陸-海相互作用研究中的若干問(wèn)題

陸-海相互作用研究中的若干問(wèn)題

1陸-海相互作用研究“陸地-海洋互動(dòng)”可以作為我們對(duì)海洋感知的整個(gè)過(guò)程，從人類文化發(fā)展的初期開始，它與人類對(duì)海洋的研究密切相關(guān)。這是大約與人類對(duì)海洋的研究密切相關(guān)的（海洋活動(dòng)、魚類、農(nóng)業(yè)和鹽的恢復(fù)等）。然而，在不同的歷史時(shí)期，陸地-海洋互動(dòng)的研究可能是不同的。例如，關(guān)于河口的研究人員，在20世紀(jì)80年代及其以前，大部分研究人員集中在河流捕獲量的描述和影響“捕獲量”變化的因素的比較開始?？臻g和海洋相互作用研究的范圍相對(duì)狹窄。典型的研究工作通常集中在河口、海岸和三角洲。在20世紀(jì)的末期,針對(duì)全球變化研究的地圈與生物圈計(jì)劃(InternationalGeosphereandBiosphereProgramme,IGBP)中的陸-海相互作用研究計(jì)劃(LandOceanInteractionsintheCoastalZone,LOICZ)開始較前期的研究工作更多地強(qiáng)調(diào)氣候變化和人類活動(dòng)相互疊加產(chǎn)生的后果(驅(qū)動(dòng)作用)對(duì)河口與海岸地區(qū)的整體影響,同時(shí)開始發(fā)掘自然科學(xué)領(lǐng)域中的基礎(chǔ)研究同人文科學(xué)領(lǐng)域中所關(guān)注的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的敏感性(例如:陸-海相互作用體系對(duì)全球變化的響應(yīng)程度)、脆弱性(例如:所處區(qū)域的環(huán)境在外部驅(qū)動(dòng)作用下的可恢復(fù)性特點(diǎn))與可持續(xù)性(例如:海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的健康與發(fā)展取向)之間的聯(lián)系其實(shí),由于以下的幾個(gè)因素使得河口與海岸地區(qū)成為過(guò)去歷史上和現(xiàn)今陸-海相互作用研究的重要區(qū)域.(1)河口與海岸是承接來(lái)自陸地的風(fēng)化產(chǎn)物和污染物質(zhì)的重要場(chǎng)所,其中的植物性與痕量營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)維系近海的初級(jí)生產(chǎn)和食物網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與食物產(chǎn)出具有重要的作用;一些污染物質(zhì)則對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的健康構(gòu)成危害,并沿著食物網(wǎng)被傳遞和積累.(2)如果從物質(zhì)通量的角度來(lái)看,在河口與海岸發(fā)生的自然過(guò)程與人類活動(dòng)會(huì)引起化學(xué)物質(zhì)在宏觀與微觀界面附近的再分配,在很大程度上改變了化學(xué)元素的賦存形式,兩者對(duì)物質(zhì)在近海生態(tài)系統(tǒng)中的遷移具有廣泛的影響.(3)自西方的工業(yè)化革命以來(lái),河口與海岸在人類文明演化中的作用愈加重要,河口與海岸系統(tǒng)的演替直接地影響著社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性,這一點(diǎn)在我國(guó)都市化快速發(fā)展的今天尤為突出.從另外一個(gè)視野,由于上述諸原因也使得河口與海岸地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)所承受的來(lái)自自然與人類活動(dòng)的影響較之陸地與海洋本身更為特殊,生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的變化或簡(jiǎn)言之“響應(yīng)”與外部“驅(qū)動(dòng)作用”的表現(xiàn)之間的關(guān)系更為復(fù)雜(圖1).在本文中,我擬就個(gè)人的片面理解對(duì)我們?cè)陉?