趙秀逸，田榮湘

浙江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，杭州 310027

鐵是動植物生命活動必需的微量元素，也是世界上超過三分之一的海洋中發(fā)現(xiàn)的一種限制浮游植物生長的營養(yǎng)素，特別是在高硝酸鹽低葉綠素含量區(qū)域（Martin et al，1990；Martin et al，

1994；Fung et al，2000；Jickells et al，2005）。在可靠的分析方法出現(xiàn)后，Martin and Fitzwater（1988）提出了“鐵假說”，即在冰川時期向南大洋輸送更多的塵埃鐵會促進浮游植物生長，加速碳從海洋表面向深層輸出，最終使得大氣中的二氧化碳濃度減少。為了驗證鐵假說，Martin et al（1994）在1993年進行了第一次開放海域的富鐵實驗（Iron Ex1），發(fā)現(xiàn)在赤道東太平洋的表層海水中注入單一的4 nmol濃度的溶解鐵肥時，植物的生物量增加了2倍，葉綠素的濃度增加了3倍，海洋生產(chǎn)力增加了4倍。1995年5 — 6月，在赤道東太平洋進行的第二次加鐵實驗中，在加溶解鐵后的第9天，葉綠素濃度平均增加了27倍，浮游生物對硝酸鹽的吸收率平均增加了4倍；大氣中CO2的分壓（pCO2）下降了約9 Pa。由此，Coale et al（1996）提出假說：在最后一次冰期極大期，由于鐵通過灰塵向海洋輸入，造成海洋中生物生產(chǎn)力的增加，從而使大氣中的CO2含量不斷向海洋中輸送，減少了大氣中CO2含量，減弱了溫室效應(yīng)，造成冰期極大期的產(chǎn)生。這些研究使得關(guān)于鐵控制過去和未來氣候的想法被廣泛接受，并推動了海洋鐵生物地球化學(xué)領(lǐng)域的研究。

而氣溶膠由于其粒徑小、比表面積大的特性，為大氣環(huán)境化學(xué)提供了反應(yīng)床，這也使得氣溶膠的酸性直接影響著海洋大氣化學(xué)反應(yīng)。Ma et al（2005）研究了亞洲沙塵期間的日本西部沿海的氣溶膠酸性特征，通過單顆粒物分析發(fā)現(xiàn)，75%的顆粒都受到海鹽氣溶膠的作用。沙塵氣溶膠與氣態(tài)污染物和海鹽氣溶膠的相互作用很可能使沙塵顆粒的粒徑、成分發(fā)生改變，進而促進酸化發(fā)生（Laskin et al，2003；Zhang，2004）。還有發(fā)生在氣溶膠表面上的非均相化學(xué)過程對大氣化學(xué)過程有一定的影響，會使得表面的物質(zhì)從不可溶性轉(zhuǎn)化成可溶性，進而成為生物可利用的物質(zhì)。Meskhidze（2003）為了探究氣溶膠中鐵溶解度發(fā)生改變的原因，假設(shè)了“鐵酸溶解”過程：酸由人為氣態(tài)污染物形成，如二氧化硫?qū)㈣F溶解在氣溶膠顆粒中，使其由不可溶性轉(zhuǎn)化為可溶性，進而通過大氣沉降將生物可利用的鐵輸入到海洋。因為這個過程對探究鐵循環(huán)和海洋生物地球化學(xué)中具有潛在重要性，Oakes et al（2012）進行了多次實地和實驗室研究證實這個假設(shè)。然而，由于技術(shù)限制無法對單個氣溶膠粒子中的可溶性鐵的分布及其與酸性化合物的關(guān)系進行分析，使得在進行實地觀察時不能證實該假設(shè)。但之后Li et al（2017）使用納米級二次離子質(zhì)譜（NanoSIMS）和掃描傳輸電子顯微鏡（STEM）的單粒子分析技術(shù)證實了酸溶解過程的存在，并為氣溶膠在運輸?shù)近S海后變?yōu)樗嵝蕴峁┝碎g接證據(jù)。由此可見，自然或人為過程的酸性氣體排放和大氣酸度的變化將影響這種鐵溶解過程，從而使沉積到海洋中的可溶性鐵顯著增加，促進海洋生產(chǎn)力提高（Mahowald et al，2010）。因此，對這一過程進行研究可以更好地了解空氣污染與大氣鐵循環(huán)和海洋生物地球化學(xué)的相互作用。

