秋、夏季珠江口、南海北部陸坡溶解態(tài)鋁的分布及其影響因素

張小紅，任景玲*，郭穎，李磊，張瑞峰

( 1. 中國(guó)海洋大學(xué) 海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100；2. 上海交通大學(xué) 海洋學(xué)院，上海200030)

1 引言

鋁是地殼巖石礦物中含量最高的金屬元素[1]，由于巖石風(fēng)化過程極低的溶出速率，其在大洋中的含量均在50.0 nmol/L 之下[2–4]，在高營(yíng)養(yǎng)鹽低葉綠素的南大洋甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1.0 nmol/L[5]。大洋中溶解態(tài)鋁的含量可以示蹤大氣沉降通量[6]、水團(tuán)混合[7]和陸源物質(zhì)的跨陸架輸送[8–11]。海洋中溶解態(tài)鋁的來源包括大氣沉降[12–13]、河流輸入[14]、沉積物再懸浮釋放[3,15]以及海底熱液釋放[16]。鋁易吸附在顆粒物表面而被清除出水體，浮游植物尤其是硅藻通過胞外吸附或者胞內(nèi)吸收的方式清除海水中的鋁[17–18]，有研究表明溶解態(tài)鋁能促進(jìn)浮游生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收進(jìn)而提高海洋的初級(jí)生產(chǎn)[18–19]。

國(guó)際上已對(duì)大西洋[3,13]、太平洋[4]、南大洋[5]、北冰洋[20]中溶解態(tài)鋁的海洋生物地球化學(xué)行為開展了廣泛的研究。溶解態(tài)鋁在大洋中的分布主要受外源輸入、快速清除及內(nèi)部循環(huán)的影響。大氣以干、濕沉降兩種方式向大洋輸送并在表層水體溶解，成為表層溶解態(tài)鋁的重要外部來源[21–24]。研究者已經(jīng)將鋁作為大氣沉降的示蹤劑并估算了大氣沉降對(duì)高營(yíng)養(yǎng)鹽低葉綠素區(qū)域鐵的貢獻(xiàn)[7,12]。盡管溶解態(tài)鋁在河口混合初期發(fā)生絮凝而被大量清除出水體，河流輸入仍是近岸水體溶解態(tài)鋁的重要來源。近年來，隨著Tsunogai 等[25]在1999 年對(duì)陸架泵（continental shelf pump）概念的提出和基于陸架邊緣海中DIC 在平流輸送等物理機(jī)制的作用下向開闊大洋輸送過程的探討。陸架邊緣海高濃度的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和痕量金屬的跨陸架輸送過程受到了各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注。在東北太平洋的研究證實(shí)英國(guó)哥倫比亞大陸架富鐵的水在強(qiáng)烈的潮汐作用下發(fā)生向海輸送[9]；非洲東南大陸邊緣沉積物再懸浮釋放的高濃度鋁在阿古拉斯海流帶動(dòng)下進(jìn)入開闊大洋并呈現(xiàn)出近岸高?遠(yuǎn)岸低的濃度梯度[7]。國(guó)內(nèi)研究者對(duì)黃、東海等陸架邊緣海溶解態(tài)鋁的海洋生物地球化學(xué)行為研究已經(jīng)開展了較為深入的工作。Ren[10]等于2015 在東海的研究發(fā)現(xiàn)春季近底層高濃度的溶解態(tài)鋁在東北?西南季風(fēng)轉(zhuǎn)換的作用下沿23.3～24.0 kg/m3等密度面向日本海輸送。潮汐、季風(fēng)、沿岸下降流、上升流等物理機(jī)制在河流輸入或底層沉積物再懸浮釋放的痕量金屬沿寬闊陸架向外海輸送過程中尤為重要。其他研究者對(duì)珠江口、南海中部和南部鋁的空間分布進(jìn)行了初探[26–27]，因此溶解態(tài)鋁在南海的跨陸架輸送路徑的研究需要進(jìn)一步探討。