海相互作用領(lǐng)域的研究進(jìn)行一點(diǎn)粗淺的梳理,并且對(duì)陸-海相互作用需要深入地進(jìn)行研究的問(wèn)題作一個(gè)回顧;希望能夠引起學(xué)術(shù)界同行們對(duì)這些研究問(wèn)題更多地關(guān)注,通過(guò)學(xué)術(shù)上的思辨與爭(zhēng)鳴幫助認(rèn)識(shí)今后針對(duì)陸-海相互作用進(jìn)行研究的取向.2國(guó)、外學(xué)者的感悟本文中所討論的問(wèn)題,材料與數(shù)據(jù)主要來(lái)自以下的幾個(gè)方面:國(guó)內(nèi)外的學(xué)術(shù)期刊中發(fā)表的相關(guān)研究成果;近20年以來(lái)重要的國(guó)際和國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)研究項(xiàng)目的科學(xué)計(jì)劃與實(shí)施的方案;本人在國(guó)、內(nèi)外的學(xué)術(shù)會(huì)議上聽取其他學(xué)者的報(bào)告后的感悟;在與學(xué)生、同事和老師之間的交談、討論過(guò)程中所學(xué)習(xí)到的內(nèi)容,以及我所在實(shí)驗(yàn)室的研究資料等等.然而,就這些成果與資料的引用和對(duì)事例的分析僅僅代表我個(gè)人對(duì)問(wèn)題的看法和理解,并不代表數(shù)據(jù)和資料產(chǎn)生或所有者的意見.如有不恰當(dāng)?shù)匾没蚯?我個(gè)人在此表示歉意.3國(guó)內(nèi)外的海洋研究合作聽學(xué)術(shù)界的前輩們講起,近代開始出現(xiàn)以我國(guó)科學(xué)家為主導(dǎo)的陸-海相互作用方面的觀測(cè)與研究大約是在20世紀(jì)30~40年代期間或更早;例如,在1934年針對(duì)海南島、西沙群島等地的生物調(diào)查,1935年在渤海、北黃海實(shí)施的海洋調(diào)查,以及稍后的浙江沿海漁業(yè)調(diào)查等等追索發(fā)表于國(guó)內(nèi)外的學(xué)術(shù)文獻(xiàn),已故的李法西教授及其同事在20世紀(jì)60~70年代所做的研究工作大約屬于解放后針對(duì)河口地區(qū)淡-海水混合過(guò)程對(duì)植物性營(yíng)養(yǎng)鹽(這里系指溶解態(tài)的氮、磷、硅)影響的比較早期的成果之一20世紀(jì)70年代后期的改革開放以來(lái),國(guó)內(nèi)外在海洋科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)交流日益增多.比較早期的國(guó)際合作活動(dòng)包括中-美合作關(guān)于“長(zhǎng)江口與東海陸架的沉積動(dòng)力學(xué)過(guò)程”的研究計(jì)劃(1979~1984)、中-法合作關(guān)于“黃河口與毗鄰海域的生物地球化學(xué)”(1983~1988)和中-美合作關(guān)于“黃河口與渤海南部的沉積作用”(1984~1989)的研究計(jì)劃等.其中,中-美關(guān)于“長(zhǎng)江口與東海陸架的沉積動(dòng)力學(xué)過(guò)程”的合作計(jì)劃的成果中一部分于1985年在ContinentalShelfResearch雜志上以專輯形式發(fā)表在過(guò)去的30~40年中,還有國(guó)內(nèi)的許多其他前輩和學(xué)者在陸-海相互作用領(lǐng)域作出了重要的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn),由于篇幅所限,不能一一枚舉.3.1近海的動(dòng)力過(guò)程對(duì)地形/地貌演化的巨大作用一直以來(lái),研究工作的相當(dāng)部分集中在刻畫陸地徑流與海水之間的混合過(guò)程對(duì)化學(xué)物質(zhì)入海通量的改造.然而,制約植物性營(yíng)養(yǎng)鹽在河口與毗鄰近海的生物地球化學(xué)行為的因素不僅僅限于淡-海水混合過(guò)程對(duì)元素分配的影響.誠(chéng)然,在河口中發(fā)生的淡-海水混合過(guò)程及其伴隨的化學(xué)反應(yīng)對(duì)于改造生源與痕量元素的入海通量具有重要的作用,當(dāng)研究的問(wèn)題涉及在整個(gè)陸架或邊緣海尺度上的生物地球化學(xué)循環(huán)及其與生態(tài)系統(tǒng)的相互作用(例如:物質(zhì)在食物網(wǎng)中的流動(dòng))時(shí),僅僅刻畫河流入海通量的變化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,在有些時(shí)候甚至?xí)饘?duì)問(wèn)題的曲解.