大气气溶胶从大陆到海洋的长途传输与沉降及其对海洋生态的影响

长期以来人们普遍认为，河流是海洋物质的主要来源。近年的研究表明，大气传输也是许多自然物质和污染物从大陆输送到海洋的重要途径。在某些海域，经由大气输入的若干痕量物质的总量，几乎相当于河流的输入量。有些物质的大气输送，甚至超过河流输送［1 3］。大气输入的Fe，可能是远洋表层海水生物可利用Fe的主要贡献者［4，5］。大气输入海洋的溶解性N总量，与河流相当［2］。从全球尺度看，很多物质经由大气的输入量，等于或大于河流。大多数物质在北半球海洋的大气输入通量，明显大于南半球［6］。在远离人类活动影响的大洋海区，大气物质入海量占有绝对的比重，而受工业污染较严重的近岸海域，大气沉降也是那里陆源物质的重要来源。颗粒态的金属在环境生态和生物地球化学循环中起着重要的作用，而大气沉降是水体中某些微量金属之主要来源。Duce［7］发现，大气可为马尾藻海的真光层^[1]提供高达80%～90%的可溶性Fe，可为北太平洋地区提供16%～76%的可溶性Fe。输入海水中可供生物利用的新氮的20%～40%或更多，来源于大气沉降［2，8，9］。N和P的输入，是海洋初级生产力的主要营养物；其一次性的大量输入，则可能导致赤潮的爆发［10，11］。海洋表层水中的Fe，已被证明是某些大洋海区表层水生产力的限制因素（即所谓“铁限制假说”）［12-15］。海水中的可溶性Fe与海洋的固氮能力亦密切相关［16-21］。大气中的Fe在海水中的溶解有“饱和度”（10～17 nmol·kg-1）的限制，而且海水中99%以上的可被生物利用的Fe，来自气溶胶在海洋中的沉降［22］。远距离传输而来的陆地沙尘即矿物气溶胶，是许多海区Fe的主要来源，也是海洋生产力的限制因素［5，23-26］。庄国顺等发现了海洋气溶胶中的Fe（Ⅱ），并基于此提出大气-海洋物质交换中的Fe-S耦合反馈机制［27 29］。中国最大的海——南海，是西太平洋的重要组成部分，其生态效应极其敏感。近十多年来，随着珠江三角洲地区工农业的迅速发展和人口的不断增多，加之该地区河网纵横，雨量丰沛，各种来源的污染物通过地表径流和大气干湿沉降等方式，进入珠江河系及珠江口［30］，使河口的环境日趋恶化，中国大陆大气输入，已经对该地区的生态环境产生严重影响。迄今为止的大部分研究［31 33］，仅限于该海区的水体和沉积物，有关大气输入的研究仍然很缺乏。本章以大气气溶胶从中国大陆向中国南海的长途传输与沉降为例，论述大气输入对海洋生态环境的影响。

2003年，我们利用中国科学院知识创新工程重要方向项目“珠江河口及近海生态环境演化规律及调控机制研究”的冬季和春季2个航次，在中国南海的珠江口，实地直接监测了海洋气溶胶的干沉降通量，采集TSP、PM 10和PM 2.5气溶胶，分析了气溶胶样品中的23种微量元素和常见的14种可溶性阴阳离子，并利用我们研发的一种适合监测中国气溶胶、雨水和雪中Fe（Ⅱ）的高效液相色谱法［34］，测定了中国海区大气气溶胶中的痕量Fe（Ⅱ），利用XPS（X射线光电子能谱）对海洋气溶胶的表面结构进行分析，发现了海区颗粒物表面存在大量的Fe（Ⅱ），说明了大气沉降对调节贫瘠海域海水中的溶解性Fe浓度的重大作用，论证了大气气溶胶从大陆到海洋的长途传输和沉降对珠江口海域和南海北部海区生态环境的影响。(www.xing528.com)