為了使我們的研究能夠真正的走向大洋，在潔凈采樣、樣品分析測(cè)試及利用痕量元素作為地球化學(xué)示蹤劑研究陸源物質(zhì)跨陸架輸送等方面均需要做好準(zhǔn)備。我們對(duì)兼具陸架邊緣海和大洋特點(diǎn)的南海溶解態(tài)鋁的生物地球化學(xué)行為進(jìn)行初步研究。南海北部陸坡的面積占地球上最大的陸架邊緣海（南海）的十分之一。它是連接南海北部陸架和南海盆地的橋梁，也是深入研究陸架混合水向南海北部輸送的關(guān)鍵海域。但因?yàn)檠芯繀^(qū)域流場(chǎng)受到季風(fēng)、中尺度過程等因素影響使此區(qū)域的生物地球化學(xué)更為復(fù)雜，本論文希望通過認(rèn)識(shí)秋、夏季溶解態(tài)鋁在珠江口、南海北部陸架及陸坡區(qū)域的分布及影響因素，初步探討在珠江口淡咸水混合過程中溶解態(tài)鋁行為的季節(jié)差異、南海北部陸坡溶解態(tài)鋁跨陸架輸送的格局及水華對(duì)南海北部陸坡溶解態(tài)鋁分布的影響，并以溶解態(tài)鋁為示蹤因子探討陸源物質(zhì)跨陸架輸送的潛在通道及對(duì)南海中部海盆營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的貢獻(xiàn)。相關(guān)工作對(duì)于完善我國(guó)陸架邊緣海鋁的生物地球化學(xué)行為研究具有重要的意義。

2 樣品采集和分析方法

2.1 樣品采集和預(yù)處理

分別于2014 年10 月和2015 年6 月搭載“南鋒”號(hào)科學(xué)考察船對(duì)南海北部陸坡區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)，調(diào)查區(qū)域位于18.7°～21.0°N，113.6°～116.7°E，研究區(qū)域包括南海北部陸架（深度為0～200 m）、陸坡（深度為200～1 000 m）及部分海盆（深度大于2 000 m）。根據(jù)采樣區(qū)域水深變化大的特點(diǎn)以及項(xiàng)目其他成果的一致性，本文將研究區(qū)域定為南海北部陸坡，采樣站位如圖1a，b 所示。用飛魚（Towed-fish）采水器采集珠江口及南海北部陸坡表層樣品（圖1c），同時(shí)用CTDNiskin 采水器采集了全水深樣品。夏季采集了139個(gè)全水深樣品，而秋季采集了90 個(gè)。這是由于惡劣海況的影響，2014 年10 月未采到部分區(qū)域（19.4°～20.3°N, 115.7°～116.7°E）站位的全水深樣品。深度在200 m 左右的站位一般采集4～5 層，深度在2 000 m及以上的站位采樣層數(shù)在11 層左右。

圖 1 2014 年10 月和2015 年6 月南海北部陸坡以及珠江口的采樣站位Fig. 1 The sampling stations of the continental slope of the northern South China Sea and the Zhujiang River Estuary in October 2014 and June 2015

采樣瓶和樣品瓶使用前均用2 mol/L 的鹽酸浸泡1 周，分別用蒸餾水和Milli-Q 水洗至中性，放入兩層塑料袋中備用。CTD-Niskin 采水器使用前用酒精擦拭干凈，再用稀鹽酸浸泡，最后用Milli-Q 水洗至中性。Zhang 等[28]于2013 年在東海黑潮區(qū)對(duì)CTD-Niskin、X-Vane 采水器與MITESS-Vane 采水器進(jìn)行了互較，證明經(jīng)過嚴(yán)格清洗的CTD-Niskin 采水器可以用作陸架邊緣海溶解態(tài)鋁的采水器。本文用CTD-Niskin和X-Vane 采水器同時(shí)采集了南海樣品，采完水樣后立即在簡(jiǎn)易100 級(jí)潔凈工作臺(tái)中用經(jīng)過處理的Nalgene 濾器和0.4 μm 的Waterman 聚碳酸酯膜（經(jīng)過pH=2 的鹽酸浸泡，Milli-Q 水洗至中性）過濾，過濾后的樣品裝入250 mL Nalgene 低密度聚乙烯瓶中，用亞沸蒸餾純化的Merck 鹽酸酸化至pH=1.7 左右，室溫避光保存。在同樣的條件下過濾Milli-Q 水作為現(xiàn)場(chǎng)空白。由于X-Vane 采水器采集的站位和水深（200 m以淺）有限，本論文采用了飛魚和CTD-Niskin 采水器的數(shù)據(jù)。