從觀測(cè)的角度看問(wèn)題,近海的動(dòng)力過(guò)程對(duì)河口與海岸帶的地形/地貌演化的巨大作用是觸目驚心的;當(dāng)一個(gè)人站在錢塘江口附近(例如:浙江省海鹽境內(nèi)的鹽官)那自宋代起便不斷在修筑的海塘大堤上,望著那如同萬(wàn)馬奔騰一般自天際而來(lái)的涌潮,便可感受自然的力量所帶來(lái)的對(duì)心靈的強(qiáng)烈震撼.舉例來(lái)講,歷史上進(jìn)入長(zhǎng)江下游的沉積物為450×10從能量和物質(zhì)輸運(yùn)的角度,潮汐和環(huán)流對(duì)化學(xué)物質(zhì)在近海環(huán)境中的遷移具有控制作用,它們對(duì)水體中的化學(xué)元素在時(shí)間和空間的分布格局(生物地球化學(xué)場(chǎng))進(jìn)行改造和重整.例如,長(zhǎng)江多年平均入海徑流是3×10同樣地,發(fā)生在陸架邊緣的物質(zhì)交換過(guò)程也制約著近海的物質(zhì)向開闊海洋的輸送及其變化.針對(duì)物質(zhì)收支的研究結(jié)果表明,東海陸架向西北太平洋及其他的邊緣海輸送相當(dāng)數(shù)量的生源要素,并且這種物質(zhì)的輸運(yùn)具有明顯的時(shí)、空變化特點(diǎn)3.2河流泥沙造成的季節(jié)性變化當(dāng)一個(gè)人駐足在河邊,眼前所見“滾滾東逝水”心中回味著《論語(yǔ)》中的“子在川上曰:逝者如斯夫不舍晝夜”的時(shí)候,他/她將不會(huì)再懷疑化學(xué)物質(zhì)從流域盆地中的流失對(duì)近海環(huán)境的演化將會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響.最近,文獻(xiàn)中的許多研究成果都表明在過(guò)去的幾十年中河流入海的泥沙輸送在減少,而諸如向植物性營(yíng)養(yǎng)鹽的通量則顯著地增加了恐怕在文獻(xiàn)中發(fā)表的許多結(jié)果都會(huì)將河流入海泥沙的減少歸結(jié)于流域內(nèi)水利工程(例如:筑壩)的攔截作用.的確,眾多的研究數(shù)據(jù)都支持這樣一種現(xiàn)象,即河流入海泥沙在近期內(nèi)的減少同筑壩活動(dòng)之間存在一種正相關(guān)的聯(lián)系.而且,流域盆地內(nèi)的水庫(kù)等設(shè)施對(duì)河流輸運(yùn)的泥沙的截流在視覺(jué)乃至觀測(cè)的角度都比較直觀和容易被接受.然而,如果從河口或近海沉積動(dòng)力學(xué)過(guò)程研究的角度出發(fā),問(wèn)題恐怕就不這么令人樂(lè)觀.流域盆地中諸如退耕還林等水土保持措施同樣會(huì)在一定的時(shí)間內(nèi)引起單位面積的產(chǎn)沙量(率)或稱侵蝕模數(shù)的下降.另一方面,已知在河口最大混濁帶或近海觀測(cè)到的懸浮顆粒物質(zhì)可能并非完全是直接來(lái)自于河流中的“新鮮的風(fēng)化產(chǎn)物”,它們可以來(lái)自于對(duì)下游河床的沖刷乃至毗鄰近海的侵蝕作用,例如“老”的海洋沉積物補(bǔ)充,盡管后者從終極物源的角度也是來(lái)自于陸地.在受季風(fēng)氣候影響的地區(qū),往往會(huì)出現(xiàn)河流泥沙搬運(yùn)的季節(jié)性變化特點(diǎn);在近海,來(lái)自河流的沉積物可能在一段時(shí)間堆積在河口附近,在隨后的風(fēng)浪天氣,這些沉積物可以被再懸浮和搬運(yùn)至距岸更遠(yuǎn)的地方.與化學(xué)肥料的應(yīng)用相伴的是綠色農(nóng)業(yè)革命,后果之一是文獻(xiàn)中津津樂(lè)道的河流中植物性營(yíng)養(yǎng)鹽輸送通量在近幾十年中的增加.似乎是,在有限的土地上為了養(yǎng)活日益增多的人口對(duì)食物的需求,一種直接的辦法是在耕作中使用化肥.浮游生物所需求的植物性營(yíng)養(yǎng)鹽因其性質(zhì)與賦存形式的差別,在流域盆地人類活動(dòng)的影響下進(jìn)入海洋后所產(chǎn)生的后果也不盡相同.氮是化肥使用中的重要成分,且可分為氧化(例如:硝酸鹽)和還原(例如:氨)等不同的形式.盡管氮是大氣中的主要組分,但在自然界中缺少氮的獨(dú)立礦物;此外,含氮的化合物大都易溶于水.由于類似這樣的原因,隨著在耕作中大量使用化肥,河流中的溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮(此處所指的溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮包括硝酸鹽、亞硝酸鹽和氨鹽的總和)通過(guò)地表和地下水從流域盆地中的流失也相應(yīng)地增加.