩）

3.4 柱状岩心中TOC及其稳定同位素组成的测定

由图5a和b可见，这3个岩心中TOC含量及其δ13C值的变化范围分别是：C03柱TOC含量为0.81%～1.62%，平均值为（1.03±0.23）%；δ13C值－22.9×10－3～－21.6×10－3，平均值为（－22.1± 0.31）×10－3。B14柱TOC为0.66%～1.44%，平均值为（0.95±0.16）%；δ13C值－22.1×10－3～－21.4 ×10－3，平均值为（－21.6±0.18）×10－3。B17柱TOC为0.99%～1.52%，平均值为（1.23±0.15）× 10－3；δ13C值－22.1×10－3～－21.5×10－3，平均值为（－21.8±0.14）×10－3。从TOC的平均值来看，B17柱的最大，B14柱的最低。从δ13C值平均值来看，C03柱负数绝对值最大，显示其受来自渤海陆源物质的影响最大，而B14柱最大，受南黄海中部冷涡高初级生产力的影响，其海源碳占比例最高。

图5 C03、B17和B14岩心TOC含量（a）、TOCδ13C（b）和海源碳含量（c）值随年代的变化曲线

从岩心垂向变化看，C03柱的TOC在表层有最大值1.62%，向下TOC明显的减小，直至1940年时见到了最小值0.81%，再向下略微振荡升高。δ13C值从表层的－22.1×10－3振荡下行至1969年的最低值－22.9×10－3，其后，δ13C值又反弹至－21.8× 10－3左右来回小幅波动，至1912年又跌至－22× 10－3以下。除了在1901年时出现一个1.44%的尖锐窄峰以外，B14柱TOC基本呈现波动下降的趋势。δ13C值的变化与TOC呈大致反向对应关系，在1901年出现一个尖锐的谷。B17柱TOC的垂向分布与B14柱大致类似，也呈现波动下降趋势，波幅略大但没有出现那么尖锐的峰值又高的窄峰。δ13C值也对应的呈波动向上的趋势。

4 讨论

国内外文献关于重建初级生产力记录一般都是以TOC含量作为基本数据的，这对于远洋情况是可以的，因为在那里陆源物质的影响较小，可以基本上不予考虑，然而陆架区的情况就不同了，一是陆源物质的影响要比远洋海区大得多，二是在不同的地点陆源物质的影响程度也会有较大的变化，因此陆源物质的影响是必须考虑的。过去文献中采用的是直接从沉积物中有机碳含量通过干容重和孔隙率等工程地质数据和沉积速率等来估算古生产力［1－2，4，18］，可是这样的计算在陆架区用TOC含量作为指标会把陆源碎屑中那些有机质也全部包括在内，并不能真正反映水体中的初级生产力的实际水平。所以，需要直接寻求一种沉积物中有机质与海水中初级生产力之间关系的指标。国外有一些学者Grundle等［19］和Chakraborty等［20］利用沉积物中硅藻的组合来重建古生产力和海洋环境的变化。还有一些研究者利用碳氮比值作为不同来源的判别指标，然而该方法有一个明显的不足，即陆海源的碳氮比值端元值有比较大的不确定性，这样会造成计算海源碳时误差较大［5，21］。由沉积物中有机碳稳定同位素在陆架区对陆源和海源不同来源碳的鉴别提供了一种很有效的手段［22－30］。这种方法是一种相当成熟的陆架区域海陆物质来源的鉴别方法，在全球范围内都得到了成功的应用。

4.1 黄海、东海表层沉积物中海源碳的模式计算及分布

利用沉积物中有机碳稳定同位素计算海源碳的模式［22，24］为

式中，δ13C为沉积物中有机碳的稳定同位素值（10－3）；f为沉积物中各组分的百分数（%）；C为沉积物中有机碳的百分含量（%）；下标s、t、m分别代表样品总含量、陆源组分和海源组分。

国际学术界在应用碳稳定同位素示踪陆源物质在海洋中的运移规律研究时，对海洋源和陆源的端元值选择时一般选择－26×10－3为陆源端元值，而－20 ×10－3为海洋源端元值。

