海洋学中新生产力的研究
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第678页（3862字）
新生产力(量)一词，最初由Dugale等(1967)提出，这个概念是建立在N源划分基础上的。
他们认为，进入初级生产者细胞内的任何一种元素都可划分为新结合的和再循环的两类，但并非每一种元素的这种划分都能够用实测来实现，而N是一种可供这种区分的较为理想的元素。N是构成细胞的主要元素，又相对稳定，且N／C比、N／P比也相当恒定，用N描述初级生产者的生长比其它元素(如C，P)更精确些。此外，N常常是海洋环境中的限制性营养元素，因而建立在N源基础上的生产力更具有实际意义。他们定义：在真光层中再循环的N为再生N，由真光层之外提供的N为新生N。由再生N源支持的那部分初级生产力叫再生生产力(Regenerated production)，由新生N源支持的那部分初级生产力称之为新生产力。
1979年，Eppley等将新生产力与真光层底部的碳输出，(即输出生产力(Export production))联系起来，赋予新生产力以新的含义；Platt等(1985)在更广泛的意义上定义新生产力为真光层群落净生产力，即真光层有机物质的积累率和输出率之和。这实际上阐明了新生产力与输出生产力的量值关系。通常二者并不相等。
在季节尺度上，当真光层生物量变化为零时，这个季节的平均输出生产力等于平均新生产力。
在一年或更长的时间尺度上，可认为二者是相等的。
新生产力的表达方式与初级生产力相同。常见的观测和估算方法有以下几种。
15N法 15N法是经典的方法，也是唯一可进行现场直接观测的方法。目前已有的新生产力的资料绝大部分是用此法测得的。这一方法是由Dugdale等(1967)建立的。该法首先用15N示踪技术测定初级生产者对新生N源和再生N源的吸收率，以新生N吸收率与总可利用N吸收率之比求得f比，再由f比与初级生产力相乘即为新生产力。此外，还可以只测新生N之吸收率，然后按照Redfield比值求得以碳表示的新生产力。
沉积物捕集器法 在真光层底部设置沉积物捕集器，收集沉降下来的颗粒有机物，实际上是测定输出生产力。
在时间跨度足够大和平流较小的情况下，其结果可基本反映新生产力。但该法易受上升流、环流、涡流等干扰，不宜用于近海。该法测不到DOC，DOC的数量也直接与水深有关，所得结果通常是新生产力的偏低估计值。另外，游泳生物的干扰、收集物的保存等都是容易产生误差的环节。设备造价昂贵、操作困难且容易丢失，也限制了它的广泛使用。
f比推算法 这是一种通过代表性海区f比与初级生产力的函数关系(实测求得)，借助已有的14C初级生产力资料外延推算其他海区新生产力的间接方法。
Eppley等(1979)给出了这种方法的示范。在新生产力实测数据尚嫌太少的目前情况下，这是大致估计大尺度范围上新生产力水平的可行方法，但不同海区、不同时间f比变化很大。
如Platt等(1985)研究百慕大东南海区所得的f值为0．03～0．84；Knauer等人(1990)对东北太平洋VERTEX时间序列站连续18个月的观测发现，f比的季节变化达4倍，平均为0．11～0．16。Eppley等(1979)指出，f比随初级生产力按渐近线变化，从贫营养大洋海区的0．05到沿岸上升流区的0．50；而在地区范围内，f比随时间、深度、环境条件(如
和N3O－含量比例)的变化都会发生变化。
物理模型推算法 即利用海流模型和水团中营养物质含量，推出真光层中限制性营养元素的补足速度，从而推算出新生产力的上限。如Chavez等人(1987)运用上升流模型和上升流中NO3－的浓度推算了赤道太平洋海域的新生产力；Hamilton等人(1989)讨论了盐舌对流模型和热能通量模型用于推算世界大洋NO3－垂直通量的可能性；Dugdale等人(1988)运用地中海环流模型推出了该海区初级生产力和新生产力的规模；Minas等(1986)结合Broenkow的营养盐、氧模型和Bowden的上升流滞留时间，计算了西非、秘鲁沿岸等上升流区的群落净生产力。物理推算法的优点是，可利用已建立起来的海流模型在中尺度范围上推算新生产力。但该法没有考虑生物学因素和其它环境因素(如还原态氮对
吸收的抑制的作用、E1 Ni
