中國近海葉綠素a的強(qiáng)度的變化趨勢及其影響因素

邵光宇

摘要：葉綠素是植物光合作用的主要色素。葉綠素是一種鎂卟啉化合物，葉綠素分為葉綠素a，葉綠素b，葉綠素c，葉綠素d，葉綠素f等。葉綠素a的分子結(jié)構(gòu)通過四個吡咯環(huán)通過四個甲基（=CH-）連接形成稱為卟啉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)（環(huán)上具有側(cè)鏈）。目前來說海洋葉綠素濃度已經(jīng)成為測量海洋浮游植物生物量和海洋環(huán)境富營養(yǎng)化的最基本指標(biāo)之一。對海洋中的生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的研究也起到了至關(guān)重要的作用。海洋遙感是一種把海洋和沿海地區(qū)作為監(jiān)測和研究對象的遙感，這其中包括了物理海洋遙感，生物海洋學(xué)遙感和化學(xué)海洋遙感。海洋遙感通常是使用傳感器來對海洋進(jìn)行保持遠(yuǎn)距離的非接觸式觀測，從而可以獲得所需要的海洋學(xué)和海洋學(xué)元素的圖像或者是數(shù)據(jù)。原理是海洋不斷向周圍環(huán)境輻射電磁能。海洋的圖像或數(shù)據(jù)可以通過使用專門設(shè)計的傳感器接收，記錄，傳輸，處理和處理能量來獲得。在經(jīng)過將近30年的發(fā)展后，海洋遙感數(shù)據(jù)現(xiàn)已在應(yīng)用海洋漁業(yè)方面普及。通過分析不同的電磁波能量所攜帶的信息，人們可以直接或間接地反演某些海洋物理量，例如海水溫度。葉綠素濃度，海面高度等，利用這些反演的海洋環(huán)境要素來評估海洋漁業(yè)資源、預(yù)測海洋漁場的變動，是為了實(shí)現(xiàn)海洋資源的合理開發(fā)，利用，管理和保護(hù)。

關(guān)鍵詞：葉綠素a;遙感;海洋漁業(yè)遙感

海洋植物（岸上的高等植物除外）不能依靠根來吸收土壤中的養(yǎng)分，如陸地植物。其最主要的生產(chǎn)者是單細(xì)胞浮游植物，他們可以直接吸收溶解在海水中的各種營養(yǎng)素。并且由于海水的強(qiáng)溶解性，浮游植物光合作用所必需的無機(jī)鹽，例如氮和磷將以適于浮游植物吸收的形式存在于海水中。以便于浮游植物的直接吸收。同時，海水是半透明的液體，這意味著光照可以穿透到一定的深度，進(jìn)而為浮游植物所進(jìn)行的光合作用提供必要的照明條件。此外，海水中二氧化碳和碳酸氫鹽的含量非常豐富。有了這些條件的保障下，生活在海洋表面和海洋中的大量浮游植物就可以通過光合作用產(chǎn)生許多有機(jī)物質(zhì)，例如碳水化合物等有機(jī)物。這些光合作用產(chǎn)品是所有海洋動物的直接或間接食物來源，是維持海洋生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)作的基礎(chǔ)。目前來說對于葉綠素a的濃度是作為監(jiān)測海洋海水水質(zhì)，海洋受到的有機(jī)污染程度和漁業(yè)檢測等等的重要參數(shù)之一。海域的基本生態(tài)信息可以通過海域葉綠素a的時空變化來充分反映，因?yàn)槿~綠素a的濃度與光照，溫度，鹽度和風(fēng)流等各類因素有著非常密切的聯(lián)系。因此，有關(guān)此類的研究對海域的各種相關(guān)科學(xué)研究都具有非常重要的意義，而單獨(dú)進(jìn)行船舶航行測量的調(diào)查顯然無法滿足這一要求。因此另一種更為行之有效的方法就是利用遙感數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析研究葉綠素a濃度來評估海洋環(huán)境污染程度，針對海洋污染特別是對赤潮的預(yù)測和檢測。通過海洋遙感技術(shù)研究海洋初級生產(chǎn)力是對于了解海洋中碳的生物化學(xué)循環(huán)和海域的環(huán)境質(zhì)量有很大幫助的，從海洋研究出發(fā)進(jìn)而了解全球的碳循環(huán)和全球氣候變化，這對海洋生態(tài)學(xué)來說有著非同一般的意義并且該項(xiàng)研究對全球碳的循環(huán)研究也頗具有重要的意義。

