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user: 3. 结果分析 3.1. 总体降碳效果 实验过程中每小时测量一次水池和大气中的二氧化碳，其中大气始终测量水面上方0.8 m高度处。各组实验测量结果见图5~8，总体上E1~E5五组实验在低于正常水平的Ca 2+ 环境中，大气和海水中二氧化碳均呈持续下降趋势。图5和图6显示，在经历30~170小时之后，各工况下的二氧化碳均下降至正常水平，这表明该护岸造礁系统降碳效果显著，能够有效缓解海水酸化和大气碳污染问题。 3.2. 降碳量对Ca 2+ 浓度的依赖性 不同Ca 2+ 浓度工况下的五组实验对比表明(图5，图6)，在实验初始阶段高CO 2 含量情况下，该造礁系统的降碳量与海水中的Ca 2+ 浓度正相关，即Ca 2+ 浓度越高，降碳量越大，其中E5组实验降碳量最大；Ca 2+ 浓度越低，降碳量越小，其中E1组实验降碳量最小。这是因为在初始阶段，海水中可供合成CaCO 3 的CO 2 与Ca 2+ 含量相比是过量的，因而CaCO 3 的合成速度只与Ca 2+ 浓度有关。随着海水和大气中CO 2 含量的下降，该正相关性逐渐减弱。具体表现为随着实验的持续进行，各组实验降碳量之间的差异逐渐缩小。造成这种现象的主要原因在于随着护岸造礁系统工作的持续进行，海水中的CO 2 不断被吸收，CaCO 3 的合成速度越来越受到可利用的CO 2 制约，因而对Ca 2+ 浓度的依赖性逐渐减弱。 图5. 各组实验海水中CO 2 含量的下降曲线 图6. 各组实验大气中CO 2 含量的下降曲线 为具体展现该护岸造礁系统的降碳效率对Ca 2+ 浓度的依赖关系，将各组实验中的CO 2 降低百分比列表对比(表2)，并分别以E1和E5两组实验数据进行对比说明。表2显示，在Ca 2+ 浓度最低(0.15 g/kg)的E1组实验中，实验开始后1小时之内海水和大气中的CO 2 含量均下降了4.3%；实验进行10小时后海水中的CO 2 含量下降了21.6%，水面上方大气中的CO2含量下降了17.3%；实验进行到第50小时海水中的CO 2 含量下降了62.2%，水面上方大气中的CO 2 含量下降了52.2%；实验进行到第90小时海水中的CO 2 含量下降了78.2%，水面上方大气中的CO 2 含量下降了71.7%；实验进行到第170小时海水中的CO 2 含量下降了88.1%，水面上方大气中的CO 2 含量下降了80.4%。 与之相对比，在Ca 2+ 浓度最高(0.39 g/kg)的E5组实验中(表2)，实验开始后1小时之内海水中的CO 2 含量下降了16.3%，水面上方大气中的CO 2 含量下降了21.2%；实验进行10小时后海水中CO 2 含量下降了45.6%，水面上方大气中CO 2 含量下降了43.5%；实验进行到第50小时海水中CO 2 含量下降了83.2%，水面上方大气中CO 2 含量下降了83.5%；实验进行到第90小时海水中CO 2 含量下降了88.0%，水面上方大气中CO 2 含量下降了87.4%；实验进行到第170小时海水中CO 2 含量下降了90.0%，水面上方大气中CO 2 含量下降了88.7%。 Table 2 Reduction percentage of CO2 in experiments E1-E 实验组次 E1 E2 E3 E4 E5 海水 大气 海水 大气 海水 大气 海水 大气 海水 大气 1 4.3 4.3 7.9 8.7 12.7 13.0 18.1 17.4 16.3 21.7 3 9.5 8.7 14.5 13.0 19.8 17.4 31.6 21.7 26.9 30.4 5 12.2 13.0 19.5 17.4 29.9 21.7 42.9 26.1 34.5 34.8 10 21.6 17.4 26.3 21.7 34.8 26.1 48.8 34.8 45.6 43.5 15 28.9 24.8 39.4 27.0 53.1 34.8 56.1 43.5 60.2 52.2 20 34.6 30.4 44.0 34.8 55.1 39.1 60.2 52.2 64.4 60.9 25 41.7 33.5 51.0 39.1 59.8 45.2 66.9 58.7 73.0 66.1 30 46.7 39.1 54.0 43.5 62.4 50.9 70.6 63.9 74.1 70.4 40 54.8 45.2 61.6 52.2 64.1 58.3 72.8 71.7 78.8 77.8 50 62.2 52.2 64.0 58.7 65.3 63.0 73.6 78.7 83.2 83.5 60 69.3 57.4 70.5 64.3 73.6 70.4 77.0 83.0 