大多數(shù)的磷酸鹽在天然水中的溶解度都比較小,而且磷酸根易于同鈣、鐵、鋁等結(jié)合形成難溶的化合物,被截流在土壤的剖面之中不易流失或者流失比較緩慢.相比而言,在20世紀(jì)60~80年代許多的化學(xué)洗滌劑中都添加有磷,所以,在西方國(guó)家的河流中來(lái)自生活廢水的磷的含量歷史上曾經(jīng)一度增加,直到含磷的洗滌劑退出市場(chǎng)之后,情況才逐漸有所緩解.相對(duì)于無(wú)機(jī)氮和磷,河流中溶解態(tài)硅酸鹽的含量較少地受到化肥使用的影響,但是耕作本身促使了風(fēng)化作用向地表的深部進(jìn)行,也會(huì)加劇硅酸鹽和硅鋁酸鹽以溶解態(tài)二氧化硅的形式流失.由于筑壩而在上游形成水庫(kù),淡水硅藻形成的水華會(huì)消耗溶解態(tài)的二氧化硅.在20世紀(jì)的后期,歐洲和北美的一些河流中出現(xiàn)了溶解態(tài)二氧化硅的含量下降的現(xiàn)象.特別地,水庫(kù)中的截流(植物的水華吸收和利用營(yíng)養(yǎng)鹽)所帶來(lái)的無(wú)機(jī)氮和磷的虧損,可以在水庫(kù)的下游得到補(bǔ)償(例如:由于化肥的使用和通過(guò)生活污水的排放),河流中溶解態(tài)硅酸鹽則主要來(lái)自于風(fēng)化過(guò)程的補(bǔ)給,因而在河流的下游可以觀測(cè)到當(dāng)無(wú)機(jī)氮和磷的濃度逐漸增加時(shí),溶解態(tài)的硅酸鹽的含量出現(xiàn)下降的現(xiàn)象.需要指出的是,對(duì)于大的河流(例如:長(zhǎng)江)水庫(kù)大都修建于流域的上游,中、下游支流的補(bǔ)給可以緩解溶解硅酸鹽的虧損.此外,在20世紀(jì)中期或以前關(guān)于河流樣品的采集、分離(例如:水樣采集后經(jīng)過(guò)澄清或簡(jiǎn)單地用濾紙過(guò)濾后即進(jìn)行測(cè)量)和分析的方法同我們今天所用的技術(shù)有很大的差別,這一點(diǎn)往往在數(shù)據(jù)的引用中不被重視.相比之下隨著技術(shù)的進(jìn)步過(guò)去文獻(xiàn)中報(bào)告的關(guān)于植物性營(yíng)養(yǎng)鹽的數(shù)據(jù)和結(jié)果可能會(huì)偏高(圖2).若以長(zhǎng)江為例,在圖2中的數(shù)據(jù)顯示在20世紀(jì)的50年代后期,溶解態(tài)硅酸鹽的含量是70~80μM(1M=1mol/L,余同),到20世紀(jì)60~70年代,曾經(jīng)觀測(cè)到溶解態(tài)硅酸鹽的含量≥150μM.現(xiàn)在重新分析20世紀(jì)60年代中期長(zhǎng)江中的溶解態(tài)硅酸鹽的濃度出現(xiàn)峰值的具體原因比較困難,但是20世紀(jì)60~70年代它與懸浮泥沙含量之間的密切關(guān)系表明可能與那段時(shí)期流域盆地中的水土流失有關(guān).在21世紀(jì)初,河流下游觀測(cè)到的溶解態(tài)硅酸鹽含量仍然較高,可達(dá)100~150μM(圖2).當(dāng)從河流入海通量的變化趨勢(shì)的角度出發(fā)認(rèn)識(shí)流域盆地中的化學(xué)物質(zhì)的收支及其影響因素時(shí),大氣沉降(在此包括干/濕沉降與氣體形式)在其中的作用常常被忽視了.相對(duì)于風(fēng)化作用甚至是化肥的使用,大氣沉降對(duì)氮乃至磷的貢獻(xiàn)可能是重要的,而且其所提供的化學(xué)成分可以具有較強(qiáng)的溶解度或者說(shuō)植物的可利用性.例如,在歐洲的一些流域盆地(譬如:萊茵河與易北河)中,當(dāng)化肥的使用和工業(yè)/生活污水對(duì)河流水質(zhì)的影響被有效地控制之后,大氣干/濕沉降對(duì)流域中無(wú)機(jī)氮和磷的收支的貢獻(xiàn)相對(duì)地增加了在目前的全球變化背景之下,大氣中二氧化碳與其他的溫室氣體的含量將會(huì)持續(xù)地增加.由此,也會(huì)影響到地殼表層的風(fēng)化作用與化學(xué)物質(zhì)通過(guò)地表與地下水從流域盆地的流失.例如,對(duì)于如下的風(fēng)化過(guò)程:當(dāng)大氣中的二氧化碳含量增加時(shí),地表的溫度也會(huì)相應(yīng)地升高,兩者都會(huì)加速硅酸鹽和硅鋁酸鹽礦物的風(fēng)化過(guò)程,引起水體中溶解態(tài)硅酸鹽的濃度增加.后者在某種程度地上會(huì)補(bǔ)償因筑壩對(duì)硅酸鹽的截流所導(dǎo)致的虧損.3.3激勵(lì)作用和機(jī)制近幾十年來(lái),近海的富營(yíng)養(yǎng)化成為發(fā)達(dá)乃至發(fā)展中國(guó)家與地區(qū)重要的水質(zhì)與環(huán)境問(wèn)題,而且問(wèn)題并不僅僅在于此,與此相伴的通常是在毗鄰海域中出現(xiàn)某一些種類的浮游生物(通常是植物細(xì)胞)在比較短的時(shí)間內(nèi)大量地萌發(fā)與快速地生長(zhǎng),被稱為有害水華或稱“赤潮”.