2019年5月6日，地学领域顶级期刊《Global biogeochemical cycles》在线发表了题为“Fertilization of the Northwest Pacific Ocean by East Asia Air Pollutants”的研究论文，通过结合现场观测和数值模拟两种手段，定量描述了典型大气污染物灰霾颗粒在不同条件下对海洋初级生产过程的影响，对深入认识东亚大气污染与大气沉降对海洋环境与生态的影响具有重要意义。
人类向大气中排放的污染物含有较高含量的氮、铁等营养元素，是海洋浮游植物营养盐的重要来源。与此同时，污染物中较高含量的铜、锌等物质又有可能对浮游植物产生毒性作用。在此背景下，大气沉降对海洋初级生产过程究竟产生怎样的影响，目前仍不明确。
结合现场观测及数值模拟实验，本研究发现不同浓度梯度的灰霾颗粒加富对海洋浮游植物具有不同的影响。在加富浓度为0.03-0.6 mg/L时，灰霾颗粒对浮游植物生长起促进作用，并指出灰霾颗粒溶出的氮营养盐是主要促进因子；当加富浓度提高至2 mg/L时，灰霾颗粒对浮游植物生长表现出明显的抑制作用（图1）。这种抑制作用可能是重金属及有毒有机物共同作用的结果。通过结合大气（Integrated Massively Parallel Atmospheric Chemical Transport）和海洋（3D‐North Pacific Ecosystem Model）模型，进一步验证了现实条件下灰霾颗粒沉降至海水中的浓度远低于2 mg/L（图2），因此现阶段灰霾颗粒对海洋初级生产过程的影响仍以促进作用为主。
本研究建立在东亚经济快速发展、人类活动对自然影响越来越剧烈的背景下，首次阐明了东亚特征污染物灰霾颗粒对中国近海和西北太平洋初级生产过程的作用机制，从“海-空”角度揭示了人为活动对海洋环境造成的巨大影响。
该研究主要由海洋环境与生态教育部重点实验室高会旺教授团队完成，张潮博士为第一作者，高会旺教授和英国伯明翰大学时宗波教授为共同通讯作者，并得到国家重大科学研究计划（2014CB953701）、国家自然科学基金（41876125、41511130068）及英国自然环境研究委员会（NE/I021616/1）的资助。
图1不同浓度灰霾颗粒对中国近海和西北太平洋浮游植物生长的影响。当灰霾颗粒在海水中的浓度为0.03-0.6 mg/L，灰霾颗粒表现出促进作用；当灰霾颗粒在海水中的浓度上升至2 mg/L，灰霾颗粒的毒性作用凸显。
Figure 1 Responses of total Chl a to haze particle additions at different stations. At stations M1, M1B, and A1‐b, addition of haze particles led to an increase in Chl a and enhancement increases with increasing haze particle loading (up to 0.6 mg/L) in comparison to controls. YS1 and PN3 showed no response to haze particle additions while higher particle loading (2 mg/L) caused a decrease in Chl a at all studied stations (Ar4, G7, B7, and H10) in comparison to controls—suggesting a toxicity effect.
图2 2014年冬季灰霾事件期间海表颗粒物浓度
Figure 2 Maximum 10‐day accumulated concentration of total suspended particle (non-sea‐salt aerosol) in the surface ocean of NWPO estimated from modeled daily average fluxes in the winter and spring in 2014. Highest loading was seen in China coastal seas. Particle loading at the open ocean in NWPO is usually substantially less than 0.06 mg/L.
论文引用：
Chao Zhang, Akinori Ito, Zongbo Shi*, Maki Noguchi Aita, Xiaohong Yao, Qiang Chu, Jinhui Shi, Xiang Gong, Huiwang Gao* (2019). Fertilization of the Northwest Pacific Ocean by East Asia Air Pollutants. Global Biogeochemical Cycles, 33(6), 690-702.
论文链接：
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2018GB006146
通讯员：
张潮