地球生態系統的精準性研究＊

楊東方，崔文林，陳生濤，鄭 琳，卜志國

（1．國家海洋局北海環境監測中心 青島 266033；2．浙江海洋學院海洋科學學院 舟山 316000；3．浙江海洋學院生物地球化學研究所 舟山 316000）

工業的迅速發展加大了向大氣排放二氧化碳，大氣中的二氧化碳含量不斷增加。隨著全球氣候變暖的趨勢不斷加強，溫室效應的影響進一步擴大［1－2］。由于人類的污染，導致海洋中氮、磷過剩。同時，由于建壩、建水庫、引流、種植等原因，入海河流流量大幅減少，從而造成河流對硅的輸送量降低，而輸入到海洋中的硅元素的減少，則嚴重限制了浮游植物的生長［3－12］。由于人類活動的不斷增加，地球發生了巨大的變化。因此，從不同的角度來探討和研究地球的變化對地球生態系統的可持續發展有著重要的作用。本文研究地球生態系統的精準性，根據地球生態系統功能，剖析地球發生的現象，揭示地球生態系統具有難以想象的精準性和其超強的控制能力，使地球生態系統能夠充分保持動態平衡和可持續發展。

1 地球生態系統的功能

地球生態系統是指地球本身具有生命特征，能夠通過自身的調節和控制來完成地球的可持續發展，使地球上一切物質都以不同的形式能夠延續存在。地球生態系統是一個地球可持續發展的動態穩定系統［13］。地球大氣的碳平衡、地球的硅元素輸送和地球自轉的平衡都充分發揮了地球生態系統的功能，展示了地球生態系統的精準性，保證了地球生態系統的可持續發展。

2 地球大氣的碳平衡

2．1 初級生產力與大氣碳的平衡量

根據膠州灣1991年5月至1994年2月和夏威夷1958年3 月至2007 年12 月的觀測數據，將二氧化碳月平均濃度按月求算術平均值，得到各月平均值的時間序列，采用統計和微分方程分析研究北太平洋大氣的碳動態周期變化、膠州灣水域浮游植物初級生產力季節變化以及他們之間的關系。

研究結果表明［1］，在一年中，初級生產力與大氣碳有兩個平衡點，分別在5月和10月。在這兩個平衡點之間，初級生產力與大氣碳的初級生產力平衡量為108 031．95～167 707．62 mg／m2，初級生產力與大氣碳的平衡量為346．78～1 633．47×10－6。在5—10 月，大 氣 碳 下 降 了5．59×10－6或者5．58×10－6，表明人類碳排放量達到（341．19～1 627．89）×10－6。

2．2 地球生態系統的精準性

由于人類向大氣排放的碳在不斷地增加，地球生態系統為了保持每年5—10 月大氣中的碳含量下降5．59×10－6或者5．58×10－6，浮游植物初級生產力也要不斷地增加，這樣，地球生態系統通過浮游植物將大氣中的大量碳沉降到海底，以消除人類不斷對大氣的碳排放，才能維持人類向大氣的碳排放量與浮游植物對大氣碳的吸收量的動態平衡，這說明地球生態系統具有強大的控制能力。

人類向大氣的碳排放量是在變化中，浮游植物對大氣碳的吸收量也在變化中。在這期間，地球生態系統不僅吸收人類的碳排放量，而且還要進一步吸收大氣中碳的量，這涉及海洋生態系統、大氣生態系統和生物地球化學過程，浮游植物每年5—10 月對大氣中碳的吸收量能夠保持在1．60%～0．34%，這說明地球生態系統的確具有難以想象的精準性和強大的控制能力。

3 地球硅的輸送

3．1 北太平洋水域硅的提供系統

根據作者提出地球生態系統的硅補充機制［14－15］，在北太平洋的近岸水域，當海洋生態系統缺硅嚴重時，地球生態系統會讓北太平洋水域硅的提供系統發揮作用，為北太平洋水域提供了大量的硅，這個系統是由硅的來源地點、上升動力、平移動力和下降地點組成［16－17］，即由中國大陸沙漠、沙塵暴、北太平洋季風和北太平洋組成。這個系統經過的路徑：陸地→陸氣→大氣→氣水→北太平洋，于是形成了陸→氣→水的通道。這個通道借助于上升動力和平移動力將硅沿著這個通道從硅的來源地點中國大陸沙漠送到硅的目的地北太平洋。

