大气中微量元素的沉降对海洋生态系统的影响[1]

大气中微量元素的沉降对海洋

生态系统的影响

刘昌岭1陈洪涛2

( 1. 266071 2. 266003 )青岛海洋地质研究所，山东青岛；青岛海洋大学化学化工学院，山东青岛摘要：大气中的微量元素通过大气的干、湿沉降过程最终进入海洋，对海洋生态系统产生重要的影响。

重金属对生物具有毒性，对生物的生长起抑制作用，而由降水事件带入的营养元素使海洋初级生产力在短

期内迅速增加。本文根据近年来国内外对大气中微量元素的研究成果，介绍了气溶胶中营养盐和重金属的

浓度、来源及其时空变化，较为系统地评述了营养盐和重金属的输入对海洋环境、海洋生态系统的影响,

并探讨了今后该领域的研究重点。

关键词：干沉降；湿沉降；营养盐；重金属；海洋生态系统

1X171.1 文章标识码：A 文章编号：1001-6392(2003)02-0089-08中图分类号： Q178.1+；

引言

随着工业排放和人文活动的加剧，越来越多的污染物排放到大气中，再通过大气的干、湿沉降进入海洋，对海洋环境、海洋生态产生影响。研究表明[1, 2]，重金属对生物具有毒性，会抑制生物的生长；而海洋表层的浮游植物对气源营养要素具有较快的响应，初级生产力在降水事件后的短期内可迅速增加。

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发达国家自世纪年代起就对海洋上空的降雨及大气颗粒物进行深入的研究，目的之一在于评价大气污染对近岸生态环境的影响，减少由此造成的经济损失。相对而言，在中国近海类似的研究较少。一些学者对中国近海[3, 4]、厦门海域[5]、台湾海峡[6]及渤、黄海[7, 8]

Zhang[2]对的上空气溶胶的组成、分布特征及元素的入海通量进行了研究，刘素美等[9]、等

(3 5 a)

青岛地区降水的化学成分进行了长时期～的观测。这些研究成果表明，中国近海域的

Pb Cd )

大气中污染元素主要来源于人为排放，离岸越近越明显；一些重金属（如、等，大气的输入量超过了河流。湿沉降比干沉降对某些微量元素向海洋输送的影响更大。

研究大气中微量元素的干、湿沉降过程及其在某一海域的输送通量，对于正确认识人类活动对该海域生态环境的影响，正确评价该海域环境状况及生物资源的可持续利用有重要意

10 a

义。本文根据近的文献资料，对这方面的研究成果进行较为详细的评述。

２

大气中微量元素的沉降特点

大气的干沉降是气溶胶中固体粒子依靠表面撞击和重力作用的沉降过程。气溶胶是一多

海洋通报卷90 22 相体系，其化学成分相当复杂，而且随地理位置、天气条件的变化而有很大的变化。气溶胶粒子的干沉降速率与颗粒的大小、风速及表面接收器的物理化学性质、大气的稳定性及相对湿度有关。干沉降速率的准确测定，是提高估计干沉降通量准确性的关键。颗粒越小，速率测定的准确度越差，误差可达到倍多。目前人们广泛接受和采用的是发表的 10 GESAMP 各元素的总沉降速率[10]

。

大气湿沉降是指自然界发生的雨、雪、雹等降水过程。湿沉降是对大气气溶胶的有效清除过程。湿沉降速度快，带有突发性特点。实际上，气溶胶的湿沉降过程是从云形成的那一刻开始，因为气溶胶粒子是云形成必不可少的条件。一般来讲，粒子越大，吸湿性越强，溶解度高，易被清除，直径小于μ的粒子最不容易被清除。

0.1m 大气的干、湿沉降是大气化学、环境化学、生物地球化学研究的重要内容之一，对海洋的生态系统有着极其重要的影响，在全球的物质循环中扮演着重要的角色。在开阔海洋，尤其在某些寡营养的大洋海区，干、湿沉降可能是维持海洋初级生产力的营养要素的主要来

源[11, 12]。营养盐的沉降及其对海洋生态的影响

３ 大气中的营养盐、、等通过干、湿沉降过程输送到海洋中，对海洋生态系统产

( N P Si ) 生重要影响。目前，对大气中营养盐沉降的研究绝大多数都集中在其湿沉降

降水上，而 () 对干沉降的研究相对较少。

湿沉降研究是从酸雨研究开始的，酸雨主要是由于 SO 2 和 NO X 的排放所引起的 [13]。降

水中经常观测到的氮化合物主要是 NH 4+和

NO 3-，有时也会观测到 NO 2-。在降水中 NH 4+主 要来自气溶胶中的硫酸铵和气相 NH 3的转化，其浓度较高，变化幅度也很大。降水中的

NO 3- 主要来自气溶胶中的硝酸盐和大气中的硝酸气体，可能还有一部分来自

NO X 的液相反应。和在降水中主要以磷酸盐和硅酸盐形式存在，也有较高的含量。等P Si Nagamoto [14]对

太平洋的个调查航次的雨水进行分析后发现，在大港口附近，雨水酸度最大，其 7 SO 42-

和 NO 3-浓度也最高，这说明由人类活动产生的污染物对海洋湿沉降有明显的影响。

欧洲和北美的学者在营养盐的干湿沉降对海洋生态系统的影响方面作了大量的工作。研

究表明[15-17]，在限制的海区，大气干湿沉降的不同的化合物形态可以有效地促进初级

N N 生产力。等Willey [18]的工作表明，雨水中的 NO 3-能增加叶绿素的产量，而

a PO 43-不能。 等Rendell [19]、等Chester [20]研究发现，大气的干湿沉降向北海南部输入的量大致相当，湿

N 沉降为× 1.26105，干沉降为

× t /a 1.02105。北海的初级生产力通常受营养元素限制，在 t /a 开阔海区大气可能是最重要的源，尤其当欧洲向大气释放的 N NH 3和

NO X 增加的时候。 等Winchester [21]认为，大气干湿沉降是北佛罗里达处水域的主要来源。河水中总溶解

12 N 通量与大气沉降中N NO 3-和 NH 4+的通量相近。等 Fiedler [22]研究智利的氮

Valparaiso ( NO 3- + NH 4+沉降，认为该地长时间的旱季决定了以干沉降为主。

) N 国内关于营养盐的干湿沉降对海洋生态系统影响的研究起步较晚。研究表明[9]，青岛海

域大气沉降物中微量元素的湿沉降通量高于干沉降通量，湿沉降较干沉降对于微量元素向海

洋的输送起着重要的作用。孙庆瑞等[23]研究发现，动物氨源对氨氮的贡献最大，约占