实际上端元值的选择并不是一成不变的，而是应当考虑到调查区的具体情况。在本文的黄海、东海调查区域中，该如何合理地选择端元值。根据笔者以前对长江、黄河等河口以及黄海、东海海域若干个航次的有机碳稳定同位素调查研究的结果［23－24，31］，掌握了长江和黄河河口区悬浮颗粒有机碳（POC）的碳稳定同位素的季节性变化规律及其变化范围，1998年中韩合作对整个南黄海海域中5个水深层位中悬浮颗粒有机质的δ13C值的全面调查所得到的结果表明，其变化范围在－28×10－3～－19×10－3，因此，考虑选择－28×10－3作为陆源端的典型值、而海源端的典型值取为－19×10－3更为合理些。由此，可以根据各站位表层沉积物中实测的有机碳δ13C值和TOC含量值来计算该站位沉积有机碳中的海源碳Cm的百分比或者海源碳的含量，计算所得结果见图6。模式计算得到海源碳的变化范围为0.026%～1.16%，平均值是0.60%。调查区中TOC含量经有机碳稳定同位素校正计算获得的海源碳含量的3个高值区与海洋初级生产力的高值区相对更一致些。在南黄海中部的冷涡区出现的高值区（0.85%～1.16%）从H2-4、B16、J2 0-1站一直扩展到H2-10站，在长江口区海源碳含量的高值区也比TOC的要偏北一些，与初级生产力的高值区更一致了。第三个高值区出现在浙闽沿岸中部H3-24和S4-3站。低值区（0.026%～0.047%）由B10沿南黄海暖流入黄海，经B24、B3站一线环流；另一低值区在长江口外S1-5和H3-19站这一带。

表1中比较了黄海、东海表层沉积物中TOC和Cm与初级生产力指标之间相关关系。由表1可见，岩心中有机碳含量与浮游植物现存总量及叶绿素a的浓度这两个初级生产力主要参数存在有较显著的正相关性（p=0.024，n=34）。这就为由柱状沉积物中的海源碳含量追溯初级生产力的历史记录建立了基础。总有机碳和海源碳含量与硅藻含量的相关性就比较差，这是因为这些指标所代表的浮游植物种类是有差别的，硅藻代表含硅浮游植物种类，而海源碳代表各种浮游植物的总和，因此，它们受环境因素的影响会存在一定的差别。

图6 黄海、东海表层沉积物海源碳含量分布

表1 表层沉积物中总有机碳含量和海源碳含量与初级生产力指标之间相关关系的比较

4.2 由沉积物柱状样试验性地重建初级生产力历史记录

4.2.1 由沉积岩心中的TOC及其δ13C值推导出海源碳含量随沉积年代的变化曲线

由所选的C03、B14和B17 3个岩心中的TOC及其碳稳定同位素δ13C值根据4.1节中的模式可以计算出不同层位上的海源碳含量，结合由210Pb定年确定的沉积速率所推算的各层位年代，得出了3个岩心中的海源碳含量随年代变化的曲线（见图5c）。C03柱的海源碳含量变化范围为0.47%～0.87%，平均值为0.56%。基本变化趋势与TOC的类似，在表层的值最高，向下呈减小的趋势，在1940年以前其值基本稳定。B14岩心海源碳含量为0.38%～0.69%，平均值为0.57%，与C03柱的平均值几乎相同。该岩心中海源碳含量的波动相对较小，自上而下也呈下降的趋势，但在1904年TOC出现了最大值1.44%，对应的有δ13C值最低值－22.1×10－3以及海源碳含量的最高值0.79%，这可能反映此年代有陆源输入的峰值出现。B17柱海源碳含量为0.60%～0.82%，平均值为0.71%，是3个岩心中最高的。与B14柱类似的是在1903年该岩心中也出现了δ13C值的第2个低值－22.0× 10－3（仅次于近表层的最低值－22.1×10－3），相应地也出现了海源碳含量的第二峰值0.81%。总起来看，这3个岩心的海源碳含量自上而下变化的总趋势是下降的。