2.2 測(cè)定方法

溶解態(tài)鋁的測(cè)定采用在線富集流動(dòng)注射分析方法[29]，檢測(cè)限為0.18 nmol/L，對(duì)20 nmol/L 海水樣品和空白測(cè)定時(shí)的精密度分別為1.1%（n=5）和3.0%（n=7）。用流動(dòng)注射分析方法對(duì)GEOTRACES 互校樣品進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果與推薦值無顯著差異（Mann-Whitney U 檢驗(yàn)，p＞0.05）（表1）。

3 結(jié)果與討論

3.1 秋、夏季珠江口溶解態(tài)鋁的行為

圖2 給出了2014 年10 月和2015 年6 月“飛魚”采集珠江口及鄰近海域表層水體中溶解態(tài)鋁濃度與鹽度的關(guān)系。由圖2 可見，2015 年6 月溶解態(tài)鋁的含量在珠江口淡咸水混合初期（鹽度小于5.00）由690.0 nmol/L 迅速降低到360.0 nmol/L 左右，有機(jī)物絮凝及顆粒物的吸附清除可能是導(dǎo)致其快速清除的主要因素[30-31]。而在鹽度大于5.00 的區(qū)域，溶解態(tài)鋁的行為近乎保守。2014 年10 月溶解態(tài)鋁的濃度隨鹽度的變化趨勢(shì)與夏季大致相同，但在鹽度小于5.00 的區(qū)域溶解態(tài)鋁濃度隨鹽度增加而降低的趨勢(shì)大大減緩。秋季鹽度為14.10 時(shí)溶解態(tài)鋁濃度的高值，可能是受洪奇門和橫門向珠江口輸送的影響。夏、秋季在珠江口中等鹽度區(qū)域出現(xiàn)的個(gè)別溶解態(tài)鋁濃度的高值，還可能受到沉積物再懸浮釋放以及人類活動(dòng)的影響。前人的研究表明，沉積物再懸浮釋放[26]和工業(yè)廢水排放等人類活動(dòng)的影響[32]可能是影響珠江口部分水體中金屬濃度偏高的原因。

秋、夏季珠江口溶解態(tài)鋁的淡水端元濃度即Cr分別為360.0 nmol/L 和690.0 nmol/L（圖2），淡水端元溶解態(tài)鋁濃度的季節(jié)性差異可能是由于徑流量的差異造成的。郭穎[33]在長(zhǎng)江口鋁的觀測(cè)過程中已經(jīng)證實(shí)夏季其濃度高于秋季的原因是夏季長(zhǎng)江徑流量大并攜帶大量的陸源物質(zhì)進(jìn)入河口。根據(jù)Upadhyay[34]在Conway 河口使用的計(jì)算溶解態(tài)鋁的清除率公式：

式中，Cr代表河流溶解態(tài)鋁濃度；Cr*代表河流向鄰近海域輸入的溶解態(tài)鋁的濃度（最小二乘法對(duì)河口及鄰近海域鹽度大于5.00 的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸外推，獲得的鹽度為0 的溶解態(tài)鋁的濃度），由秋、夏季鋁和鹽度（S＞5.00）的關(guān)系外推得到的Cr*（分別為253.0 nmol/L和305.0 nmol/L）[34]，計(jì)算得到秋、夏季溶解態(tài)鋁在珠江口的清除率分別是29.7%和55.8%。Wang 等[35]通過實(shí)驗(yàn)室混合實(shí)驗(yàn)表明在黃河口也發(fā)生了鋁的清除，清除量在20.0%～50.0%之間，其結(jié)果與懸浮顆粒物的吸附或者鹽度變化導(dǎo)致的絮凝是分不開的。在康威河、扎伊河、孟德爾河等河口也發(fā)現(xiàn)鋁在河口被清除出水體，而河口出現(xiàn)清除行為的主要原因是有機(jī)配體與鋁的絡(luò)合[34,36–37]。