從1933年我國首次報導(dǎo)赤潮事件以來，海洋科技人員一直努力致力于對赤潮防治的研究工作，特別是近幾十年來，隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，應(yīng)用于赤潮防治研究技術(shù)和手段也越來越多，然而近年來我國近海每年發(fā)生的赤潮災(zāi)害仍處于較高的頻次，這是由于目前還未完全真正地弄清楚赤潮發(fā)生的機理，因此無法建立精準(zhǔn)的赤潮預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)和有效的赤潮防治措施，難以避免赤潮引起的海域生態(tài)環(huán)境惡化使?jié)O業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)遭受嚴重的影響，為此我國每年都將付出巨額的經(jīng)濟損失。結(jié)合赤潮發(fā)生原因發(fā)現(xiàn)大氣沉降也為浮游植物爆發(fā)提供了營養(yǎng)元素，而氣溶膠中鐵也對赤潮發(fā)生有重要影響。在1984 — 1990年發(fā)生在東北太平洋上的3次葉綠素a的短暫增加，其原因是由于鐵的調(diào)節(jié)作用所致，而鐵含量的變化，在時間上又與亞洲和阿拉斯加的大氣灰塵輸送時間相一致（Hsu et al，2014）。1997 — 1998年，異常強的赤道東風(fēng)將大量的含有溶解鐵的森林濃煙輸送到印度尼西亞的蘇門答臘西部海域，使該海海域發(fā)生了嚴重的赤潮災(zāi)害，赤潮使大量的珊瑚礁因窒息而死亡（Abram et al，2003）。薩哈拉灰塵中溶解鐵的輸入，解除了東墨西哥灣鐵的限值（海域Fe背景濃度＜0.1 nmol · kg-1）（Walsh and Steidinger，2001），使具有固氮能力的海藻T. erythraeum在NO3背景濃度＜0.01 μmol · kg-1的硝酸鹽條件下大量繁殖，T. erythraeum的排泄物中有50%的溶解有機氮（dissolved organic nitrogen，DON），使海藻G. breve在食植競爭中大量繁殖，最后導(dǎo)致赤潮災(zāi)害的發(fā)生。2005和2006年的東海大面積赤潮事件中，與來自西北的氣溶膠輸送有較好的相關(guān)性（Tian and An，2013）。由此可見，探究氣溶膠中鐵的輸送過程對研究赤潮的機制有著重要的意義。

1 氣溶膠中鐵元素的酸溶解過程

自工業(yè)革命以來，人類活動導(dǎo)致從大氣沉降到海洋中的可溶性鐵增加了二倍甚至三倍（Mahowald et al，2010），這種可溶性鐵的增加會對海洋生產(chǎn)力，碳吸收，海洋氧氣消耗和相關(guān)的生物地球化學(xué)反饋和氣候產(chǎn)生重大影響。這個過程的一個關(guān)鍵部分是“鐵酸溶解”，即酸將鐵溶解在氣溶膠顆粒中，使其具有生物可利用性，并增加輸入到海洋中的生物可利用的鐵含量。這一假設(shè)得到了鐵溶解度和氣溶膠酸度之間的正相關(guān)關(guān)系的支持（Shi et al，2012；Ito and Shi，2016），例如：Yang et al（2020）發(fā)現(xiàn)氣溶膠中可溶鐵與非海鹽硫酸鹽呈線性正相關(guān)，而且可溶鐵的粒徑分布與硫酸根有高度一致性。

1.1 大氣中含硫酸性組分對鐵溶解的影響

我國西北部沙漠及黃土高原產(chǎn)生含有大量Fe(Ⅲ)的氣溶膠，經(jīng)過上面大氣過程使Fe(Ⅲ)變成Fe(Ⅱ)，并隨著氣溶膠一起從我國大陸上空遠距離輸送到東海和太平洋，從而增加了海洋表層生物可吸收的Fe(Ⅱ)。