4.2.2 由沉积物柱状样中海源碳含量重建200 a以来初级生产力年代际历史记录

在我国陆架海没有连续的长时间尺度生态环境重建记录，用仪器测生态环境记录也只有50 a左右，并且大部分不连续，不能得到年际以上尺度的生态环境演变规律。笔者尽可能地收集了文献［10－16］中在本文调查海区水体中50 a来的几个代表性的初级生产力参数（浮游植物现存量、叶绿素a浓度以及硅藻含量）的实测值数据，并与相应年份的柱状岩心中的总有机碳和海源碳的含量进行了相关性计算（表2）。计算结果表明，海源碳含量与水体中初级生产力参数的相关性要好于总有机碳与初级生产力的相关性，海源碳含量与水体中初级生产力参数均在置信度99%以上，呈现出显着的正相关性。海源碳含量与浮游植物现存量的相关系数r为0.403（p=0.005，n= 49）；海源碳含量与叶绿素a浓度同样有显著的正相关性，相关系数为0.453（p=0.002，n=48）；海源碳含量与硅藻含量的相关系数为0.374（p=0.008，n= 49）。与此相比，TOC与浮游植物现存量的相关系数为0.302（p=0.039，n=47）；TOC与硅藻含量在置信度95%以上也有显著的正相关关系（r=0.369，p= 0.011，n=47）；TOC与叶绿素a浓度的相关性不明显（r=0.139，p=0.357，n=46），这可能与C03柱受陆源物质影响比较明显有关。笔者采用置信度在99%以上有显著正相关关系的相关方程式由海源碳含量反演了200 a以来的南黄海初级生产力年代际历史记录（见图7）。从反演得到的初级生产力3个典型参数浮游植物现存量、叶绿素a浓度以及硅藻含量的历史变化曲线看，浮游植物现存量是579×104～1 480× 104m－3，叶绿素a的浓度是0.59～0.90 mg／g，硅藻含量是270×104～1 203×104m－3。200 a来这3个岩心的基本共同点是由下而上初级生产力有波动增加的趋势，C03站在近50 a中增加的趋势更显著，而处于冷涡沉积中心区的B17岩心和B14岩心的初级生产力变化更相似些，在1863—1865，1903—1904和1943年都有初级生产力的峰值出现。B17柱的沉积物类型属粉砂质黏土，其中的TOC与海源碳含量以及重建的浮游植物现存量都最高。C03岩心处于山东半岛水下三角洲，在该冷涡的西部边缘处，受沿岸流所输送来的黄河陆源物质的影响较大，故其沉积速率最高，从岩心顶部到1940年前后，TOC和海源碳含量下降特别迅速，再往下基本上在一个较小的范围内波动，重建的浮游植物现存量、叶绿素a浓度和硅藻含量的历史记录变化也基本与此类似。

表2 柱状岩心中总有机碳和海源碳与上覆海水中初级生产力参数的相关性

张凌等［32］对珠江口外近海沉积物中有机质的早期成岩变化中碳稳定同位素的变化研究表明，不同类型有机物的分解速率差异会导致δ13C值的小幅负漂移，而同时存在的细菌有机质的形成和分解会在一定程度上抵消这种负漂移，因此他们的结论是δ13C值可以可靠地指示沉积有机质的来源。由此也可以推论本文在沉积速率较高的冷涡沉积区碳稳定同位素组成受早期成岩作用的影响也会是比较小的，不至于影响到初级生产力的沉积记录的反演的可靠性。

图7 由海源碳重建的初级生产力的年代际历史记录

4.2.3 影响南黄海近代初级生产力演化主要因素的初步探讨

要探讨重建初级生产力历史演化的主要控制因素必须从能影响光合作用的环境因素的演化着手。光、温度、营养盐、浮游动物的摄食和水动力条件是影响海洋浮游植物光合作用的重要环境因子。光照对于浮游植物生长几乎是满足的。与水温、营养盐相比，海表的光照对浮游植物不是限制因素，光照对海洋初级生产力的影响相对地不是那么重要。

