陸源人類活動對近海生態系統的影響

呂永龍，苑晶晶，李奇鋒，張悅清，呂笑天，蘇　超

1 中國科學院生態環境研究中心城市與區域生態國家重點實驗室，北京　100085

2 中國科學院大學，北京　100049

陸源人類活動對近海生態系統的影響

呂永龍1,*，苑晶晶1,2，李奇鋒1,2，張悅清1,2，呂笑天1,2，蘇超1,2

1 中國科學院生態環境研究中心城市與區域生態國家重點實驗室，北京100085

2 中國科學院大學，北京100049

摘要:隨著海岸帶快速城市化和經濟發展，人類活動對近海生態系統的影響日益增加。通過對國內外大量相關文獻的分析和與國際專家的研討，分別從海洋資源開發、海岸帶城市化和環境變化等幾個方面概述了陸源人類活動對近海生態系統的影響。目前陸源人類活動導致近海生態系統出現的主要問題有：海洋生物資源過度捕撈、海岸帶富營養化、海洋酸化、珊瑚礁退化、海洋垃圾、以及海岸帶礦產開采等高強度開發活動引發的重金屬和持久性有機污染物污染等。這些問題會直接導致海洋生物群落結構變化、影響水質、降低海洋生物多樣性，最終影響海洋生態系統服務功能，威脅海洋生態系統健康。這些問題的根源多來自陸地，必須將海洋和陸地作為一個有機整體，整合海陸系統相互作用的科學計劃，推進海洋資源和近海生態系統的可持續管理。

關鍵詞：陸海相互作用；近海生態系統；重金屬污染；持久性有機污染物污染；富營養化

河口和海岸帶是海陸交互作用的關鍵地區，各種物理、化學、生物和地質過程在這里相互關聯，生態環境非常敏感和脆弱。這里也是人類聚居和海洋資源利用的重點地區，聚集了大約60%的人口和三分之二的大中型城市。海岸帶地區的快速城市化和工業化，對近海生態系統產生了日益嚴重的影響。陸源工業、農業、采礦業、灘涂池塘養殖等人類活動導致了近海重金屬和持久性有機污染物污染、富營養化、海水酸化和珊瑚礁退化等問題，從而改變了海水質量、海洋生物群落結構、海洋生物地球化學循環，并最終影響了海洋生態系統服務功能與健康[1]。

1海洋資源開發對近海生態系統的影響

海洋資源通常包括生物資源和非生物資源，生物資源包括植物(藻類、種子植物、苔蘚)、動物(魚類、軟體動物、貝殼類、哺乳類)、微生物、淡水及其溶解物；非生物資源包括煤、石油、天然氣、砂礦、甲烷水合物、錳結核、鎂和磷。按海洋資源可提供的產品和服務來劃分，海洋資源還包括海洋潮汐能、海洋波浪能、沿海風能、海流能、海水溫差能、海水鹽度差能，還有諸如運輸、休閑(海灘、港口)和旅游等不可提取類資源。海洋資源開發對海洋生態系統產生的主要影響包括過度捕撈引起的生物多樣性減少、海洋油氣開采引起的石油泄漏污染、采礦引起的重金屬污染、以及由海洋航運帶來的危險物質污染等[2]。

1.1海洋生物資源開發對近海生態系統的影響

海洋生物資源種類繁多，全球海洋物種總數約220萬種，其中約91%的海洋物種還有待識別和明晰[3]。根據估算，全球海洋每年的凈初級生產力(NPP)為44—67GtC，大約占全球NPP的一半，受全球氣候變暖的影響，預測在最極端情況下，21世紀海洋NPP會比之前下降15%左右[4]。受海洋NPP下降的影響，未來全球海洋漁業產量會受到限制[5]。據統計，1950—1970年，全球漁業捕撈產量較為穩定，1970年之后，全球漁業捕撈產量迅猛增長。世界人均水產品消費量從20世紀60年代的9.9kg增長到2012年的19.2kg。海洋漁業在全球漁業總產量中占據主導地位，2006—2012年，海洋捕撈占世界總水產的82%以上[6]。