這個系統的特征：①系統的通道起點：硅的來源地點是中國，有沙漠面積174萬km2，每年沙化面積為3 500km2，為輸送大量的硅提供了充足的來源。②系統的上升通道：上升動力是沙塵暴。在3—5月，沙塵暴發生的次數多且強度大，其中4 月次數最多，5 月強度最大。③系統的平移通道：平移動力是北太平洋季風。在10月至翌年3 月，季風的輸送強勁且頻繁，北太平洋的季風在4—5 月期間轉入夏季季風。④系統的通道終點：硅的下降地點是北太平洋。沙塵暴的強度大，覆蓋面積廣，從天空到海面整個空間都有沙塵。因此，沙塵也覆蓋了整個太平洋，甚至吹過太平洋到美國西部。北太平洋水域的硅提供系統，為北太平洋海洋生態系統提供了動力。

3．2 輸送方式

在整個北太平洋水域，從秋天的雨季結束（11月）到翌年春天的雨季開始 （5 月）之前，浮游植物生長都受到硅的限制。北太平洋水域的硅提供系統［16－17］，在沒有雨季期間，向整個北太平洋水域提供了大量的硅。當5 月雨季來臨后，有陸源通過洪水和河流向北太平洋提供硅。在11月的雨季結束之前，北太平洋的季風已經成為冬季季風。在冬季當沒有陸源向北太平洋提供硅時，通過大氣由冬季季風向北太平洋提供大量硅。

地球生態系統為了向整個北太平洋水域不間斷地提供大量的硅，將雨季的時間和冬季季風的時間相銜接，使北太平洋的季風與北太平洋邊緣的雨季在時間上密切相嵌，順利完成近岸洪水和河流的輸送與大氣輸送之間的相互轉換，以保持整個北太平洋水域具有穩定的硅來源。

3．3 地球生態系統的精準性

在北太平洋水域，從秋天的雨季結束 （11月）到翌年春天的雨季開始 （5月）之前，硅都限制浮游植物生長，這個時期大概有6～7個月都受到硅的限制。由于長時間硅的缺乏，造成了浮游植物的細胞數量在3—5月是一年中的最低，即3—5月是硅缺乏最嚴重的時期，此時也正是系統的上升通道加大力度、提高運行能力的時候。在3—5 月，沙塵暴次數多、強度大，尤其在雨季來臨之前的4—5月，北太平洋水域極度缺乏硅，沙塵暴4月次數最多，5月強度最大，給北太平洋水域給予最大的硅補充。這表明地球生態系統使沙塵暴與北太平洋硅的缺乏在時間上緊密配合，其強度大小與硅缺乏的嚴重程度相一致。因此，在時間上，發生在3—5月；在空間上，陸地的腹地和北太平洋水域；在程度上，北太平洋的缺硅程度和沙塵暴的暴發強度。這3 方面都展示了地球生態系統具有高度的精準性。

4 地球自轉的平衡

4．1 南極環極海流

斯蒂芬．馬庫斯和他在美國航天局加利福尼亞噴氣推進實驗室以及巴黎地球物理研究所的同事們注意到［18］，南極環極海流在2009年11月8日突然減速，2周后又加快速度。精確的日長數據顯示，這種變化立刻導致地球加速旋轉，使每天減少0．1ms。與洋流一樣，日長于11月20日恢復正常。

4．2 地球生態系統的精準性

南極環極海流在2009 年11 月8 日突然減速，這種變化立刻導致地球加速旋轉，這說明地球生態系統的控制能力對南極環極海流的變化是反應迅速和力度強勁；2 周后又加快速度，恢復正常，這說明地球生態系統具有強有力的控制能力，保持著南極環極海流的正常流速；地球加速旋轉與南極環極海流一樣，日長于11月20日恢復正常，這說明地球生態系統保持地球的一切動態平衡。而且，當南極環極海流恢復正常時，地球也停止加速旋轉，恢復到正常的旋轉速度，而且在同一天。這表明了地球生態系統的精準性和其超強的控制能力。如果風吹過，地球的速度減慢，地球就會加速自傳以保持角動量［18］。這表明地球生態系統的超靈敏性，只要有微小的變化，就會做出快速反應，可見地球就像一個精密的儀器，只要稍有風吹草動，地球就會聞風而動。

5 結論

在地球大氣碳的平衡方面，地球生態系統保持每年5—10 月大氣碳下降5．59×10－6或者5．58×10－6，這展示了地球生態系統的精準性。由于人類向大氣排放的碳在不斷地增加變化中，只有在浮游植物初級生產力也不斷地增加條件下，才能維持人類向大氣的碳排放量與浮游植物對大氣碳的吸收量的動態平衡，這展示了地球生態系統具有很高的精準性。

在地球硅的輸送方面，地球生態系統為了向整個北太平洋水域不間斷地提供大量的硅，將雨季的時間和冬季季風的時間密切相嵌，順利完成近岸洪水和河流的輸送與大氣的輸送之間的相互轉換，以保持整個北太平洋水域具有穩定的硅來源，這表明地球生態系統具有高度的精準性。