表 1 GEOTRACES 互校樣品測(cè)定結(jié)果Table 1 The results of GEOTRACES cross-calibrated sample

圖 2 2014 年10 月和2015 年6 月珠江口區(qū)域溶解態(tài)鋁濃度和鹽度的關(guān)系圖Fig. 2 The relationship between the dissolved aluminum concentration and salinity in the Zhujiang River Estuary in October 2014 and June 2015

3.2 秋、夏季南海北部陸坡溶解態(tài)鋁的分布和季節(jié)變化

表2 給出了2014 年10 月和2015 年6 月南海北部陸坡表、底層溫度、鹽度、溶解態(tài)鋁的濃度范圍及平均值。由表可知，飛魚采集的表層樣品（約1 m）與CTD 采集的表層水（約5 m），其溫、鹽、溶解態(tài)鋁的濃度范圍及平均值無顯著性差異（Mann-Whitney U 檢驗(yàn)，p＞0.05, n=54），但飛魚采集的表層樣品空間分辨率更高，對(duì)于討論溶解態(tài)鋁的表層分布具有重要的意義。兩個(gè)季節(jié)底層溫度均明顯低于表層，且底層溫度變化范圍遠(yuǎn)大于表層。夏季表層溫度明顯高于秋季，而底層溫度沒有顯著的季節(jié)性差異（Mann-Whitney U 檢驗(yàn)，p＞0.05, n=23）。夏、秋季均呈現(xiàn)表層鹽度低于底層的分布特點(diǎn)，其中夏季南海北部陸坡由于受到珠江沖淡水的影響，表層鹽度變化范圍較大且低于秋季。溶解態(tài)鋁在夏、秋兩個(gè)季節(jié)的分布均呈現(xiàn)出表層高、底層低的清除型分布特征，夏季表、底層溶解態(tài)鋁的濃度均略高于秋季。

圖3 給出了秋季和夏季表、底層溫度、鹽度及溶解態(tài)鋁濃度的平面分布。兩個(gè)季節(jié)表層分布是用飛魚采集的表層（約1 m）樣品和CTD 采集的5 m 的數(shù)據(jù)共同繪制的。秋、夏季表層溫度較高且分布較為均勻，鹽度分布卻存在顯著性的差異。秋季表層鹽度變化較小，但在研究區(qū)域東南角的站位出現(xiàn)相對(duì)低值（33.50 左右）；夏季表層鹽度低于秋季，且在斷面3 出現(xiàn)明顯的低鹽水舌（S=31.40～32.80），溫度高達(dá)30.3℃，指示陸架混合水[38–41]（S＜33.10, T=25.3～30.4℃）對(duì)研究區(qū)域的影響。秋、夏季底層溫度沿陸架?陸坡方向逐漸降低, 鹽度在兩個(gè)季節(jié)都維持在34.60 左右。

兩個(gè)季節(jié)底層溶解態(tài)鋁濃度的分布趨勢(shì)大致相同且和溫度分布趨勢(shì)一致，表現(xiàn)出自陸架向陸坡逐漸降低的特點(diǎn)，且最高值均出現(xiàn)在陸架區(qū)。表層溶解態(tài)鋁的分布趨勢(shì)恰好相反。秋季表層溶解態(tài)鋁在研究區(qū)域的中部和東部的濃度較高，最高值達(dá)27.0 nmol/L，對(duì)應(yīng)鹽度的最小值。夏季表層溶解態(tài)鋁的濃度沿緯線方向呈現(xiàn)西高東低的分布特征，在受珠江沖淡水[38]影響的低鹽區(qū)卻未觀測(cè)到較高的溶解態(tài)鋁，造成這一分布異常的原因是鋁在水體中發(fā)生了清除并將在3.4 節(jié)進(jìn)一步討論。