過度捕撈已導致關鍵種減少，觸發營養級聯效應，使被捕食者體型變小，從而帶來捕獲量和經濟效益的損失[7]。據世界銀行2009年估算，全球漁業資源因每年過度捕撈造成的損失達500億美元[8]。在多產的河口和沼澤地區，人類每日消耗貝殼類海產品，產生了大量的貝殼和其他垃圾，形成“貝殼島”，從而改變了近海生態系統[9]。

為了滿足全球日益增長的人口需求，水產養殖量從20世紀50年代的65萬噸增長到了6700萬噸(FAO, 2014)，同時期海洋總的捕獲量從1000t增長到了8000t。隨著海洋生物技術的發展，水產養殖行業從1970年起以平均每年8.8%的速率擴張，增長速度已經超過其他肉類生產行業。人類消費的一半魚類來自水產養殖，未來這個比例還會增加。水產養殖向環境中釋放營養物、未消化的飼料、獸藥和殺菌劑，還會增加疾病和寄生蟲的風險。養殖的魚類和貝殼類進入周圍的水體會引發遺傳退化和引入入侵種，對生態系統產生負面影響。水產養殖中魚類作為飼料使用，管理不善還會給野生魚類和海洋環境帶來額外壓力，其他影響還包括化學物和藥物帶來的海水污染、飼料和廢棄物中營養物釋放導致的富營養化、耕地和淡水供給的鹽堿化[10]。

1.2海洋非生物資源開發對近海生態系統的影響

在過去的幾千年里，大陸是礦物材料的唯一來源，但由于人口增長和財富增加，人類對于礦物及其衍生金屬的需求越來越大，深海采礦將成為一個重要的原材料來源。深海擁有幾千米厚的銅、鎳、鈷錳核；含鈷、鎳、鉑族金屬和稀土元素的錳結殼；富含銅、鋅、鉛、銀和金的海底熱液硫化物和沉積硫化物；以及近期發現的在深海泥里的稀土元素和釔[11]。熱液底部通風口存在的多金屬錳結核、鈷結殼和硫化銅沉積物已經被很好地探明，但深海采礦業還處于初始階段，到目前為止只有油氣被大量開采。海底石油鉆井技術已在20世紀初期得到應用，但工業礦物的海底開采還處于早期階段[12]，未來對深海礦物資源的開采會持續增加。

海洋近岸和深海蘊藏著數以億計的礦產資源。從全球來看，天然氣水合沉積物約有97%分布于近海，目前已發現了230種天然氣水合沉積物，潛在天然氣儲量超過了1.50 × 1016m3[13]；鐵錳結核的分布密度從1.00 kg/m2到50.00kg/m2不等，主要分布于太平洋，即著名的克利珀頓區；深海含金屬沉積物主要分布于南緯5°—45°太平洋和大西洋地區，印度洋只有少量分布；磷塊巖在大陸邊緣、海底山脈尤其是太平洋中部分布較集中[14]。我國近海海洋能理論蘊藏量大致為6.30億kW，其中可開發的再生海洋能源約為4.40億kW。同時，可開發的全部海域風能大約為7.50億kW，絕大部分分布在東南沿海。中國海洋能源的利用形式主要有風能發電、潮汐發電等，當前已運行沿海風能的總發電能力為41.59萬kW，大型潮汐發電站的裝機容量達到6070kW[15]。

沿海采礦業迅猛發展給海洋生態系統帶來越來越大的壓力。海岸帶砂金礦開采會導致沿岸生境退化和河流分布的變化[16]，還會導致生物生產力降低、影響商業捕魚和貝類采集、影響水質，也給海岸帶的旅游和休閑活動帶來負面作用[17]。近海海域環境質量不斷惡化，排海污水、廢棄物數量持續上升，環境污染事件頻繁發生，其后果便是海洋生物的數量與質量顯著下降，海洋生物多樣性面臨嚴重威脅。

2人類活動和氣候變化雙重作用對近海生態系統的影響

海岸帶的快速城市化和工業化，與化石燃料燃燒、農業、采礦業等產生的污染物排放和氣候變化一起，對近海生態系統和海洋的生物地球化學循環產生了日益嚴重的影響。研究發現，幾乎所有的海洋生態系統都受到了人類活動的影響，其中41%的海洋生態系統受到多種因素的共同作用[18]。人類工農業活動和城市發展帶來的主要問題有：重金屬污染、持久性有機污染物污染、富營養化、塑料垃圾等，在人類活動和氣候變化的共同作用下，也出現了海洋酸化、珊瑚礁退化等一系列問題，這些問題都在不同程度上影響了近海生態系統的健康發展。