關(guān)于近海的富營(yíng)養(yǎng)化的含義通常有不同的理解,但一種比較為大家接受的詮釋是指近海地區(qū)有機(jī)物質(zhì)的含量在近期不斷增加以及由此引起的負(fù)面后果雖然,在關(guān)于近海富營(yíng)養(yǎng)化與有害水華的界定中并未明確地強(qiáng)調(diào)導(dǎo)致出現(xiàn)這種現(xiàn)象的驅(qū)動(dòng)作用和機(jī)制,文獻(xiàn)中眾多的研究結(jié)果卻傾向于將上述問(wèn)題同流域盆地(例如:植物性營(yíng)養(yǎng)鹽的流失)或者海岸地區(qū)(例如:海水養(yǎng)殖)的人類活動(dòng)聯(lián)系起來(lái).的確,在很多的場(chǎng)合下,我們所感受到的近海富營(yíng)養(yǎng)化與有害水華以及由此產(chǎn)生的后果同人類活動(dòng)的特點(diǎn)和影響程度之間存在著一種正相關(guān)的聯(lián)系,但是也應(yīng)該注意到引起近海富營(yíng)養(yǎng)化與有害水華發(fā)生的驅(qū)動(dòng)作用和機(jī)制是復(fù)雜的,亦包括在氣候變化與海盆尺度的事件(圖3).例如,每年的秋冬季節(jié),黑潮次表層水(注:相對(duì)于黑潮表層水而言,次表層水和中層水中植物性營(yíng)養(yǎng)鹽的含量比較高)向東海陸架的涌升對(duì)那里的化學(xué)要素(譬如:植物性營(yíng)養(yǎng)鹽)的分布格局和現(xiàn)存量的影響是重要的,并且其影響一直可持續(xù)到春季;此時(shí)由于東北季風(fēng)的作用,來(lái)自陸地徑流的沖淡水在冬季沿著浙、閩海岸向南輸運(yùn),一直可達(dá)臺(tái)灣海峽乃至南海的北部3.4營(yíng)養(yǎng)人類氧合活劑在國(guó)外的應(yīng)用進(jìn)展.在近海地區(qū),底層水中溶解氧的虧損是另外一個(gè)困擾學(xué)術(shù)界的命題,并且在公共社會(huì)產(chǎn)生了廣泛的影響.這種現(xiàn)象可以發(fā)生在河口、峽灣、半封閉的海域以及上升流地區(qū).當(dāng)水體中的溶解氧的含量降低到一定的程度,會(huì)導(dǎo)致生物的死亡,因而在學(xué)術(shù)界也有“死亡區(qū)”一說(shuō).在一些地方,底層水中的缺氧同表層水中的富營(yíng)養(yǎng)化同時(shí)存在,因?yàn)楦粻I(yíng)養(yǎng)化產(chǎn)生的大量有機(jī)物質(zhì)在隨后的降解過(guò)程中首先會(huì)消耗水體中的溶解氧.從對(duì)生態(tài)系統(tǒng)作用的角度,底層或近底層水的缺氧會(huì)直接導(dǎo)致生境的壓縮乃至喪失,并影響到食物網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和生物多樣性.雖然,引起近海地區(qū)缺氧的作用機(jī)制包括自然變化與人類活動(dòng)的諸方面因素,近期的研究結(jié)果顯示在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)以來(lái)文獻(xiàn)中報(bào)道的缺氧事件與發(fā)生的地區(qū)明顯地增多了,而且出現(xiàn)在發(fā)展中國(guó)家與地區(qū)缺氧事件的危害有迅速增加的態(tài)勢(shì).例如,自20世紀(jì)50年代以來(lái),世界近海地區(qū)的缺氧事件在文獻(xiàn)中的記錄增加了十幾倍,從1950年以前的25處增長(zhǎng)到21世紀(jì)初的400多處近海地區(qū)的缺氧問(wèn)題同人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展(例如:漁業(yè))之間具有密切的聯(lián)系,因?yàn)槿毖跬ㄟ^(guò)引起生境的喪失和生源要素之間的相互關(guān)系的變化等(例如:體系中新生產(chǎn)力與可再生生產(chǎn)力之間的比率)導(dǎo)致原有食物網(wǎng)的組成與結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變.