表 2 2014 年10 月和2015 年6 月南海北部陸坡表、底層溫度、鹽度、溶解態(tài)鋁的濃度范圍及平均值Table 2 Concentration ranges and the averages of temperature, salinity and dissolved aluminum concentration in the northern continental slope of the South China Sea in October 2014 and June 2015

3.3 夏、秋季南海北部陸坡溶解態(tài)鋁的斷面分布

圖4 給出了2014 年10 月和2015 面6 月 斷 面2 的溫度、鹽度以及溶解態(tài)鋁的斷面分布。由圖可以看出，秋、夏季斷面2 的溫度出現(xiàn)明顯的分層，且隨深度的增加逐漸降低，至150 m 溫度已降至15.0℃左右。秋季南海北部陸坡表層均出現(xiàn)了高溫低鹽水團(tuán)（T＞25.0℃，S=33.80），尤其在L08 和L12 站位，明顯受到陸架混合水[38–41]的影響。在90～200 m 之間出現(xiàn)大于34.50 的高鹽水團(tuán)，主要是南海中層水[42]的特征。夏季鹽度分布趨勢(shì)與秋季相同，中間3 個(gè)站位表層鹽度為33.80，表明陸架混合水[38–41]的貢獻(xiàn)。另外，在次表層也存在一高鹽水團(tuán)，鹽度在34.50～34.60 之間，相對(duì)應(yīng)的溫度在15.0～22.5℃范圍內(nèi)，是典型的黑潮次表層水[39]入侵南海的特征[43]。兩個(gè)季節(jié)溶解態(tài)鋁整體呈現(xiàn)出表層高、底層低的分布特點(diǎn)；且陸架濃度高、隨著離岸距離的增加濃度逐漸降低，這種趨勢(shì)在秋季更為顯著。陳亮等在粵西及瓊東北海區(qū)懸浮顆粒物的體積濃度和中值粒徑的研究表明在川島及海陵島附近底層懸浮顆粒物體積濃度高，而中部區(qū)域濃度低[44]?？赡苁墙稇腋☆w粒物在向遠(yuǎn)海輸送的過程中不斷地釋放出溶解態(tài)的鋁，秋季L12 站位的近底層溶解態(tài)鋁濃度出現(xiàn)高值（27.0 nmol/L），此高鋁水舌跨越陸架坡折帶向南海中部輸送。夏季50～200 m范圍內(nèi)溶解態(tài)鋁的濃度出現(xiàn)低值而鹽度高達(dá)34.60，說明經(jīng)過呂宋海峽進(jìn)入南海北部的黑潮水可以進(jìn)一步沿陸坡向陸架入侵[40]。

圖 3 2014 年10 月和2015 年6 月表、底層溫度（℃）、鹽度和溶解態(tài)鋁濃度（nmol/L）的平面分布Fig. 3 The distribution of temperature (℃), salinity and dissolved aluminum concentration (nmol/L) in the surface and bottom in October 2014 and June 2015