與中性pH環(huán)境相比，在酸性氣溶膠溶液中Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)的轉(zhuǎn)換在熱力學(xué)上是有利的，而SO2氧化形成的硫酸在含鐵顆粒上形成酸性潮解層為Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)的轉(zhuǎn)換提供了環(huán)境條件（Oakes et al，2012）?；跓崃W(xué)模型（ISORROPIA-Ⅱ）預(yù)測，H2SO4的酸處理是鐵在氣溶膠中溶解的可能原因。在鐵溶解度不同的源排放物中存在硫酸鐵礦物（例如Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)六水合硫酸鹽）這一現(xiàn)象也解釋鐵溶解度和硫酸鹽含量之間的關(guān)系。

此外，硫酸鐵還與人為燃燒源（例如油飛灰）中的鐵溶解度有關(guān)（Schroth et al，2009），存在于排放源中（例如移動和生物質(zhì)燃燒源）的硫酸鐵可以影響鐵在氣溶膠中的溶解度，在高溶解度排放源中存在硫酸鐵，而在低溶解度排放源中未檢測到硫酸鐵。的催化作用和硫酸鐵之間的這種協(xié)同效應(yīng)在氣溶膠中發(fā)生，氣溶膠中的硫酸鐵在大氣中存在一段時間（大氣層停留1 — 2 d）后，來自煤燃燒和鋼鐵工業(yè)的富鐵顆粒被涂上厚厚的硫酸鹽層。老化顆粒中的鐵（不溶的）作為鐵氧化物的核存在并且以硫酸鐵（可溶的）的形式存在于整個酸性硫酸鹽涂層中，其隨著老化程度（涂層的厚度）而增加（Li et al，2017）。

1.2 大氣中草酸鹽對鐵溶解的影響

大氣中草酸的來源：生物質(zhì)（木材）燃燒和車輛排放的二次產(chǎn)物（甲苯和乙烷的快速氧化）是草酸鹽的主要來源，其中生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的草酸鹽可以直接排放到大氣中，煙霧氣溶膠中的碳水化合物經(jīng)過老化形成二次草酸鹽（Graham et al，2002；Gao et al，2003；Kundu et al，2010）。

草酸鹽與Fe(Ⅲ)的溶解。研究發(fā)現(xiàn)：礦物氣溶膠中Fe(Ⅲ)的溶解速率取決于環(huán)境溫度、溶液中質(zhì)子（）的濃度和礦物表面草酸鹽濃度（Gao et al，2003）。當(dāng)草酸鹽濃度低時，溶液中的Fe(Ⅲ)形成Fe(Ⅲ)的草酸鹽絡(luò)合物，從而促進可溶性的Fe(Ⅱ)的產(chǎn)生。草酸鹽促進了Fe(Ⅲ)溶解的過程如下：

第一步：Fe(Ⅲ)與草酸鹽絡(luò)合

第二步：草酸鹽光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生Fe(Ⅱ)

與環(huán)境溫度和質(zhì)子濃度和相比，草酸鹽更能增強鐵的溶解度。在相同條件下，草酸鹽的濃度增加一 倍（從0.1 mmol · L-1增 加 到0.2 mmol · L-1），總鐵的溶解濃度也增加一倍（從0.6 mmol · L-1增加到1.2 mmol · L-1）。在酸性條件下，礦物灰塵中鐵的溶解量因草酸鹽存在而增強。

