为什么要进行水体碳酸盐系统参数测量？
对水体中碳特性的系统表征，是理解其在水生环境中行为、过程及生态影响的关键基础。碳相关参数的精确测量为研究碳通量、碳循环与交换过程、生态系统生产力、人为碳排放以及全球碳收支提供了重要的定量依据和独特视角。
随着大气CO2 浓度的持续升高，海洋酸化已成为全球变化研究中的重要议题之一。针对水体碳的测量对于深入理解和评估海洋酸化的发生机制及其对水生生物和生态系统结构与功能的影响具有不可替代的作用。这类研究成果将为气候变化缓解策略的制定、生态环境保护以及水资源与海洋系统的可持续管理提供科学支撑。
如何测量水体中的碳含量？
在几乎所有水生生态系统中，二氧化碳(CO2)是有机碳降解过程的主要最终产物，其浓度变化常被用作衡量净生态系统代谢(Net Ecosystem Metabolism, NEM) 的关键指标(Hopkinson, 1985；Smith and Hollibaugh, 1993)。因此，对水体中 CO2 碳酸盐体系(carbonate system) 的准确定义与测量，是水生碳循环研究的基础。水体 CO2 体系可由四个相互关联的参数进行表征，其中任意两个即可完整约束整个碳酸盐体系。这四个参数均可通过 Apollo SciTech 公司开发的水体碳分析仪器进行高精度测定。LI-COR 已于 2023 年完成对 Apollo SciTech 的收购，将相关技术整合至其水体碳测量解决方案中。
- 总溶解无机碳(Dissolved Inorganic Carbon, DIC)分析仪用于测量水体中溶解性无机碳的总浓度，包括溶解态 CO2、碳酸氢根(HCO3⁻)和碳酸根(CO32⁻)。
- 走航式二氧化碳分压(pCO2)测量系统用于连续测量水体中的 CO2 分压(pCO2)，反映水体中溶解 CO2 与大气之间的气体交换状态。
- 分光光度法海水 pH 分析仪用于高精度测量水体 pH 值，即氢离子活度的负对数，是表征水体酸碱状态及碳酸盐平衡的重要参数。
- 总碱度(Total Alkalinity, TA)滴定仪用于测量水体的总碱度，即水体中和酸的能力，是约束碳酸盐体系组成和缓冲能力的关键变量。
哪些领域需要测量水体无机碳含量？
水体无机碳含量的测量能够为诸多领域的研究者提供助力。为了更好的理解生物学过程、气候变化、生态学、海洋酸化等课题，下述科研领域或者关注方向中通常会进行水体无机碳含量的测量。
海洋学
海洋生物学
湖沼学
渔业管理
贝类生态与生产
湿地、河口或大洋碳循环研究
“水-大气”或“水-沉积物”的CO2交换
碳封存研究
海洋学
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湖沼学
渔业管理
贝类生态与生产
湿地、河口或大洋碳循环研究
“水-大气”或“水-沉积物”的CO2交换
碳封存研究
参考文献
Hopkinson, C.S. (1985). Shallow-water benthic and pelagic metabolism: Marine Biology, 87(1), pp.19–32. doi:https://doi.org/10.1007/bf00397002.
Smith, S.V. and Hollibaugh, J.T. (1993). Coastal metabolism and the oceanic organic carbon balance. Reviews of Geophysics, [online] 31(1), pp.75–89. doi:https://doi.org/10.1029/92rg02584.
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