84.7 84.8 70 73.4 62.2 75.1 69.6 77.3 76.1 80.6 83.9 85.6 85.7 80 77..6 66.1 78.2 73.4 79.7 79.6 82.8 84.3 86.6 86.5 90 78.2 71.7 80.0 77.4 81.2 83.0 83.9 84.8 88.0 87.4 105 82.5 74.8 82.8 80.0 84.4 85.7 87.9 87.0 88.7 87.8 120 85.6 77.4 86.3 81.3 88.0 86.1 88.9 87.8 89.2 88.3 135 87.3 80.0 881 83.5 88.8 86.5 90.0 88.3 89.5 88.7 170 88.1 80.4 88.9 83.9 89.5 86.5 90.9 88.3 90.0 88.7 表2. E1~E5实验中CO 2 降低值(%) 以上两组Ca 2+ 浓度最低和最高的实验(E1与E5)对比表明，实验开始后1小时之内E5实验海水和大气中的CO 2 含量下降值分别达到E1实验的3.8倍和4.9倍，二者差异最大；10小时后海水和大气中CO 2 含量下降值倍比分别下降至2.1倍和2.6倍；50小时后分别下降至1.3倍和1.6倍；90小时后分别下降至1.1倍和1.2倍；170小时后分别下降至1.0倍和1.1倍，二者差异已经显著缩小。该对比数据具体说明了该护岸造礁系统的降碳效果对Ca 2+ 浓度的依赖性在实验初始阶段表现强烈，随着实验的持续进行呈减弱趋势。通过分析进一步发现这种不断下降的依赖性与水体中CO 2 含量的变化直接相关。 3.3. 降碳效率与CO 2 含量变化的关系 实验表明该护岸造礁系统的降碳效率除与Ca 2+ 浓度相关外，也与CO 2 本身的含量密切相关。(图7，图8)显示各种Ca 2+ 浓度工况(E1~E5)下大气和海水中的降碳速度均与CO 2 含量呈负相关关系。在护岸造礁系统工作的初始阶段，CO 2 下降速度较快，随着实验的持续进行，其下降速度逐渐减缓。在实验进行的第1小时内，海水中CO 2 下降速度在每小时4.3%~16.3%之间，大气中CO 2 下降速度在每小时4.3%~21.7%之间。实验进行到第50小时海水中的CO 2 下降速度为每小时0.74%~0.44%，水面上方大气中的CO 2 下降速度为每小时0.78%~0.13%。当实验进行至135~170小时，海水中CO 2 下降速度降至每小时0.015%~0.023%，大气中CO 2 已经不再继续下降。出现这种现象的主要原因是随着海水中CO 2 本身含量的持续下降，可供合成CaCO 3 的碳酸根离子减少。 3.4. 倾斜阶梯式防波堤对降碳效果的影响 图5和图6同时显示了未设置防波堤和发电装置的E6组对比实验的降碳量。对比结果表明，尽管E6设置为与Ca 2+ 浓度最高的E5组实验相同，其降碳效率却显著低于E1~E5组。在经历了170小时之后，E6组实验CO 2 含量在海水中和水面上方大气中分别下降了57.8%和17%，显著低于E1~E5组的88%和80% (图5，图6)。也就是，E1~E5海水中的降碳量达到E6组实验的1.52~1.55倍(图5)，大气中的降碳量达到E6组实验的4.24~5.1倍(图6)。针对E6进一步对比其大气和海水中的降碳量(图5，图6)，结果显示大气中的降碳量显著低于海水中，这说明其大气中的CO 2 并未通过水–气通量充分进入海水。而在E1~E5组实验中，大气和海水中的降碳量均较大，这说明在倾斜阶梯式防波堤的破波作用下，大气中的CO 2 能够被破碎的波浪携带而充分卷入海水中。 图7和图8同时显示了E6组对比实验的降碳速度。在实验开始的前30小时，E6海水中的降碳速度甚至高于E1~E5中效率最低的E1组实验23.4%；然而从第30小时直至170小时期间，其降碳速度却始终低于E1~E5 (图7)。出现这种转折的原因是由于E6大气中的CO 2 未充分进入海水，致使海水中CO 2 随着CaCO 3 的持续合成而快速降低。这可以从图6和图8中充分显示出来：E6大气中CO 2 的下降量低于其余各组实验至少16% (图6)，其下降速度也从实验开始至结束阶段均处于显著的低水平(图8)。 值得注意的是，在实验开始阶段E6海水中降碳速度高于E1，其主要原因是在实验的初始阶段E6的Ca 2+ 含量高于E1，因而其CaCO 3 的合成速度较快。然而随着实验的持续进行，E6海水中的CO 2 补充量显著少于E1~E5组实验，导致E6组实验的CaCO 3 合成速度降低。这进一步说明E1~E5组实验中倾斜阶梯式防波堤能够通过破波作用向海水中卷入大量CO 2 。 图7. 各组实验海水中CO 2 含量的下降速度曲线 图8. 各组实验大气中CO 2 含量的下降速度曲线