燃燒氣溶膠的鐵溶解與礦物氣溶膠相同，燃燒氣溶膠的鐵溶解取決于pH，環(huán)境溫度和草酸鹽，其動力學(xué)過程如下：

式中：fi是溶解度的函數(shù)，aFe是溶解在溶液中的Fe(Ⅲ)的濃度，alig是配體（例如草酸鹽）的濃度。

1.3 大氣中含氮酸性組分對鐵溶解的影響

硝酸鹽對Fe(Ⅱ)的抑制作用。在大氣中，經(jīng)過一系列的大氣化學(xué)過程生成硝酸鹽，硝酸鹽對Fe(Ⅱ)有抑制作用。但是與硫酸相比，硝酸鹽對Fe(Ⅱ)產(chǎn)生的影響要小得多。在高硝酸鹽濃度的情況下，F(xiàn)e(Ⅱ)和硝酸鹽之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)發(fā)生，F(xiàn)e(Ⅱ)被氧化成Fe(Ⅲ)，而硝酸鹽被還原成亞硝酸鹽（Cwiertny et al，2008），具體如下：

凈反應(yīng)式：

雖然存在硝酸鹽對Fe(Ⅱ)的抑制作用，但是通過實驗證實（約30 h），F(xiàn)e(Ⅱ)在硝酸鹽溶液中是穩(wěn)定的，在均相溶液的溶解實驗中不會發(fā)生Fe(Ⅱ)和硝酸鹽之間的反應(yīng)，這可以解釋為Fe(Ⅱ)對硝酸鹽的還原必須有表面介質(zhì)的存在。與含鐵礦物有關(guān)的亞鐵和黏土表面存在比Fe(Ⅱ)更強的還原劑，這些還原劑減少了硝酸鹽（Hofstetter et al，2003；Elsner et al，2004； Summers，2005）。但是在硝酸鹽濃度超過一定范圍時，溶液中Fe(Ⅱ)形成被抑制。

2 氣溶膠中溶解鐵的生物效應(yīng)

除了火山噴發(fā)、沙塵和海洋飛沫等自然源之外，人為活動如燃煤、金屬冶煉、石油煉制、制革等工業(yè)活動排放的污染元素在城市顆粒物中占主導(dǎo)地位（Baker and Jickells，2006）。工業(yè)革命以來，由于能源的過渡消耗、工業(yè)的迅猛發(fā)展、生物質(zhì)燃燒和機動車排放等人為活動，大氣中的污染物濃度也相應(yīng)地飛速增長（Chen and Siefert，2004）。金屬元素因大多具有較強的地球化學(xué)活性和生物活性，幾乎參與海洋生命的方方面面。如金屬元素鐵和錳等作為海洋浮游生物生長必須的痕量營養(yǎng)，在生物固氮、氮的同化和光合作用中都起著催化作用（Martin et al，1994）。然而金屬元素的生物有效性與其溶解度密切相關(guān)，盡管金屬元素在地殼中的含量很高，但因其在海水中溶解度小，只有很少一部分能被海洋生物所利用。海水中的重金屬濃度非常低，其總量僅占海水總含鹽度的0.1%左右（Muezzinoglu and Cizmecioglu，2006）。由于含量很低，海水中的重金屬元素濃度變化極易受人為或地質(zhì)活動的影響。例如鐵在海水的低溶解量成為限制部分海域初級生產(chǎn)力的重要因素（Boyd et al，2000）。海洋氣溶膠中元素鐵的溶解度范圍很大，從0.01%到80%（Chen and Siefert，2004；Baker and Jickells，2006），這種變化主要是因為不同的氣溶膠來源，顆粒物的大小和氣溶膠的傳輸途徑，以及溶解提取過程的不同所致。Aguilar-Islas et al（2010）證實，不同類型的氣溶膠會導(dǎo)致元素鐵溶解度變化的程度遠遠大于實驗室的研究結(jié)果，其中膠體鐵（粒徑在0.02 — 0.4 μm）是氣溶膠中鐵元素在海水中溶解的主要部分。綜上可知，金屬鐵元素的生物有效性與其溶解度密切相關(guān)，海洋中的金屬鐵含量較低，而且大部分不能被海洋生物利用，只有其中的可溶部分才是生物可利用的（郭琳，2013）。

