澄清水清澈度在沿海管理中的作用

水的清澈度是全球海洋动植物健康和恢复的关键，尤其是在切萨皮克湾等浅海系统中。但事实证明，测量水的透明度并不像看起来那么明确。

由JessieTurner博士领导的弗吉尼亚海洋科学研究所的研究表明，水块的“透明度”取决于测量它的方法，不同的研究问题和管理决策需要不同的透明度测量工具和技术。特纳和她的合著者，Drs。KelseyFall和CarlFriedrichs在LimnologyandOceanographyLetters最近的一篇文章中提出了他们的建议。

“在沿海和内陆水域，”特纳说，“我们用来测量水清澈度的方法可能会歪曲用于确定恢复目标的水下光气候，例如水下草的潜在栖息地。因此，选择最重要的是非常重要的适当的测量方法，并清楚地传达所使用的方法。并非所有的水透明度指标都是平等的。”

水下草地具有许多重要的生态功能，是海湾中受到最密切监测的栖息地之一。它们为众多海洋物种提供食物和住所，帮助水体充氧，并可以通过去除空气中的二氧化碳来缓解全球变暖。为此，它们需要清水来进行光合作用和生长。它们对清水的依赖使它们成为浅水沿海系统水清澈度的“煤矿中的金丝雀”。

水和啤酒

为了解释水清澈度及其测量的复杂性，特纳用啤酒进行类比——另一种“清澈度”广受关注的液体。具有讽刺意味的是，用于定义啤酒和其他液体透明度的科学原理被称为啤酒定律(具有讽刺意味的是，该原理首先应用于葡萄酒，而不是啤酒，而且该定律是以德国化学家奥古斯特比尔的名字命名的，而不是啤酒花饮料)。

“比尔定律告诉我们，有多少光可以通过液体取决于液体中物质的浓度和你测量的距离，”特纳说。

那么，什么是“东西”?

“在啤酒中，”特纳说，“它要么是酵母和啤酒花之类的颗粒，要么是酿造过程中溶解的糖或单宁酸等物质。在切萨皮克湾，‘物质’可以是微粒，例如微小的污垢和微观植物，或溶解的有机物和其他溶质。”溶解的有机物是一种泥土茶，由来自海湾及其流域的落叶、作物残茬、土壤和其他碳基物质浸泡而成。

至关重要的是，颗粒物和溶解物质以不同的方式阻碍光线。“当光线照射到水或啤酒上时，它要么被散射，要么被吸收，”特纳说。“粒子散射光，溶解的物质吸收光。”

颗粒和溶解物质的相对丰度结合起来产生不同的光环境。在切萨皮克湾的光散射颗粒和光吸收溶质含量都很高的地区，海水黑得像一口黑啤酒。在光散射颗粒多而光吸收溶质很少的区域，水浑浊但明亮，就像一杯朦胧的啤酒。颗粒或溶质很少的区域最清晰，如苹果酒。

Secchi磁盘和光传感器

当考虑到科学家用来测量水透明度的多种工具和技术时，这些差异会产生重要的影响。两种常见的光学工具是Secchi磁盘和光传感器。科学家们还直接测量悬浮颗粒、溶解物质和叶绿素(植物和浮游生物用来捕获阳光进行光合作用的色素)的浓度。

“Secchi圆盘是一个简单的黑白圆盘，你可以在水中水平放置它，”Turner解释道。“它从视野中消失的深度被称为Secchi深度。”这种廉价、易于部署且使用已久的工具可测量水透明度和物体可见深度。

光传感器测量阳光深入水中时的损失或衰减，重点关注植物用于光合作用的波长。将记录的值与表面传感器收集的值进行比较，以解释由于云层和一天中的时间导致的入射光差异。

尽管电子和材料的进步降低了成本并增加了光传感器的使用，但Secchi圆盘仍然是许多水透明度研究的日常主力，无论是专业研究人员还是越来越多的社区科学家。

根据Turner和她的合著者的说法，当从业者应用传统的一刀切公式来根据Secchi深度值估算光衰减时，问题就出现了。这是因为这两个指标之间的关系可能会因当地的光照气候而有很大差异——水下研究地点是像黑啤酒一样黑暗，像麦芽酒一样明亮但浑浊，还是像苹果酒一样清澈。

“根据纬度、水文和气候，这两个指标之间的关系在河口和其他水生环境之间和内部可能有很大差异，”特纳说。“因此，使用单一转换因子来估计基于Secchi深度的光衰减可能会低估或高估水下光气候。”

例如，在切萨皮克湾的主要支流约克河浑浊的水域中，使用传统的转换系数会低估海草可用的光，从而低估潜在的恢复目标。

建议

为了解决这个问题和相关困难，特纳和他的同事建议对水透明度的测量和报告方式进行一些改变。最重要的是清楚地传达所使用的方法——无论是来自Secchi盘的Secchi深度、光衰减还是其他方法。

对于与水下草和其他喜光生物相关的研究，作者建议同事直接收集光衰减值。

“随着深度的光衰减测量与大多数水生生态系统研究最相关，”特纳说。“它们非常适合涉及水下草、海带和珊瑚的研究，因为这些和其他类似的生物体适应于收集下行光。”作者建议在研究浮游植物时使用单独的“标量”光衰减测量方法，浮游植物作为漂浮生物可以从各个方向收集光，包括下流和从侧面和下方散射的光。

如果成本问题或其他因素鼓励使用Secchi盘，作者建议研究人员放弃使用传统的一刀切公式，而是建议他们使用局部测量来校准Secchi深度到光衰减的公式。“该方程式需要在当地进行校准，因为水的溶解物和颗粒物的特性变化很大，有时在很短的距离内，”特纳说。“这些特征也会随季节变化。”

由于Secchi深度值衡量的是可见性和透明度，作者表示，它们的直接应用最适合研究鱼类和其他视觉捕食者。他们指出，它们在人类环境中也具有价值，例如在水上娱乐以及沿海财产和景观的价值等领域。

无论研究团队可能使用什么方法，作者都敦促他们根据具体的研究问题或管理目标选择最有用的一个或多个指标。

“当与目标相关时，”特纳说，“即使是最简单的水透明度测量对于环境监测和恢复也很有价值，无论是由科学采样计划、非营利组织还是社区科学家收集的。”