气溶胶 -赤潮

大气物质向海洋的输送及其对海洋初级生产过程的影响
张经
青岛海洋大学

　　本成果是在霍英东教育基金会青年教师基金资助下进行的海——气相互作用领域的生物地球化学研究工作结果（项目名称：“大气沉降物对海洋初级生产力的作用”）。本研究着重进行了大气沉降物的化学与矿物学成分的观测，由此分析大气中天然及污染物质的浓度变化，估算其向西北太平洋的输送通量，并结合现场实验生态系统模拟了气源物质对海洋上层初级生产力的控制作用。本研究首次将大气对营养物质的输送与寡营养地区的赤潮事件（发生频率）联系了起来，这一新的学术观点已引起国际同行的关注。本研究还进行了大气中碳酸盐与氨对酸雨的缓冲机制之野外观测与实验室模拟。这些成果的主要内容可以概括为：
　　1．在黄海北部建立了两个岸基采样站，研究了黄海上空湿沉降（雨、雪）中营养盐（ NO3-， NO2-，NH4+，PO43-，SiO2）和硫的浓度，由此估算了营养要素通过降水向西北黄海的沉降通量。研究发现：化学物质和气团的来源与途径不同，湿沉降中营养盐和硫的浓度会变化1～2个数量级，冬季降水量少，元素浓度高；反之，在降水充沛的夏季元素含量低。与开阔海区相比，降水中营养盐的浓度相当高，其大小与欧洲和北美的沿岸海域相当。研究表明，海盐的贡献很小，就常量元素而言，海洋气溶胶的贡献＜10％，北黄海湿沉降中 90％以上来自陆源，可能与天然和人文过程均有关。在此基础上，对营养物质通过大气降水与河流向黄海的输送进行了对比，发现大气降水对该地区营养元素的质量平衡较河流更为重要，大气降水对该地区海洋初级生产力可能有相当影响。
　　2．在上述工作的基础上，通过对海水中营养盐水平低（寡营养）的西北太平洋沿岸地区（例如黄海）赤潮发生频率与大气沉降物中营养盐浓度之间的数理统计分析，发现两者之间存在着相当明显的正相关性。对这一发现的解释是：北黄海海域营养盐浓度很低，而通过陆地径流向黄海特别是北黄海的输送又极其有限，这样大气降水对该地区营养元素的质量平衡就相当重要，特别在上升流很弱的海域更是如此。大气降水会导致该地区表层海水的营养盐升高，从而诱发赤潮。从总体上讲，大气输入的营养盐对海水中的营养盐浓度贡献小于10％，但大气降水会导致该地区表层海水的短时富营养化，这种情形在上升流弱、陆地径流影响小的海域当有一定的普遍性。
　　3．通过野外观测和实验室模拟，认识到气溶胶中的碳酸盐和氨对酸雨的缓冲作用。在现场观测中发现，在中国北方的近岸地区酸雨的频率通常可达70％，但在春季风沙盛行期间降水的pH可高达6～7，同时伴随着降水中很高的钙离子浓度和碳酸盐碱度。由此推论并经实验室模拟实验证实，在这一地区，春季大气中高浓度的钙离子和碳酸盐是导致降雨的pH上升的主要原因，而且碳酸盐比氨能更为有效地抑制酸雨的出现。
　　无疑，这些成果揭示了大气输送的化学物质，对西北太平洋海域上层的海洋初级生产过程，具有较河流更为重要的作用，在一定的条件下，大气湿沉降中的营养盐浓度与这一寡营养海区赤潮的发生频率直接相关，这一学术观点对研究黄、渤海及类似海区的海洋生态环境具有重要的学术和实践意义。
此项成果由10余篇研究论文组成，被《SCI》收录10篇。有关论文发表后，引起了国际同行的重视和高度评价。此项研究成果于1995年获国家教委科技进步三等奖。