3 東海赤潮發(fā)生與大氣氣溶膠輸送的討論

3.1 東海赤潮概況及發(fā)生機理

我國位于北太平洋西岸，亞洲大陸的東岸，有較長的海岸線。西部的沙漠和黃土高原是自然氣溶膠的源地，我國是世界人口最多的國家，其生產(chǎn)生活產(chǎn)生了大量的人為氣溶膠。我國又是著名的季風(fēng)區(qū)，隨著季節(jié)的變化風(fēng)向發(fā)生相反的變化，同時沿岸的海流也發(fā)生相反的流向改變，海洋環(huán)境（溫度、鹽度和營養(yǎng)鹽等）也發(fā)生相應(yīng)的改變，赤潮隨著季節(jié)的變化而發(fā)生。根據(jù)歷史記錄，在2000 — 2019年，我國沿海海域共發(fā)生赤潮事件1336次（表1）。從赤潮發(fā)生的海域來看，東海最多，占全國的39% — 82%，其中在東海海域中，赤潮高發(fā)區(qū)集中在長江口外、浙江中南部和福建沿海海域（圖1）；從赤潮發(fā)生的季節(jié)來看，主要集中在5、6月，占全年發(fā)生率的28% — 73%。

圖1 東海赤潮高發(fā)區(qū)（虛線區(qū)域）Fig. 1 Area with the high incidence of red tides in the East China Sea (dotted area)

表1 我國近年來赤潮發(fā)生情況Tab. 1 The occurrence of red tide in China in recent years

而揭示赤潮發(fā)生的機理成為降低赤潮災(zāi)害的危害以及建立精準(zhǔn)的赤潮預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)的關(guān)鍵?？茖W(xué)家通過多年來對赤潮發(fā)展過程長期的野外觀察和模擬實驗研究，已經(jīng)得到共識，赤潮發(fā)生即浮游植物爆發(fā)性增殖需要以下兩個必要條件：一是營養(yǎng)條件，必須有足夠的氮、磷、硅等營養(yǎng)鹽和鐵、錳等微量元素；二是水文氣象條件，適合的水溫和光照等，特別令人關(guān)注的是在大規(guī)模赤潮發(fā)生之前，往往有持續(xù)數(shù)日晴好天氣的出現(xiàn)，而赤潮發(fā)生多在季節(jié)變化的時間內(nèi)。

3.2 東海赤潮高發(fā)區(qū)營養(yǎng)鹽和鐵的分布

營養(yǎng)鹽濃度和結(jié)構(gòu)的改變都會影響赤潮的發(fā)生和發(fā)展，東海區(qū)赤潮面積變化和赤潮次數(shù)與營養(yǎng)鹽顯著相關(guān)（張善發(fā)等，2020）。營養(yǎng)鹽比例假說認為，營養(yǎng)鹽的結(jié)構(gòu)是否有利于某種藻類生長，是決定該藻能否成為赤潮優(yōu)勢種的重要因素。而東海受到長江沖淡水、臺灣暖流、東海沿岸流的共同影響，近岸區(qū)域營養(yǎng)鹽含量較高，尤其在東海赤潮高發(fā)區(qū)，幾乎終年都處于富營養(yǎng)化狀況，其中可溶性無機氮的平均濃度大于15 μmol · L-1，磷酸鹽的平均濃度大于0.5 μmol · L-1，硅酸鹽的平均濃度大于10 μmol · L-1（周名江和朱明遠，2006），溶解鐵的平均濃度為2.8 nmol · L-1（Su et al，2015），并呈現(xiàn)由近岸向外海逐漸降低的分布規(guī)律，在垂直分布上，水體中溶解鐵的濃度隨深度的變化較小（朱遜馳，2018）。海洋浮游植物對營養(yǎng)鹽的吸收利用大致遵循N / P比為16∶1（Walsh，1996）以及N / Fe比為465∶1（Rueter et al，1992），而東海的N / Fe比為5357∶1，因此東海區(qū)域藻類的生長可能會受到生物可利用鐵的限制。