温度是一切酶促反应的控制因子，水温与初级生产力的关系密切。如果水温有利于浮游植物的生长，则水温每上升10℃，培养液中的细胞分裂速度一般可增加1～3倍［33］。由于不同种类藻类生长的适温范围不同，因此不同水温可影响浮游植物的生长和种群结构。大气CO2浓度在工业革命以后不断升高，全球气温呈现逐步升高的趋势，1961年以来海洋内部的温度增量大于0.1℃／a，从1979年开始海表温度以0.13℃／a的速率上升［34］。这与本文对南黄海3个岩心所重建的浮游植物生产力的波动升高的趋势是一致的，如重建所得C03柱的浮游植物现存量从1950年的约800×104m－3不断攀升到2010年的1 480×104m－3。B14和B17柱的浮游植物现存量变化趋势是波动升高的，与全球其他海域的变化相似，如亚热带太平洋海区和夏威夷ALOHA时间序列站的数据趋势也是一致的，它显示从1969年以来该海区浮游植物不仅生物量增加，生产力也明显提升［35］。与温度的影响相比，营养盐是对浮游植物生长更主要的调控因子［36，37］。磷、硅等是海洋浮游植物必不可少的营养盐，当它们不足时，会成为浮游植物生长的限制因素。高磊和李道季［37］研究了黄海、东海西部营养盐浓度近50 a来的变化，发现氮、磷、硅等营养盐有显著的变化，NO－3浓度快速上升，而SiO2－3和PO3－4的浓度下降，这是由于农业施肥、环境污染等多种因素所造成。海域中营养盐的变化与它们在长江等河流中的变化趋势基本一致，但这并不能说明陆源输入是海域中营养盐浓度变化的唯一原因，还应该考虑到造成海域内营养盐变化尤其是PO3－4变化的内源机制。南黄海的营养盐分布受南黄海环流模式的控制，对黄海暖流的深入研究［38］表明，它并不是对马暖流的分支，而是从济州岛邻近水域由对马暖流水和东海陆架水形成的混合水区中衍生出来的，而且黄海暖流的路径有一定的季节和年际变异。在冷半年高温、高盐水舌从济州岛西侧直伸北黄海，而在暖半年冷水团几乎覆盖了黄海近底层的广阔水域，使黄海环流结构在冷暖半年存在明显差别。南黄海营养盐的分布一方面受长江、黄河输入以及大气沉降的控制，另一方面也受黑潮、东亚季风、ENSO（厄尔尼诺南方涛动）等多种大尺度自然条件的影响。近来研究全球气候变化与地球生态系统结构和功能的变化之间的关系已成为古生态学研究的热点。近几十年来ENSO的增强趋势会影响到我国的陆架海区，但是对不同海区的影响有所不同。对台湾海峡地区，在1997—1998年强厄尔尼诺事件中冬季表层水温明显高于冬季平时的1.4℃［39］。洪华生等［40］的调查数据表明，台湾海峡浮游植物对1997—1998年的强厄尔尼诺事件响应非常明显，1988和1997年夏季南部海区同一断面的叶绿素分布比较表明，1997年夏季叶绿素浓度显著低于1988年的，然而在南黄海海域却还没有类似的结果报道。邢磊等［41］认为ENSO对南黄海海域的影响主要体现在使东亚夏季风的减弱和冬季风的加强，我国北部降雨减少，虽然河流径流量有所减小，但是河水中营养盐浓度升高，使长江的入海营养盐浓度和通量仍然有上升趋势，这导致了陆源物质输入量的增加。C03柱由于其位处山东半岛水下三角洲的南部，受山东半岛沿岸流所携带的黄河物质的影响比较明显，它的沉积速率是3个岩心中最高的（0.350 cm／a），陆源物质的比例也最高，100 a来沉积物中陆源物质的比例在40.3%～54.6%之间波动，陆源碳含量变化范围是0.33%～0.75%，自20世纪50年代以来陆源碳含量有明显上升的趋势，这可能与山东半岛沿岸流的增强有关。因为该沿岸流的季节变化是冬强、夏弱，东亚冬季风的加强［42］也会增强该沿岸流。B17柱的陆源物质的比例在200 a来变化较小，仅在38.7%～45.6%之间波动，陆源碳含量也呈波动上升趋势。B14柱与B17柱的类似，200多年来陆源物质的比例波动最小，只有38.1%～44.8%，陆源碳含量也有波动上升的趋势，但仅有0.27%～0.65%。在重建的初级生产力的峰值中由对应的碳稳定同位素值的变化可以判断B14和B17站在1903—1904和1863—1865年的峰值明显与陆源碳的输入增加有关，可是1943年的峰值陆源输入增加就没有那么明显。在本调查的海域，从表层海水中营养盐的季节变化看，以总氮浓度为例，一般在秋春季节较高，而在冬季最低。即使埃尔尼诺事件引起加强的冬季风使海水垂直混合加强，使底层营养盐输送至表层而提高了初级生产力，也不足以使全年平均的初级生产力有很明显的提高。由上所述可以认为厄尔尼诺事件对我国陆架区的影响大致有两种途径：一是造成海水温度的升高，提高了海洋生产力，这在台湾海峡等南方海域有直接的表现，而在南黄海并不明显；二是厄尔尼诺事件引起我国气候系统的变化，出现南涝北旱现象和东亚季风的变化从而影响到陆源物质输入海洋的变化，进而影响海洋营养盐的供应。由3个站位所重建的200 a来初级生产力的演变记录可以看出其主要的影响因素：一是温度升高的影响，二是营养盐的供给因素。后者中长江和黄河两河流域的人口膨胀和工农业的发展是更重要的控制因素，在C03柱的表现尤为典型。

