东海气溶胶中人为源识别及其沉降的生态效应研究

East China Sea (ECS) plays critical roles in both China's economy and the carbon cycling of North Pacific Ocean (NPO). She is adjacent to Changjiang river delta suffered from hazy weather, and also on the pathway of Asian dust transporting to NPO. The aerosols over the ECS are influenced strongly by anthropogenic emissions. Nonetheless, no systematic study has been done on the quantification of anthropogenic source contributions to aerosols and their ecological effects over the ECS particularly outside Changjiang estuary where high frequency of red tide occurs. This project will perform a long-term sampling at Huaniao Island combined with shipboard sample collection, use data analytical tools and MODIS retrieval， and conduct both in situ mesocosm and laboratory incubation experiments, to quantify the contributions of anthropogenic sources to aerosol nutrients and trace metals and their impacts on primary productivity, succession of dominant phytoplanktonic species and subsequent occurrence of red tide in the ECS. The project will provide scientific basis for protection of the ecosystem health of the ECS and sustainable development of China's economy, and will help to understand the coupling between atmospheric deposition and primary productivity of surface ocean and its role in the climate change.

东海是我国重要经济海域，也是北太平洋碳循环的有力驱动泵，毗邻我国四大灰霾区之一的长江三角洲，是亚洲沙尘至北太平洋的主要途经之地，受到严重人为大气污染传输的影响，而东海特别赤潮高发区长江口外海域上空的气溶胶中人为源识别及其沉降后的生态效应尚未有系统研究。本项目将以东海花鸟岛定点长期采样为主，辅以航测，综合运用数据分析工具、MODIS卫星反演等手段，结合现场海水围隔培养和实验室藻类培养实验，研究几大类人为源对东海气溶胶中营养盐和金属元素的贡献比例及污染气溶胶对初级生产力、浮游植物优势种更替和赤潮发生的影响，为保障东海生态健康和经济持续发展，探寻大气物质沉降与海洋表层初级生产力之间的耦合关系及其在气候变化中的作用提供科学依据。

大气气溶胶的长程传输是表层海水营养盐与其他物质的重要来源，东海受亚洲沙尘与我国东部人为大气污染传输的影响，其初级生产力与浮游植物群落结构可能发生显著变化。. 本研究在东海长江口外花鸟岛进行了为期4年每个季节的大气和海水样品采集，测定了气溶胶的理化特性，海水营养盐、叶绿素和浮游植物的群落结构，研究气溶胶的来源和浮游植物的优势类群。取花鸟岛东面约70km处海水进行了添加营养盐、金属离子、不同类型气溶胶的围隔培养实验，研究浮游植物生长和群落结构对输入物质的响应。参加东海至西北太平洋航次进行气溶胶观测和原位海水培养实验，开展实验室受控培养以确定金属离子对浮游植物的毒性阈值。. 本研究获得了以下重要研究结果：. （1）以花鸟岛两年的观测数据为基础，采用示踪元素、正定矩阵因子分析（PMF）和潜在源贡献函数模型量化表征了东海气溶胶的来源，包括一次工业排放（11%），二次气溶胶（22%），草酸相关气溶胶（16%），海盐（37%），船舶排放（6.3%）与矿物沙尘（8.1%），以及它们的季节变化和传输区域。. （2）通过围隔培养实验、海水营养盐与气溶胶组分的观测，揭示了由于东海表层水中磷酸根相对不足，浮游植物无法对大气沉降的无机氮产生及时且显著的响应，浮游植物优势类群发生演替。. （3）利用围隔培养实验和rbcL基因克隆测序，发现沙尘沉降可能导致特定浮游植物类群（定鞭金藻目与颗石藻目）的比例增加，进而影响硫和碳的生物地球化学循环。. （4）利用长期观测的大气沉降组分和卫星反演东海表层叶绿素a的时间序列，结合围隔培养实验，发现东海离岸较远海域叶绿素含量与大气沉降Fe/Cu比例呈显著正相关（r>0.75, p<0.001），说明大气沉降多种组分之间存在复杂的交互作用以及对初级生产力的联合效应。. 以上研究结果揭示了人为源对东海气溶胶的贡献及其沉降后对海洋初级生产力及生态系统的影响机制，为保障东海生态健康，探寻大气沉降与海洋表层初级生产力之间的耦合关系及其在气候变化中的作用提供了科学基础。.