3.3 東海赤潮區(qū)營養(yǎng)物質(zhì)來源討論

一般而言，海洋表層的營養(yǎng)鹽來自三個部分，分別是近岸河流海流輸送、海底營養(yǎng)鹽上翻和大氣輸送。在近岸河流輸送向東海赤潮提供營養(yǎng)物質(zhì)的研究中，通常認為長江和錢塘江等是營養(yǎng)物質(zhì)的主要來源，然而，20世紀(jì)90年代長江流域的幾次大洪水，盡管向海域輸送了大量的營養(yǎng)物質(zhì)，但在洪泛期間與期后并未見有大規(guī)模的東海赤潮發(fā)生（田榮湘和翁煥新，2005）。Poulton（2002）的研究表明：通過河流輸送的營養(yǎng)物質(zhì)，一旦當(dāng)河水和海水相遇時，沉積作用使大部分營養(yǎng)物質(zhì)進入河口的沉積物中，無法將赤潮藻所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，特別是鐵等限制性營養(yǎng)元素輸送到赤潮發(fā)生區(qū)。而且，河流輸送的溶解鐵在河口混合過程中也會出現(xiàn)清除型行為，相當(dāng)大比例的溶解鐵在鹽度范圍較低的河口被清除出水體（Bergquist and Boyle，2006；Stolpe and Hassell?v，2007）。影響該海域的海流除去長江和錢塘江的沖淡水這一途徑，還有一部分來自臺灣暖流，另一部分來自外海的黑潮。海流的方向隨大氣環(huán)流的季節(jié)變化而發(fā)生南北方向的改變，攜帶外海水的高溫低溶解鐵的臺灣暖流會被輸送至東海，但是不足以提供赤潮爆發(fā)所需的足量的營養(yǎng)物質(zhì)（Tian et al，

2020）。

另外，關(guān)于上升流輸送營養(yǎng)鹽可能性的研究表明：在冬季，在海洋的垂直方向上，由于海洋表面被冷卻，造成上層海水溫度低密度大，下層海水的溫度高密度小，在重力和浮力的共同作用下產(chǎn)生對流運動。進入夏季后，由于表層海水被加熱，造成溫度高密度小的海水在上層，溫度低密度大的海水在下層，因此不會產(chǎn)生熱力影響的對流運動。雖然在夏季（6 — 10月）的浙江沿岸，有許多的非熱力引起的上升流區(qū)（Liu and Gan，2014），上升流帶來豐富營養(yǎng)鹽的同時，也帶來了低溫、高鹽、缺氧的下層水，這些低溫高鹽缺氧的低層水，往往使上升流中心的生物量較少（雷鵬飛，1984；何德華等，1987），而且，這種低溫水在表層并非年年出現(xiàn)，而是時隱時現(xiàn)（許建平等，1983）。隨著全球變暖，海洋的分層越來越嚴重，混合層的深度也越來越淺，海洋中的上升流也會受到影響（Arrigo，2005）。所以5、6月的東海，海水已進入夏季的垂直分層模式，即上層海水溫度高密度小，下層海水溫度低密度大，因此阻斷了下層營養(yǎng)鹽通過上翻向上輸送。

由此可見，提供東海大規(guī)模赤潮發(fā)生所需的限制性營養(yǎng)物質(zhì)來源，并非完全來自陸源輸入和海域上升流，因此，必然還有其他的輸入來源，而大氣氣溶膠輸送有可能是重要的來源。夏季風(fēng)不斷地從西南方帶來暖濕氣流，為東海赤潮的發(fā)生提供有利的水動力條件，而冬季風(fēng)把西北部的氣溶膠輸送至東海上空，通過下沉氣流把大氣顆粒物沉降到海面，在大氣顆粒物之間的膠結(jié)物中含有浮游植物所需要的鐵、磷等限制性營養(yǎng)元素，當(dāng)膠結(jié)物溶解于海水時，鐵、磷被釋放出來，為海洋生物提供營養(yǎng)成分，從而為赤潮爆發(fā)創(chuàng)造了有利的氣象條件（翁煥新等，2010）。