伴隨著缺氧,生態(tài)系統(tǒng)可以發(fā)生從自養(yǎng)向異養(yǎng)體系的轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致痕量溫室氣體(例如:二氧化碳、甲烷、氧化亞氮等)向大氣的釋放增加,對(duì)氣候的變化具有反饋?zhàn)饔?SCOR#128工作組(/Working_Groups/wg128.htm)在對(duì)全球近海缺氧問(wèn)題的系統(tǒng)分析和對(duì)研究歷史的回顧基礎(chǔ)上,提出下列的科學(xué)內(nèi)容需要給予重視近海的缺氧問(wèn)題不僅僅是自然科學(xué)研究的內(nèi)容,同時(shí)對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響,研究工作不僅需要注意多學(xué)科的交叉,同時(shí)也需要強(qiáng)調(diào)新的觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)方法的植入和在技術(shù)層面的提升.3.5沉積相與沉積速率在我們所生活的地區(qū),氣候特點(diǎn)與近海的環(huán)流結(jié)構(gòu)的變化調(diào)整著陸源沉積物以及與其相結(jié)合的化學(xué)物質(zhì)在近岸地區(qū)的分布格局與宿命.在季風(fēng)氣候的控制下,河流在夏季攜帶大量的淡水和懸浮泥沙入海;特別是流經(jīng)北方干旱地區(qū)的一些水系,那里在枯季由于筑壩的攔截與調(diào)水河流的下游常常發(fā)生斷流的現(xiàn)象.伴隨著近海水域的層化與相對(duì)較弱的動(dòng)力環(huán)境,河流在夏季對(duì)其所搬運(yùn)的沉積物的卸載大都發(fā)生在近岸地區(qū),或者河口濁度鋒區(qū)所影響的范圍.那些新近被搬運(yùn)到河口與毗鄰近海的沉積物通?？梢蝾伾统练e結(jié)構(gòu)方面的差異(例如:新近的沉積物通常出現(xiàn)在氧化狀態(tài)的環(huán)境中,呈黃褐色且比較松軟)同“老”的沉積物予以區(qū)分.此外,在一些地區(qū)于固結(jié)程度比較高的海床之表面存在一層經(jīng)常地參與沉降和再懸浮的松軟沉積物,稱之為浮泥.在冬季風(fēng)控制的環(huán)境中,近海的水體常常出現(xiàn)垂向均勻的水文要素(例如:溫度與鹽度)剖面結(jié)構(gòu),顯示水層中發(fā)生了強(qiáng)烈的垂向混合.在冬季風(fēng)浪的作用下,近海的沉積物被再懸浮,或者更為確切地講出現(xiàn)了底沉積物經(jīng)歷頻繁的再懸浮-搬運(yùn)-沉降-再懸浮-再搬運(yùn)-再沉降這樣的事件.從年際或更長(zhǎng)的時(shí)間尺度來(lái)看問(wèn)題,陸源沉積物的主要堆積區(qū)域與汛期河口外面的混濁水的鋒區(qū)范圍并不一致.以長(zhǎng)江口為例,盡管夏季沖淡水的外緣在大的洪水年份可達(dá)到朝鮮海峽附近,但陸源沉積物的主要堆積地區(qū)卻出現(xiàn)在長(zhǎng)江口以南的浙、閩沿岸水深≤50~75m所限的范圍.在上述沉積動(dòng)力學(xué)過(guò)程的主導(dǎo)之下,三角洲前緣的沉積速率具有明顯的時(shí)、空不均一性的特點(diǎn);河口附近的沉積速率在日-月(例如:汛期)的尺度范圍可達(dá)5~10cm或更多,而在年際尺度上則僅為1~2cm或更低.由此,也給利用沉積物的記錄來(lái)詮釋過(guò)去歷史的變化帶來(lái)許多歧義和產(chǎn)生多解性.3.6兩種源的形態(tài)及存在的問(wèn)題從生態(tài)系統(tǒng)功能的角度,當(dāng)體系具有自養(yǎng)控制的特點(diǎn)時(shí),p-r>0(注:這里p代表光合作用或泛指合成代謝;r代表分解代謝,例如呼吸作用),并且在一定的時(shí)間尺度具有凈的物質(zhì)積累和對(duì)外部的物質(zhì)輸出.相反,在p-r<0的情況下,體系為異養(yǎng)作用所主導(dǎo)在前一種狀況下,體系相對(duì)于大氣而言是二氧化碳的匯,在后一種情況之下,體系成為大氣中二氧化碳的源.例如,將牛、羊在草地上放牧,這時(shí)由生產(chǎn)者(草地)和消費(fèi)者(牛、羊)構(gòu)成的體系對(duì)大氣來(lái)講應(yīng)該是二氧化碳的匯;但是,若將牛、羊圈到圈里利用收割的牧草喂養(yǎng),則體系轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)大氣來(lái)講成為二氧化碳的源.