o现象的影响等(Wilkson et al．，1987))，所得结果实际是新生产力的一个最大潜在值，与实际水平可能有较大差距。
真光层净产氧量法 真光层中溶解氧的净积累量是估计季节性新生产力的一个综合指数，但此法受到气体交换的限制，在低纬地区效果较好，而高纬地区误差很大。同时，它只适合于混合层浅和稳定度高的情况，像秋、冬季节则不宜。
234Th滞留时间法 由于Th是具有颗粒吸附活性的，因而在海水中的实际溶解度比由238U衰变推算出的结果要小。当颗粒越多时，它在真光层滞留时间越短。
如果Th所吸附的所有颗粒都是本海区所产生的有机颗粒，则可用Th的滞留时间和颗粒有机物的含量来推算该海区的新生产力(Eppley，1989)。水柱中总的物质通量与234Th的滞留时间有着良好的相关关系，在有机颗粒中途分解时，Th的滞留时间增长，这影响到新生产力估计的准确性。同时，该法也不适用于颗粒来源复杂的海区。但234Th法不仅测出了物质通量，还可测出过程速率，是一个很有希望的方法。
物质通量模型法 Toggweiler(1988)和Sarmiento等(1988)提出了以
表一次表层通量为基础的，包括颗粒有机碳(POC)、溶解有机碳(DOC)在内的新生产力通量模型。Bacastow等(1991)提出了包括
，POC，DOC，CO2，O2，碱度等指标在内的模型，并计算了东、西太平洋
，CO2以及新生产力和输出生产力的一些估计值。
这种方法代表了综合模拟的趋势，尽管目前尚难精确化。随着指标测定(如DOC)的改进和通量模型的优化，这类方法对于新生产力的宏观预测具有潜在价值。
遥感法 对于某些特定海区，如果通过现场实验(如用15N法)求得有代表性的f比，即可通过卫星遥感叶绿素资料与初级生产力的关系实现对新生产力的估计。
此外，利用已建立的水团温度与NO3－含量的关系(Kamykowski et al．，1986)，可以从遥感水温图象估计NO3－供给量，进而推算新生产力。这一方法适用于40～60°S的大洋区，其优越性在于可以利用卫星遥感资料实现大洋乃至全球尺度上的大致估计。
除上述几种方法外，海洋新生产力还被用气体交换法、3He／3H分布模型法、3H／228Ra分布模型法、DO分布模型法，以及深水呼吸电子转运系统等方法估计或测定过。
自20世纪60年代以来，海洋15N技术得到了广泛的应用，但这些研究主要是针对真光层中N代谢、N循环以及与此有关的生态学问题而进行的，而真正新生产力的专门研究几乎没有。直到1979年，Eppley等利用以往15N的实验数据(NO3－，
，尿素N，氨基酸N等)和14C测得的初级生产力数据建立起新生产力和初级生产力的定量关系(f比)，并依据后者对全球性新生产力水平做出了大致的估计。同时，将初级生产力与输出生产力联系起来，赋予了新生产力以生物地球化学方面的含义。从此，新生产力的研究进入了一个新的阶段。
1984年，美国的海洋学家首先把大尺度物理海洋学与生物地球化学过程相联系，在此基础上提出了全球海洋通量研究(GOFS)的设想。随后，更多的国家相继提出了各自的研究计划，并在一些重点海区(如北大西洋、东北太平洋等)设立标准站位，开始了有计划的现场研究，新生产即是其中的重点观测项目之一。
这些研究为后来的全球海洋通量联合研究(JGOFS)计划的制订奠定了基础。1987年，海洋研究科学委员会(SCOR)召开了一系列关于JGOFS的会议，并于1988年成立了国际JGOFS委员会。1989年，由美、加、英、德、日、荷等6国联合进行了第1个过程研究(North Atlantic Bloom Experiment)，所有这些研究中，新生产力都被列为重点内容之一。
新生产力研究在中国尚属空白，但这项研究的重要性已引起有关组织和学者的高度重视。1992年1月在青岛召开的中国JGOFS委员会第4次会议再次确认其为今后工作的重点内容之一。JGOFS在中国的一项计划——东海陆架边缘海洋通量研究，即将新生产力列为重点观测项目之一。
不久的将来，将对全球海洋新生产力有一个比较精确和全面的了解，这种了解不是基于理论演绎，而是基于各种途径的观测结果。从而新生产力的研究也将为海洋生态学、生物海洋学乃至全球变化预测作出贡献。
(中国科学院海洋研究所焦念志、王荣撰)