3.4 東海赤潮發(fā)生與大氣氣溶膠的輸送

為了考察大氣氣溶膠輸入對東海赤潮限制性營養(yǎng)元素的可能性，Tian and An（2013）利用美國國家航空航天局（NASA）的逐日氣溶膠資料（OMI Ai），研究2005和2006年輸送到東海上空的氣溶膠與赤潮的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)（表2），在16次面積大于300 km2的赤潮事件中，有15次都與來自西北的氣溶膠輸送有關(guān)（圖2），二者的相關(guān)系數(shù)R2達到了0.9807（P＜0.01），而且還與輸送的路徑有關(guān)。

圖2 東海赤潮與氣溶膠發(fā)生時間的相關(guān)性Fig. 2 Correlation between red tides in the East China Sea and aerosol occurrence time

表2 2005年和2006年東海赤潮事件與氣溶膠記錄（翁煥新等，2010）Tab. 2 Record of aerosol and ECS red tide events in 2005 and 2006 （Weng H X et al, 2010）

有研究發(fā)現(xiàn)在我國大氣氣溶膠的干濕沉降與赤潮事件有關(guān)（Jing，1994）。大氣沉降除了對我國近海富營養(yǎng)化有重要貢獻之外，其突發(fā)性特征可能使初級生產(chǎn)力在短期內(nèi)大幅度增加，從而影響赤潮發(fā)生。陳瑩等（2010）發(fā)現(xiàn)，我國近海包括東海，大氣沉降的營養(yǎng)鹽和部分微量元素可能超出了河流的輸入量。翁煥新等（2006）通過對東海優(yōu)勢赤潮藻藻種進行的模擬試驗結(jié)果顯示：在東海海水為背景的條件下，當(dāng)鐵和磷的含量分別達到50 nmol · L-1和50 μmol · L-1時，藻細胞密度快速增長，細胞個體發(fā)育良好，表明了藻細胞發(fā)育嚴格受鐵、磷營養(yǎng)濃度的控制。大氣鐵的輸送與河流輸入一起，通過增加氮磷比，誘發(fā)嚴重的磷限制，并使得痕量金屬富集，為東海中甲藻和硅藻的爆發(fā)提供條件（Mackey et al，2017）。Meng et al（2016）通過在東海長江口外表層海水中添加不同成分的氣溶膠發(fā)現(xiàn)，葉綠素濃度分別在添加含鐵和溶解無機氮的氣溶膠后出現(xiàn)最高值和最低值。這一結(jié)果表明：在氮相對磷過量的東海赤潮區(qū)，氣溶膠鐵比無機氮對于促進初級生產(chǎn)力更為重要。礦物粉塵和人為氣溶膠的輸入可能導(dǎo)致浮游植物群落結(jié)構(gòu)的顯著變化。

另外，關(guān)于“在赤潮發(fā)生之前往往有晴好天氣出現(xiàn)”的現(xiàn)象，已有的研究表明：這也與大氣氣溶膠輸送營養(yǎng)物質(zhì)直接相關(guān)聯(lián)，通過對2005 — 2006年赤潮發(fā)生期間的下沉氣流分析顯示，在我國東海上空氣溶膠存在的范圍，都對應(yīng)有垂直下沉氣流，由于空氣氣流垂直下沉運動形成晴朗天氣，而空氣氣流垂直上升運動時形成云和雨（伍榮生，1999），這種下沉氣流不僅為赤潮發(fā)生提供了有利的光照條件，更重要的是氣溶膠隨下沉氣流，為赤潮藻的暴發(fā)性增殖提供鐵等微量營養(yǎng)物質(zhì)。翁煥新等（2006）通過對東海優(yōu)勢赤潮藻種的模擬試驗表明：在低光照度下，藻細胞吸收鐵和磷的量明顯高于在高光照度下藻細胞吸收鐵和磷的量。在光照充分的晴朗天氣，藻類生長對限制性鐵、磷營養(yǎng)元素的需求量遠低于光照不夠充分的陰雨天氣，這是赤潮往往發(fā)生在晴朗天氣的根本原因。

綜上所述，不難理解，引發(fā)東海赤潮的“營養(yǎng)”和“氣象水文”兩個必要條件，均與大氣氣溶膠輸送鐵等限制性營養(yǎng)元素相關(guān)聯(lián)，這表明了大氣氣溶膠輸送鐵等可能對引發(fā)東海赤潮可能起到關(guān)鍵作用。