只是在海洋中,研究體系的邊界和空間的尺度比較不確定,生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間的相互關(guān)系、食物網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜,在時(shí)間尺度上的變化迅速(例如:非穩(wěn)態(tài)的特點(diǎn)),均使得研究的問(wèn)題變得撲朔迷離.對(duì)于其他的一些痕量溫室氣體(例如:甲烷與氧化亞氮),情況會(huì)更為復(fù)雜一些.在分子水平上,甲烷和氧化亞氮引起的溫室效應(yīng)分別是二氧化碳的300和25倍,而且兩者在大氣中的含量自西方工業(yè)化革命以來(lái)均快速地積累.在海洋中,不同的機(jī)制(例如:硝化與反硝化作用)都會(huì)導(dǎo)致氧化亞氮的產(chǎn)生甲烷既可以在氧化又可以在還原的環(huán)境中被檢出;相對(duì)于CO盡管總體上海洋向全球的大氣釋放甲烷與氧化亞氮,但對(duì)大氣中兩種溫室氣體的貢獻(xiàn)程度具有很大的差別.根據(jù)近期的估計(jì),海洋向大氣釋放的甲烷僅占全球通量的百分之幾(例如:<5%),但海洋釋放的氧化亞氮占整個(gè)自然界進(jìn)入大氣通量的三分之一以上另外一個(gè)研究的困惑是近海的生物地球化學(xué)過(guò)程的產(chǎn)物(例如:生源要素、有機(jī)碳、痕量氣體等)如何影響開闊的海洋,亦即所謂的“陸架泵”(ContinentalPump)的問(wèn)題.通過(guò)陸架/邊緣海同開闊海洋之間的水交換(例如:環(huán)流結(jié)構(gòu))、顆粒物的沉降或者近底邊界層的物質(zhì)輸送(例如:濁流與Nephiloid層),來(lái)自陸源或者近海的有機(jī)物質(zhì)與生源要素等可以進(jìn)入深海.有研究報(bào)道,開闊海洋中的有機(jī)碳剖面顯示,在受到陸源物質(zhì)輸運(yùn)影響顯著的地區(qū),用C-14標(biāo)識(shí)的有機(jī)物質(zhì)的年齡比其他地方更“老”一些3.7海平面上升及其對(duì)社會(huì)的影響同其他類型的災(zāi)害性事件(例如:洪水與臺(tái)風(fēng))相比,緩慢但持續(xù)的海平面上升通常不為人所注意,在有限的時(shí)、空觀測(cè)范圍似乎也看不到其具有哪些顯著的負(fù)面效果.如此,我們所討論的問(wèn)題系在年或年際的時(shí)間尺度上認(rèn)識(shí)平均海平面在毫米量級(jí)的改變,同那些洪峰流量與風(fēng)暴潮增水在每小時(shí)或每天發(fā)生的變化相比,似乎微不足道.在談到海平面的變化時(shí),有兩種不同的機(jī)制:一種是在海盆的尺度上的海平面的整體上升,與氣候的變化相關(guān);另外一種系由于觀測(cè)地區(qū)的地面下沉所致,可以是自然的(例如:三角洲地區(qū)發(fā)生的壓實(shí)作用)或者由于人類活動(dòng)引起(例如:對(duì)地下水資源的過(guò)量利用導(dǎo)致的沉陷).根據(jù)觀測(cè)資料,在過(guò)去的30多年(1978~2008年)中,我國(guó)沿海地區(qū)的海平面上升的速率為2~3mm/a無(wú)論怎樣,若從長(zhǎng)期的效果來(lái)看,海平面的上升將會(huì)引起海岸帶地區(qū)相對(duì)水深的增加,導(dǎo)致波浪傳播的速度改變和對(duì)海岸工程設(shè)施的破壞能力加強(qiáng).由此引起的后果尚包括:(1)海岸帶地區(qū)的侵蝕作用將會(huì)加劇,海岸地形的剖面將會(huì)不斷被改造,自然災(zāi)害(例如:風(fēng)暴潮)引起的破壞作用將會(huì)更大;(2)伴隨著海平面的上升,海水入侵作用增強(qiáng),將導(dǎo)致沿海地區(qū)土壤鹽漬化加劇;(3)在河口地區(qū),海平面的上升將會(huì)引起海水的倒灌在今后更為嚴(yán)重,直接威脅到水資源的安全問(wèn)題;(4)同樣地,海岸帶地區(qū)的生境也會(huì)伴隨著海面的上升發(fā)生改變,并且將影響賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和它所提供的服務(wù).在可以預(yù)見的未來(lái),我們現(xiàn)有的海岸工程設(shè)施抵御災(zāi)害的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不得不提高,由此也將引起資金投入的增加、技術(shù)要求水準(zhǔn)的改變,并且對(duì)沿海地區(qū)的社會(huì)可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)更大的困難.在今后的氣候變化和人類活動(dòng)的多重作用下,海岸地區(qū)以及毗鄰海域的生態(tài)系統(tǒng)的演變受到海平面上升的影響將會(huì)具有更大的不確定性.3.8.