3.4 水團(tuán)混合及浮游植物生長(zhǎng)對(duì)溶解態(tài)鋁分布的影響

圖5 給出了秋、夏季南海北部陸坡溶解態(tài)鋁和鹽度的相關(guān)關(guān)系。如圖5a 所示，2014 年10 月溶解態(tài)鋁和鹽度呈現(xiàn)較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系（p＜0.01, r=0.67），說明溶解態(tài)鋁的行為是近似保守的。而且葉綠素濃度小于0.20 mg/m3（來自NASA 的葉綠素?cái)?shù)據(jù)https://worldview.earthdata.nasa.gov/），表明浮游植物對(duì)溶解態(tài)鋁的清除作用不明顯，水團(tuán)混合是影響秋季溶解態(tài)鋁分布的主要因素。珠江的年徑流量約為3.26×1011m3/a[45]，在向南海輸送的過程中與外海水混合主要形成陸架混合水，在中尺度渦的作用下從陸架被卷帶至南海陸坡甚至到達(dá)更遠(yuǎn)的南海海盆[46–47]，成為南海陸坡營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和痕量元素不可或缺的來源。另外，黑潮水經(jīng)過呂宋海峽主要以3 種不同形式與南海北部進(jìn)行水交換，其中黑潮分支可以到達(dá)臺(tái)灣海峽西南部，在季風(fēng)和流場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)向西南沿著等深線向陸坡區(qū)域入侵[48]。且由結(jié)果與討論的3.2 節(jié)和3.3 節(jié)部分，分別給出的秋季表底層溫度、鹽度的平面分布及秋季鹽度的斷面分布的討論可知，影響南海北部陸架及陸坡的水團(tuán)主要有陸架混合水、南海水以及黑潮次表層水。而夏季其相關(guān)關(guān)系較差（p＜0.01, r =0.43）（圖5b黑色擬合線），表明除了受水團(tuán)混合影響外, 還有其他的源、匯影響其分布。

為了探究影響夏季溶解態(tài)鋁分布的其他因素，我們采用了端元混合模型。南海水和黑潮次表層水的溫、鹽性質(zhì)比較相似，故將三端元混合簡(jiǎn)化為二端元混合以評(píng)估夏季南海溶解態(tài)鋁的生物地球化學(xué)行為。程國(guó)勝等[39]對(duì)南海北部水團(tuán)進(jìn)行了劃分，根據(jù)其對(duì)陸架混合水（S＜33.10, T=25.4～30.4）的定義[39]，選取夏季珠江口及其鄰近海域鹽度為31.00 的溶解態(tài)鋁的濃度（Cx(Al)=66.4 nmol/L, Sx=31.00）作為端元值。Mensah 等[49]對(duì)呂宋海峽附近區(qū)域黑潮性質(zhì)的研究表明，黑潮次表層水（18.75° N, 122.0°～122.9°E 站位）密度在23.5～25.0 kg/m3之間，鹽度在34.60～35.06 之間。因此選取黑潮尚未變性的呂宋海峽附近一個(gè)深水站位（18°N, 126°E）在24.5 kg/m3密度面上溶解態(tài)鋁的值（實(shí)驗(yàn)室未發(fā)表數(shù)據(jù)）（Cy(Al)=6.2 nmol/L, Sy=35.04）作為黑潮次表層水的端元值，二者的連線作為理論稀釋線。結(jié)果顯示，夏季部分站位溶解態(tài)鋁的濃度顯著低于理論稀釋線（紅色區(qū)域），說明夏季溶解態(tài)鋁的行為是不保守的。

圖 4 秋、夏季斷面2 的溫度（℃）、鹽度及溶解態(tài)鋁濃度（nmol/L）的分布Fig. 4 The distribution of temperature (℃), salinity and dissolved aluminum concentration (nmol/L) in Section 2 in autumn and summer

為了進(jìn)一步探討造成2015 年6 月溶解態(tài)鋁行為不保守的原因，上述的兩個(gè)端元及以下幾個(gè)方程被用于估算夏季南海北部陸坡基于物理混合得到的混合層溶解態(tài)鋁的清除比例：

式中，x, y 分別代表水團(tuán)中陸架水、黑潮水所占的比例；Sx、Sy、Cx(Al)及Cy(Al)的下角標(biāo)x、y 分別代表陸架混合水、黑潮次表層水；Sx和Cx(Al)分別代表陸架混合水的鹽度及對(duì)應(yīng)鹽度下溶解態(tài)鋁的濃度；Sy和Cy(Al)分別代表黑潮次表層水的鹽度及對(duì)應(yīng)鹽度下溶解態(tài)鋁的濃度；S實(shí)測(cè)、C理論及C實(shí)測(cè)分別代表實(shí)際測(cè)得的鹽度、理論計(jì)算的溶解態(tài)鋁的濃度、實(shí)際測(cè)得的溶解態(tài)鋁的濃度。ΔAl 代表清除濃度（正值代表清除；負(fù)值代表添加）