在地球自轉的平衡方面，地球生態系統具有強有力的控制能力，保持著南極環極海流的正常流速，并且對南極環極海流的變化是反應迅速和力度強勁。

地球生態系統是一個地球可持續發展的動態穩定系統［13］。根據地球生態系統的控制能力［14］及精準性，地球生態系統充分保持動態平衡和可持續發展。

［1］YANG Dongfang，MIAO Zhenqing，SHI Qiang，et al．Silicon limitation on primary production and its destiny in Jiaozhou Bay，China VIII：The variation of atmospheric carbon determined by both phytoplankton and human［J］．Chin J Oceanol Limnol，2010，28（2）：416－425．

［2］YANG Dongfang，MIAO Zhenqing，CHEN Yu，et al．Human discharge and phytoplankton takeup for the atmospheric carbon balance［J］．Atmospheric and Climate Sciences，2011，1（4）：189－196．

［3］楊東方，張經，陳豫，等．營養鹽限制的唯一性因子探究［J］．海洋科學，2001，25（12）：49－51．

［4］YANG D F，ZHANG J，LU J B，et al．Examination of silicate limitation of primary production in the Jiaozhou Bay，north China Ⅰ．Silicate being a limiting factor of phytoplank ton primary production［J］．Chin J Oceanol Limnol，2002，20（3）：208－225．

［5］YANG D F，ZHANG J，GAO Z H，et al．Examination of silicate limitation of primary production in the Jiaozhou Bay，North China Ⅱ．Critical value and time of silicate limitation and satisfaction of the phytoplankton growth［J］．Chin J Oceanol Limnol，2003，21（1）：46－63．

［6］YANG D F，GAO Z H，CHEN Y，et al．Examination of silicate limitation of primary production in the Jiaozhou Bay，North China Ⅲ．Judgment method，rules and uniqueness of nutrient limitation among N，P，and Si［J］．Chin J Oceanol Limnol，2003，21（2）：114－133．

［7］YANG D F，GAO Z H，CHEN Y，et al．Examination of seawater temperature’s influence on phytoplankton growth in Jiaozhou Bay，North China［J］．Chin J Oceanol Limnol，2004，22（2）：166－175．

［8］YANG D F，GAO Z H，ZHANG J，et al．Examination of daytime length’s influence on phytoplankton growth in Jiaozhou Bay，China［J］．Chin J Oceanol Limnol，2004，22（1）：70－82．

［9］YANG D F，CHEN Y，GAO Z H，et al．Silicon limitation on primary production and its destiny in Jiaozhou Bay，ChinaⅣTransect offshore the coast with estuaries［J］．Chin J Oceanol Limnol，2005，23（1）：72－90．

［10］YANG D F，GAO Z H，WANG P G，et al．Silicon limitation on primary production and its destiny in Jiaozhou Bay，China ⅤSilicon deficit process［J］．Chin J Oceanol Limnol，2005，23（2）：169－175．

［11］YANG D F，GAO Z H，SUN P Y，et al．Silicon limitation on primary production and its destiny in Jiaozhou Bay，China ⅥThe ecological variation process of the phytoplankton［J］．Chin J Oceanol Limnol，2006，24（2）：186－203．

［12］YANG D F，GAO Z H，YANG Y B，et al．Silicon limitation on primary production and its destiny in Jiaozhou Bay，ChinaⅦThe Complementary mechanism of the earth ecosystem ［J］．Chin J Oceanol Limnol，2006，24（4）：401－412．

［13］楊東方，苗振清，徐煥志，等．地球生態系統的理論創立［J］．海洋開發與管理，2013，30（7）：85－89．

［14］楊東方，高振會，秦潔，等．地球生態系統的Si補充機制［J］．海 洋科學進展，2006，24（4）：407－412．

［15］YANG D F，GAO Z H，YANG Y B，et al．Silicon limitation on primary production and its destiny in Jiaozhou Bay，ChinaⅦThe Complementary mechanism of the earth ecosystem［J］．Chin J Oceanol Limnol，2006，24（4）：401－412．

［16］楊東方，苗振清，石強，等．北太平洋的海洋生態動力［J］．海洋環境科學，2012，31（2）：201－207．

［17］YANG Dongfang，WU Jianping，CHEN Shengtao，et al．The teleconnec tion between marine silicon supply and desertification in China［J］．Chin J Oceanol Limnol，2007，25（1）：116－122．

［18］佚名．洋流減速加快地球自轉［N］．參考消息，2012－02－13（7）．