濕地是經(jīng)濟(jì)的重要組成部分.在過(guò)去的30~40年中,我國(guó)沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與社會(huì)的發(fā)展格局產(chǎn)生了前所未有的變化.其中,漁業(yè)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)了從單純的捕撈到它與增、養(yǎng)殖并舉的轉(zhuǎn)化,并且在21世紀(jì)初出現(xiàn)了養(yǎng)殖產(chǎn)量大于捕撈收獲的局面.沿海地區(qū)的養(yǎng)殖活動(dòng)在很大程度上改造了近海濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,并且對(duì)我們的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了負(fù)面的影響.據(jù)統(tǒng)計(jì),在“十五”期間我國(guó)圍、填海的速率約為300km近海的濕地是一個(gè)復(fù)雜且內(nèi)部不同部分之間相互交錯(cuò)的體系.我們通常注意到濕地具有諸如像交通與航運(yùn)、旅游、土地資源、水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面的功能;但除此之外,濕地還是許多重要經(jīng)濟(jì)資源的棲息地和產(chǎn)卵場(chǎng)、孵化場(chǎng)等.在我們強(qiáng)調(diào)由于過(guò)度捕撈使得海洋經(jīng)濟(jì)資源衰退的同時(shí),也應(yīng)該想到還有其他的原因,譬如伴隨著濕地的被破壞而導(dǎo)致的生境的永久性喪失,也會(huì)從資源補(bǔ)充的角度導(dǎo)致海域日益貧瘠的局面.就我們目前技術(shù)所達(dá)到的水平(例如:修筑港口與堤壩),在局域的范圍可以很大程度上地改變濕地的結(jié)構(gòu)和功能,甚至永久性的喪失.當(dāng)通過(guò)圍墾苛求濕地為人類社會(huì)提供土地資源方面的服務(wù)時(shí),我們失去了它在另外一些方面具有的功能.例如,在我們現(xiàn)在所面臨的“氣候變化”背景下和受到的“低碳經(jīng)濟(jì)”約束中,濕地生態(tài)系統(tǒng)所具有的重要“碳匯”作用需要被仔細(xì)地認(rèn)識(shí),其在全球尺度上的貢獻(xiàn)需要重新被評(píng)估.4陸-海相互作用研究的啟示其實(shí),盡管在過(guò)去的20~30年里中國(guó)的海洋科學(xué)發(fā)展迅速,在陸-海相互作用的研究領(lǐng)域我們的工作積累還是很不夠.部分的原因系由于中國(guó)在近代海洋學(xué)的起步比較晚,中間因?yàn)閼?zhàn)爭(zhēng)或其他的因素而又多次中斷或被干擾,以至于文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)比較零散且缺乏系統(tǒng)性.從全球的氣候變化產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)作用與近海生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)關(guān)系的角度出發(fā),我們?cè)谶^(guò)去50~60年中斷斷續(xù)續(xù)地工作積累在很多情況下尚不足以拿出令人信服的證據(jù).特別地,在近海地區(qū)由于人類活動(dòng)的影響所產(chǎn)生的后果是如此地明顯,以至于在很多情況下同氣候變化所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)作用混雜一道,甚至“淹沒(méi)”了后者在生態(tài)系統(tǒng)的水平上產(chǎn)生的“信號(hào)”.故而,在全球范圍的“陸-海相互作用”的研究熱潮中,我們需要冷靜地思考:在我們所生活的環(huán)境中,陸-海相互作用研究的內(nèi)涵其核心究竟是什么?譬如,伴隨著20世紀(jì)中期以后世界性的流域筑壩風(fēng)波,研究發(fā)現(xiàn)一些中、小河流中溶解態(tài)硅酸鹽的含量在下降(例如:多瑙河),并對(duì)毗鄰近海的浮游植物的群落成分和結(jié)構(gòu)帶來(lái)了負(fù)面的影響(例如:硅藻與甲藻的組成),并且通過(guò)食物網(wǎng)關(guān)系作用于整個(gè)生態(tài)系統(tǒng).對(duì)于大的河流而言,在流域的上游或中游修筑水壩對(duì)