夏季混合層溶解態(tài)鋁的清除濃度與葉綠素濃度具有正相關(guān)關(guān)系（△Al=49.60[Chl a]－2.47；r=0.78）。進(jìn)而根據(jù)清除濃度（nmol/L）、混合層深度（m）及面積（km2）進(jìn)行積分得到各個(gè)站位混合層清除量，再除以所有站位的清除總量得到南海北部陸坡混合層的清除比例。結(jié)果如圖6b 所示，斷面3 溶解態(tài)鋁的清除比例最大（9.4%～25.7%之間），與葉綠素濃度最大值（約0.50 mg/m3）相對(duì)應(yīng)（圖6a 數(shù)據(jù)來自NASA https://worldview.earthdata.nasa.gov/)，表明夏季浮游植物的清除是影響溶解態(tài)鋁清除出水體的重要因素。

Xiao 等[50]發(fā)現(xiàn)夏季南海北部陸架及陸坡表層浮游植物的優(yōu)勢(shì)種是聚球藻、原綠球藻以及硅藻，占到總生物量的79.0%。Liu 等[51]通過2 h 的短期吸收實(shí)驗(yàn)證明，鋁不僅能夠形成硅質(zhì)細(xì)胞壁也能被硅藻以（0.033±0.013 ）fmol?1·cell?1·min?1的吸收速率吸收至細(xì)胞的內(nèi)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)證明鋁能通過被動(dòng)吸收的方式形成硅質(zhì)細(xì)胞壁，也能被硅藻主動(dòng)吸收至細(xì)胞內(nèi)部參與機(jī)體正常的生命活動(dòng)[17,52]?？傊?，夏季南海北部陸架及陸坡鋁的生物地球化學(xué)行為極為復(fù)雜，除了受到不同的水團(tuán)的混合影響外，還與活躍的浮游生物活動(dòng)有密切關(guān)系。

3.5 秋季鋁的跨陸架輸送

近期學(xué)者在亞北極太平洋研究發(fā)現(xiàn)，鐵、鋁等痕量元素及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富的陸架水沿等密度面向距離40～50 km 近海的輸送是陸坡、海盆以及海洋內(nèi)部溶解態(tài)鋁的重要來源，同時(shí)也是鐵受限的海域以及高營(yíng)養(yǎng)鹽低葉綠素區(qū)域浮游植物水華的重大原因[8–9]。近幾年對(duì)東海陸架的研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，來自浙閩沿岸近底層的富含鋁的水團(tuán)可以在23.0～24.0 kg/m3的密度面上通過平流輸送的方式向日本?；蛘呶鞅碧窖筝斔蚚10–11]。

圖 5 秋、夏季溶解態(tài)鋁-鹽度的關(guān)系Fig. 5 The relationship between dissolved aluminum concentration and salinity in autumn and summer respectively