目前水彩遙感掃描方法是研究海洋初級生產(chǎn)力的許多方法中的一種。原理是因?yàn)楹Ｋ念伾梢酝ㄟ^衛(wèi)星攜帶的海水彩色遙感裝置（CZCS）來記錄，通過對數(shù)據(jù)的分析和比對就可以反映出所求海域的葉綠素和不同藻類的濃度，并且還可以得到一定顏色的溶解有機(jī)物（CDOM）在海洋中的濃度，還可以探測水中懸浮顆粒物的含量。

2003年到2015年間12月份舟山外海東海某海域葉綠素a濃度變區(qū)域最小值（Min）為-0.1388，結(jié)果表明，部分地區(qū)葉綠素a濃度呈下降趨勢。平均值為0.0178，表明該區(qū)域葉綠素a的總濃度在增加。在國家海洋局的對外發(fā)布中，“2015年中國海洋環(huán)境狀況公報”（以下簡稱“公報”），2014年，中國海洋生態(tài)環(huán)境基本保持在穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)?shù)匮睾Ｋ廴厩闆r仍然嚴(yán)重。根據(jù)“公報”，中國的海洋生態(tài)環(huán)境狀況在2015年得到基本穩(wěn)定。海水和沉積物的質(zhì)量總體呈現(xiàn)良好趨勢，管轄海域的海水環(huán)境繼續(xù)保持良好水平。生物多樣性狀況保持穩(wěn)定態(tài)勢，海洋生物資源，自然遺跡和國家海洋自然（特殊）保護(hù)區(qū)生物多樣性等受保護(hù)物體得到有效保護(hù)。海洋功能區(qū)環(huán)境符合使用要求，部分地區(qū)環(huán)境質(zhì)量保持穩(wěn)定良好態(tài)勢。赤潮災(zāi)害的發(fā)生有所減少，共發(fā)現(xiàn)赤潮35次，赤潮累計總面積達(dá)2809平方公里，同比去年減少約21倍，約減少4481平方公里。

“公報”顯示，中國沿海水域的環(huán)境問題依然突出。在一些沿海水域，污染仍然很嚴(yán)重。這其中的典型海洋生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境狀況令人堪憂。陸地對海洋的污染仍然很高，陸地污水排入海洋的排放率仍然很低。據(jù)研究表明88%污水出口附近的海域的水質(zhì)對于海洋功能區(qū)的環(huán)境質(zhì)量的要求根本不能滿足。目前我國海洋環(huán)境災(zāi)害的問題仍然突出。

1992-2013年海水面積低于一流水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，一般呈小幅增長的線性趨勢，此外，每年非潔凈海域的總面積仍然很大，平均面積為158400平方公里。這基本上反映了我國目前海水水質(zhì)環(huán)境質(zhì)量仍然較差的客觀事實(shí)。在氣候變化的大背景下，我國東海葉綠素a的濃度增加，而我國南海葉綠素a的濃度則略有下降。這都是因?yàn)槲覈虾：Ｋ疁囟炔粩嗌撸瑥亩鴮?dǎo)致海水的分層增強(qiáng)，對營養(yǎng)鹽的通過形成障礙，使葉綠素a的濃度降低，導(dǎo)致浮游植物群落發(fā)生相應(yīng)變化。

總之，氣候變化對中國近海海域浮游植物的結(jié)構(gòu)和功能有重要影響，但由于缺乏對中國海洋生態(tài)和長期研究數(shù)據(jù)的長期監(jiān)測，在全球溫度升高氣候變暖的背景下，中國近海海洋浮游植物所受到影響的范圍，還需要更多的調(diào)查和觀察。所以我們需要進(jìn)行更多有關(guān)于浮游植物生態(tài)學(xué)綜合植物生理學(xué)和污染生態(tài)學(xué)等物候?qū)W的綜合性跨學(xué)科研究。共同探索和預(yù)測氣候變化所帶來的積極和消極影響，致力于為維護(hù)中國海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康提供重要的科學(xué)依據(jù)。