2.1重金屬污染

隨著快速工業化和經濟發展，重金屬通過河流和地下水排放、海洋傾廢，持續進入河口和海岸帶生態系統[19, 20]，經過懸浮物的吸附和沉降作用，海洋沉積物成為接收重金屬的匯[21-23]。根據美國環境保護局(USEPA)沉積物環境質量基準(SQG)的臨界效應水平(TEL)，Cu和Pb是污染最重的兩種金屬，監測值范圍分別為5.60—167.50mg/kg和10.49—122.00mg/kg，污染最嚴噸重的地點分別位于非洲摩洛哥Moulay Bousselham湖和德國不萊梅灣。其他幾種重金屬Ni、Cd、As、Hg的監測值范圍分別為17—85.1mg/kg、0.11—10.04mg/kg、0.3—22.2mg/kg、0.02—22.07mg/kg，污染最嚴重的地點分別位于愛琴海東部沿海、西班牙美諾沿海、土耳其伊茲米特灣和挪威孔斯峽灣，污染程度與地區的工業化程度密切相關[24-37]。

我國山東半島和遼東灣重金屬含量較高，山東半島Ni、Cr、Zn濃度較高，遼東灣Hg、As、Pb、Zn濃度較高；海南島周圍和長江三角洲整體上污染較輕[22, 33, 36, 38-41]。從2011—2012年Hg在我國沿海沉積物中的分布趨勢看，污染最嚴重的區域在珠海周圍，且從近海向外大陸架呈現遞減趨勢。以陸地為基礎的排放以及來自河流的輸入是我國海岸帶沉積物Hg污染的主要源[42]。

一般來說，海岸帶礦石開采、油漆制造業、鋼鐵制造業以及金屬產業是重金屬幾大污染源。例如，礦石尤其是酸性礦、焦炭可造成Cu、Zn、Hg、Cd的污染；油漆產業可造成多種重金屬如Cu、Zn、Cr、Hg、As的污染；金屬產業主要引起Pb、As的污染；石油燃燒主要造成Ni、Cr的污染；鋼鐵工業和家庭廢水的排放可造成Cu、Zn的污染；水泥生產以及海岸帶造船業可造成Pb的污染；Hg污染的其他來源還包括廢料煅燒、造紙業、殺蟲劑污染及火山噴發等[29, 37, 43-44]。

重金屬通過生物化學過程在沉積物相和水層之間循環，通過對沉積物的污染影響水質和水生物體對金屬元素的吸收、累積，進而對生態系統產生潛在影響[45]。Cu、Pb、As能對馬尾藻亞顯微結構發生致畸作用，進而對生態系統產生風險[46]。Cd、Cr、Pb以及它們的混合物會影響幼年扇貝的成長，Cd的影響效果最強，其次是Pb，這種效應進而會影響到食物鏈甚至生態系統[47]。重金屬Co、Cu、Ni、V會降低海洋底棲生態系統的多樣性[48]。

2.2持久性有機污染物污染

隨著人類發明和使用的有機物種類越來越多，海洋中持久性有機污染物的種類也日益增加，這其中既包括傳統持久性有機污染物，如有機氯農藥(OCPs)、多氯聯苯(PCBs)、多環芳烴(PAHs)等，也包括新型持久性有機污染物，如全氟化合物(PFASs)、多溴聯苯醚(PBDEs)、六溴環十二烷(HBCD)、得克隆(DP)等，還包括其他類型的化學物質，如藥物、激素等[49-51]。

由于具有長距離遷移的能力，持久性有機污染物能夠隨大氣和洋流傳輸到全球。通過對海水和沉積物等環境介質和生物體的全球監測，發現北美和歐洲海岸帶的污染水平明顯高于其他地區，亞洲東部海岸處于比較低的污染水平，而南美洲、非洲和大洋洲海岸則鮮有報道[52-54]。造成這種全球分布格局的原因主要是，北美和歐洲生產和使用這些物質的歷史比其他地區早數十年，并且也是生產和消費這些物質的主要國家，排放到環境中的污染物積累時間更長，因此濃度要高于其他地區。