由前面的討論可知，夏季斷面3 明顯受到陸架混合水的入侵，而且已有研究者通過衛(wèi)星高度計(jì)獲得的海面高度距平證實(shí)2015 年6 月氣旋渦和反氣旋渦導(dǎo)致了陸架混合水沿?cái)嗝? 輸送[46–47]，然而溶解態(tài)鋁因浮游植物的清除作用而表現(xiàn)出低值和不保守性，故難以進(jìn)行跨陸架輸送估算。但是秋季南海北部陸架及陸坡溶解態(tài)鋁的行為是保守的，可以用于指示潛在的陸源物質(zhì)跨陸架輸送。圖7 給出了2014 年秋季斷面1 的L01 站位、L03 站位、L05 站位的溫度、鹽度、溶解態(tài)鋁濃度的垂直分布。3 個(gè)站位表層溫度較高（約27.8℃）、鹽度小于34.00，隨著深度的增加鹽度逐漸增大的同時(shí)溫度相應(yīng)的降低?？偟膩碚f，溶解態(tài)鋁在鹽度最低的表層濃度高，且隨著深度的增加濃度降低，表現(xiàn)出清除型的分布特征。我們卻發(fā)現(xiàn)除了表層有一致的濃度高值（15.0 nmol/L）之外，在50 m 附近溶解態(tài)鋁的濃度更高，尤其在L01 站位和L03 站位。而且在25～60 m 的深度范圍（對(duì)應(yīng)的密度區(qū)間是21.6～22.2 kg/m3）內(nèi)，溶解態(tài)鋁的濃度呈現(xiàn)出一定的濃度梯度：由L01 站位的45.0 nmol/L 迅速降低到L03 站位的17.0 nmol/L 左右，在L05 站位基本穩(wěn)定在15.0 nmol/L的水平。這表明富鋁的陸架水在向陸坡輸送的過程中會(huì)與南海水以及經(jīng)呂宋海峽過來的黑潮水進(jìn)行混合而被稀釋，珠江水向近海的輸送[53]或者內(nèi)波擾動(dòng)底界面沉積物再懸浮釋放[54]可能是陸架水中溶解態(tài)鋁的來源。

圖 6 2015 年6 月葉綠素a 濃度的衛(wèi)星遙感圖片（https://worldview.earthdata.nasa.gov/） （a）及夏季混合層溶解態(tài)鋁的清除比例（葉綠素a 的濃度為不等間距坐標(biāo)） （b）Fig. 6 Chlorophyll a satellite remote sensing images in June 2015（https://worldview.earthdata.nasa.gov/） （a） and removed proportion of the dissolved aluminum in mixed layer in the summer (note that the use of different scales for chlorophyll a) （b）

圖 7 秋季南海北部陸坡斷面1 溫度（℃）、鹽度、溶解態(tài)鋁（nmol/L）和深度的關(guān)系Fig. 7 The relationship between temperature (℃), salinity, dissolved aluminum (nmol/L) and depth in Section 1 in the north continental slope of the South China Sea in autumn

地形與環(huán)流之間產(chǎn)生的摩擦力及季風(fēng)可能是影響富鋁的陸架水向南海北部陸坡甚至海盆輸送的因素。Cullen 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，哥倫比亞陸架鐵的跨陸架輸送機(jī)制是潮汐、上升流和下降流、Haida 渦及Ekman輸送的作用。Ren[10]揭示了季風(fēng)轉(zhuǎn)換對(duì)東海陸架溶解態(tài)鋁向西北太平洋輸送的重要性。影響南海北部陸坡區(qū)域痕量金屬鋁跨陸架輸送的機(jī)制目前尚不明晰，需提高觀測(cè)的時(shí)空分辨率并結(jié)合物理海洋學(xué)模式開展深入的研究。

4 主要結(jié)論

（1）夏、秋季珠江口溶解態(tài)鋁在淡咸水混合初期呈現(xiàn)出顯著的清除行為，夏季清除率大于秋季。2015年6 月南海北部陸架和陸坡區(qū)表、底層溶解態(tài)鋁的濃度高于2014 年10 月。

（2）秋季南海北部陸架及陸坡溶解態(tài)鋁的分布主要受陸架混合水、黑潮水及南海水等水團(tuán)混合的影響；而夏季除了受到水團(tuán)混合影響之外，浮游植物水華的清除作用也是影響其行為的重要因素；

（3）秋季南海北部陸坡存在源自陸架底層并沿21.6～22.2 kg/m3密度面向南海中部擴(kuò)散的溶解態(tài)鋁水舌，說明存在跨陸架輸送過程，但具體的機(jī)制仍需深入研究。

致謝：感謝973 計(jì)劃在“南海陸坡生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與生物資源的可持續(xù)利用”項(xiàng)目（2014CB441502）提供的南海陸坡航次的搭載機(jī)會(huì)，感謝中國(guó)海洋大學(xué)海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳晶和饒恩銘在文章修改中給予的幫助。