5 结论

由南黄海冷涡沉积区的3个岩心资料初级生产力历史记录的成功重建，证明了应用沉积有机质中碳稳定同位素组成来估算沉积物中海源碳的沉积记录，而后反演岩心中200 a以来的高分辨率的初级生产力的历史记录的思路是可行的，结果也是可靠的。对重建所得到的南黄海近代初级生产力演化主要因素的初步探讨表明，初级生产力的波动升高与海水表层温度的升高趋势是一致的，但其最主要的控制因素还是营养盐的供应，其中陆源营养物质和污染物质的影响起到了重要的作用。

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Reconstructing a primary productivity history over the past 200 a using the sediment organic carbon content and the stable isotope composition from the East China Sea and the Yellow Sea

Cai Deling1，2，Sun Yao1，Zhang Xiaoyong1，Su Yuanfeng2，Wu Yonghua2，Chen Zihua2，Yang Qian1

（1.Yellow Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Qingdao 266071，China；2.First Institute of Oceanography，State Oceanic Administration，Qingdao 266061，China）

The reconstruction of paleoproductivity at home and abroad has been a hot spot in the research of marine ecology since the 1980s.However，most of the studies are in abyssal regions.Continental shelf areas are influenced more obviously by the terrigenous matter and more difficult to be studied than abyssal regions.It makes use of carbon stable isotope compositions in organic matter of modern sediments to estimate the sea-derived carbon contents.Based on this，combining the investigation data of the several representative indicators of the primary productivity in surface sediments（phytoplankton biomass，chlorophylla concentration，as well as the diatom content），to seek correlation between the sea-derived carbon content and the productivity index in cores.Then，the high resolution of the paleoproductivity records over 200 a can be reconstructed from the sea-derived carbon content in 3 typical columnar sediments from the southern Huanghai Sea cold eddy zone.It has important significance for studying the evolution rule of ecological environment in the continental shelf area.Controlling factors on the primary productivity evolution reconstructed for the southern Yellow Sea are discussed elementarily，it shows that the primary productivity wave elevation over 200 a is consistent with sea surface temperature trends，but its main control factor still is nutrient supply，in which land nutrients and pollutants play an important role.

organic carbon；carbon stable isotopes；primary productivity；East China Sea；Yellow Sea

P736.4

A

0253-4193（2014）02-0040-11

2012-08-27；

2013-07-05。

国家重点基础研究发展计划项目（2010CB428902）；国家自然科学基金面上项目（40876088）。

蔡德陵（1943—），男，上海市人，研究员，主要从事海洋地球化学和同位素地球化学方面的研究。E-mail：dlcai＠fio.org.cn *通信作者：孙耀，研究员，主要从事环境化学方面的研究。E-mail：sunyao＠ysfri.ac.cn

蔡德陵，孙耀，张小勇，等.由东海、黄海沉积物中有机碳含量及稳定同位素组成重建200年以来初级生产力历史记录［J］.海洋学报，2014，36（2）：40－50，

10.3969／j.issn.0253-4193.2014.02.005

Cai Deling，Sun Yao，Zhang Xiaoyong，et al.Reconstructing a primary productivity history over the past 200 a using sediment organic carbon content and the stable isotope composition from the East China Sea and the Yellow Sea［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2014，36（2）：40－50，doi：10.3969／j.issn.0253-4193.2014.02.005