通過對海岸帶海水和沉積物中多種污染物的空間格局進行比較分析發現，沿海工業排放和生活排放被認為是污染物最主要的來源，PFASs、PBDEs、PCBs等污染物的高濃度都出現在人口密集且城市化、工業化發達的區域。污染物濃度水平在有局地點源排放的位置濃度最高，隨著距離增加被進一步擴散和稀釋，并且受到洋流的顯著影響[49, 55, 56]。沒有點源排放的偏遠海岸帶地區，污染物的濃度水平明顯低于有點源排放的區域。

海洋中持久性有機污染物濃度升高，一方面會威脅海洋生態系統健康，另一方面會通過食物鏈進入海產品而影響人類健康。持久性有機污染物對生態系統的影響主要依賴于對生物類群中污染物水平和生理指標的監測和統計分析。一些持久性有機污染物具有內分泌干擾的特性，能夠干擾動物的甲狀腺激素、性激素、糖皮質激素等，繼而影響動物的行為和生存。在生態系統極為脆弱的北極圈，持久性鹵代污染物被認為與海鷗、北極熊、魚類的激素、繁殖、免疫、酶活性、維生素等生理指標有一定聯系，這些干擾可能影響動物對極地環境的適應性[57]。

2.3富營養化

海岸帶地區的營養物污染主要來自農業和畜牧業生產、污水和工業廢棄物以及氣候變化導致的溫度和水體的復雜交互作用。從20世紀70到90年代，全球尺度上陸地輸入海洋的氮、磷已經翻了三倍，對海岸帶的生物地球化學循環和生態系統健康都產生了影響[58]。進入海洋的營養鹽有點源污染和非點源污染兩種形式，點源污染主要來自污水排水口和工廠排放物，非點源污染主要來自農業集水區的地表徑流或地下水徑流流出、或者被污染的含水層。

人類向海岸帶輸入營養物會導致藻類大量繁殖，發生藻華，出現生物資源大量死亡、病原體突現和入侵物種的爆炸性增長[59]。養分負荷會帶來各種影響，如高含量的葉綠素a、海藻迅速生長、毒性藻華、生物豐富度/多樣性降低、水體透明度降低，晚期出現大量細菌、浮渣、真菌、低氧最終導致缺氧。富營養化對人體健康的潛在危害包括過敏等皮膚疾病以及帶來更嚴重的健康威脅[60]。

富營養化驅動下生長的藻類大量死亡后，為底棲微生物的呼吸作用提供了豐富的有機物質，提升了微生物活性和對溶解氧的消耗，從而造成底層海水溶解氧濃度大幅下降。初級生產力增加和富營養化加劇了全球范圍海洋死區的形成，對生態系統功能造成嚴重破壞[61]。目前世界上有500多個海岸帶缺氧區，覆蓋面積超過245000 km2[49, 62]，已報道的出現缺氧的海岸帶地區的數量正在呈每年5.54%的指數速率增長[63]。近年來，缺氧區主要出現在發達國家的海岸帶和河口地區，未來最大的缺氧區預計在南亞和東亞地區[64, 65]。目前海岸帶生態系統缺氧區的擴張主要是由全球變暖以及從陸地和大氣輸入的營養物增多造成的[66]，如果缺乏細致的海陸管理，人口增長和進一步的海岸帶城鎮化也會加劇海岸帶的缺氧[49]。通過改變食物網結構和生物多樣性，缺氧可以直接影響海洋生態系統的服務和功能。

營養物負荷的增加還導致了生物多樣性的降低、鹽堿地流失、對干擾的敏感性增加、以及生態系統服務功能的喪失[67]。目前全球大部分河口和海岸帶生態系統已處于過度開發與受威脅狀態，人類活動對它們的破壞與日俱增，約50%的鹽堿地、35%的紅樹林、30%的珊瑚礁和29%的海草生態系統已經消失或嚴重退化[68]，大量輸入的營養鹽是一個主要原因[69-72]。

