东海大气沉降重金属对浮游植物的生态效应

受亚洲沙尘暴的长途传输和中国东部沿海和长江三角洲严重人为大气污染的影响，东海大气气溶胶的化学组成在不同物理气象条件下和不同时段可能表现出极大差异，以这两种来源为主导的沙尘气溶胶和污染气溶胶对东海浮游植物的生长可能产生不同的生态效应；此外，包括东海在内的中国和东南亚附近的太平洋是全球由人为因素引起的大气铜沉降的两大热点海区之一，铜沉降可能对东海初级生产力的主要贡献者聚球藻产生不利影响。本项目拟选取距长江口较远、接近东海中陆架的浙江嵊泗县枸杞岛进行大气气溶胶的长期观测和海水培养实验，阐明东海气溶胶的化学组成及其变化特征，剖析以沙尘为主和以污染物为主的大气干沉降对浮游植物生长影响的差异，揭示铜沉降对浮游植物群落结构的影响以及敏感藻种与赤潮生物种之间的内在联系，为探寻我国近海赤潮发生机理，了解大气沉降与海洋初级生产力的耦合关系及其在气候变化中的作用提供科学依据。

按照“东海大气沉降重金属对浮游植物的生态效应”项目申请书中研究计划，已在预设时间节点完成了各项工作内容并取得了重要研究结果。在东海花鸟岛进行了连续三年的气溶胶样品采集分析，一年的海水浮游植物样品的采集分析，三次现场围隔培养实验以及一系列实验室工作。发现：（1）近海受人为污染影响，NH4+与非海盐SO42-的比值较高，相当部分NO3-存在于细颗粒，其干沉降通量显著降低，导致NH4+在大气沉降无机氮中的比例大幅度增加，可见粒径谱分布对估算物质的干沉降通量非常重要。（2）输入NH4+/NO3-比例的改变可能影响海洋浮游植物的生长速率，特别是NH4+输入增加能促使甲藻大量生长，相比硅藻成为优势种群，这与近年来东海长江口外硅藻赤潮演变为甲藻赤潮的机理可能有联系。（3）从我国西北部长程传输而来的亚洲沙尘会促使营养元素如可溶性Fe和P的干沉降通量增加，另一方面使得对浮游植物有潜在毒性的重金属如可溶性Cu和Zn的输入量减少，总体来说有利于浮游植物生长，这对于了解“沙尘引发藻华”的机理有重要意义。（4）人为源对东海近海气溶胶贡献显著，其中二次气溶胶占22%，煤燃烧占11.3%，汽油燃烧占15.7%，船舶排放占6.3%，海盐与矿物粉尘各占36.7%和8.1%。如果不考虑海盐，那么人为气溶胶对陆源气溶胶的贡献将稳定在90%左右，除去二次气溶胶及汽油燃烧，人为贡献则在25%左右，说明我国中东部地区的人为大气污染可能对近海生态产生重要影响。（5）东海花鸟岛附近浮游植物的多样性要高于其他季节，长江输入物质、温度、磷酸盐浓度、降雨分别是影响春、夏、秋、冬浮游植物群落结构的主要因子。属于甲藻纲的Dinophysis fortii是除夏季外其他三个季节数量最多的物种，其数量与降雨量（大气沉降物质）关系密切，大气中NH4+和NO3-浓度的显著增加可导致该物种数量百分比高达70-90%。（6）灰霾、生物质燃烧和沙尘气溶胶因其营养盐和微量元素含量不同，可能对整个初级生产力产生促进或抑制作用，其作用机理与浮游植物的优势种和群落结构分布密切相关。根据以上结果已撰写了7篇论文，其中2篇已发表在Geophysical Research Letters和Atmospheric Environment上，2篇投稿，3篇待投稿。在本项目资助下已参加国内外多次学术会议，培养了2名硕士毕业生，目前在读博士2名、硕士4名。