4 總結(jié)與展望

氣溶膠中溶解鐵的輸送對赤潮研究和海洋生物地球化學(xué)系統(tǒng)有著重要的影響。大量研究確定了鐵對海洋生態(tài)系統(tǒng)以及全球大氣的重要性，并發(fā)現(xiàn)氣溶膠中的鐵在大氣輸送過程中發(fā)生酸溶解過程使得鐵從不溶性轉(zhuǎn)化成生物可利用性，從而可能影響到赤潮發(fā)生。并對以下內(nèi)容進行詳細說明：

（1）闡述了氣溶膠中鐵的酸溶解過程，并對氣溶膠以及大氣環(huán)境中對酸溶解過程可能的影響因素進行探討，包括硫酸鹽、草酸鹽及氮元素對溶解過程的貢獻。

（2）對溶解鐵的生物效應(yīng)進行討論，表明生物有效性與溶解度的相關(guān)性以及不同來源的氣溶膠中鐵的溶解度的區(qū)別以及對初級生產(chǎn)力的影響。

（3）歸納東海赤潮現(xiàn)狀并總結(jié)赤潮發(fā)生的可能原因，指出大氣輸送的重要性，將氣溶膠輸送與赤潮發(fā)生結(jié)合分析，初步驗證了兩者的相關(guān)性，為后續(xù)研究提供了有利的證據(jù)。

但目前相關(guān)研究仍有限，為深入了解大氣氣溶膠輸送鐵等對引發(fā)東海赤潮的關(guān)鍵作用過程，可以采用大氣科學(xué)與生物地球化學(xué)研究手段相結(jié)合的方法，首先以長時間尺度的東海赤潮與氣溶膠事件實際觀察數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過數(shù)值分析建立兩者之間的時空關(guān)系，然后通過對東海赤潮發(fā)生區(qū)域大氣顆粒物、海水和赤潮藻進行同步取樣，利用同位素示蹤技術(shù)，定量分析大氣氣溶膠輸送的鐵等營養(yǎng)物質(zhì)與赤潮藻爆發(fā)性增殖之間存在的潛在聯(lián)系，再利用天氣預(yù)報模式（WRF）和嵌套網(wǎng)格空氣質(zhì)量模式（NAQPMS）（王自發(fā)等，2008）模擬大氣氣溶膠對鐵等的輸送及其沉降量，最終分析評估大氣氣溶膠鐵、磷輸送對引發(fā)東海赤潮的關(guān)鍵作用，并在此基礎(chǔ)上探索建立由天氣預(yù)報模式和嵌套網(wǎng)格空氣質(zhì)量模式支撐的可以類似于氣象預(yù)報的赤潮預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)。研究成果可能將在揭示赤潮的發(fā)生機理方面具有重要的學(xué)術(shù)意義，在赤潮的預(yù)警預(yù)報方面提供了新的參考，對有效防治赤潮災(zāi)害具有深遠的實際意義。

需要說明的是，赤潮的發(fā)生是一個復(fù)雜的過程，還有許多沒有考慮和討論到的因子。如Tian et al（2018）提出的Fe-P的共同作用，Paerl（1997）提出的Fe-N的配合作用等。但在我國東海的特殊的地理位置上，既有豐富的自然氣溶膠的源地，又有產(chǎn)生大量人為氣溶膠的條件，還有西風(fēng)帶的輸送條件和季風(fēng)提供的洋流條件等，為研究赤潮災(zāi)害提供了豐富的科學(xué)資源。進一步的研究有待加強。

田榮湘, 翁煥新. 2005. 赤潮災(zāi)害與大氣塵埃鐵輸送的關(guān)系 [J].自然災(zāi)害學(xué)報, 14(3): 38 - 43. [Tian R X, Weng H X. 2005. Relationship between harmful algal bloom and transport of iron in atmospheric dust [J].Journal of Natural Disasters, 14(3): 38 - 43.]