2.4塑料垃圾

海洋垃圾日益成為一個環境問題，在表層海水、海底和海岸帶廣泛分布[62, 73-75]。大部分垃圾是塑料制品(約75%)，其他垃圾如玻璃和金屬類只占海洋垃圾的一小部分。大塊的垃圾碎片逐漸破碎成更小的碎片(稱為微型塑料)，廣泛分布于海洋表層水體、沉積物和生物群落中[76-78]。即使明天停止向海洋增加新的塑料碎片，因為大塊塑料的破碎，微型塑料的數量還是會持續增加[76]。已經有很多攝食塑料碎片帶來人身傷害的報道，已知有將近700個物種會遭遇海洋垃圾的傷害[79]。攝食微型塑料會帶來潛在的身體和毒性效應[80, 81]，塑料碎片會給生物群落及其提供的生態系統服務功能帶來潛在影響[82]。所有海洋垃圾的碎片都源于陸地，解決海洋垃圾的問題，就應該保證塑料制品在使用完畢后能夠在陸地上被妥善處置[62, 83, 84]。人們也需要改變生產、使用和處置塑料碎片的方式，盡可能地預防和規避塑料垃圾隊海洋生態系統產生不利影響[83, 84]。

2.5海洋酸化和珊瑚礁退化

大氣二氧化碳含量增加，會導致溶解在淺層海水中的二氧化碳含量增加，反過來會導致海洋pH值降低，這就是所謂的海洋酸化過程[85]。富營養化與海洋表層缺氧和海水酸化有關，會增加海岸帶海水對海洋酸化的敏感性[86]。現代表層海水的pH值與工業化前相比已經平均降低了0.1個pH單位，除非人類排放二氧化碳能夠大幅度消減，否則21世紀將會繼續降低0.2—0.3個pH單位[49]。海洋酸化會降低海洋鈣化動物(包括珊瑚和軟體動物)貝殼和骨骼的生長，還會降低一些物種對熱應力的耐受性[49]。海洋酸化和變暖的相互作用會導致珊瑚礁白化和造礁能力降低[87]。

在所有的海洋棲息地中，海岸帶和珊瑚礁生態系統提供了最為集中的海洋生物多樣性，但是全世界的珊瑚在急劇減少，主要是由最近數十年來更為頻繁、規模更大和持續時間更長的珊瑚礁白化事件導致的[88]。世界上珊瑚礁在退化，過去的30—50年消失了將近一半[89]。珊瑚礁白化是一種應力反應，通常是由各種局地或區域性的人類干擾活動造成的，包括氣候變化、沉降、污染、破壞性捕魚技術和過度捕魚、過度開采礁石棲息地，而礁石棲息地可以保持最佳的造礁條件和控制大型藻生長[87, 90, 91]。

3未來研究展望

人類活動對海洋生物地球化學循環的干預作用越來越強烈，在大時空尺度下對未來海洋化學性質變化的預測以及各種變化對于海洋資源影響的精確評估，已經成為海陸系統相互作用研究的重要科學挑戰[49]。與此同時，全球環境變化引起海岸帶生態系統服務功能損失的定量化研究亦成為重大科學問題[92]。在未來研究中，需要深入探討碳、氮、磷等元素地球化學循環的新模式，揭示城市化進程對海岸帶富營養化及全球生物地球化學循環的影響機制。發展并應用新的分析工具來綜合評估海洋政策的選擇，把海洋和海岸帶作為關鍵的自然資本進行深入的分析，明晰海洋資源管理中存在的價值沖突和價值估算問題。發展應對海洋系統內在復雜性和不確定性的新方法，并應用綜合方法分析時空尺度效應以及藍色經濟大背景下貧窮、環境和經濟之間的相互關系。為了更好地調控營養物質的污染態勢，氮、磷與其他有毒化學品(重金屬、持久性有機污染物等)之間的耦合作用也需要得到更多的關注[93]。作為未來世界經濟增長的主要引擎，發展中國家沿海區域人類活動與經濟發展的關系也有待進一步研究[94]。

聯合國環境規劃署(UNEP)、聯合國教科文組織(UNESCO)、國際科學理事會(ICSU)等十余個聯合國機構和國際科學組織陸續推出了多個海陸系統相互作用的科學計劃，如UNEP的海洋生態系統單元、保護海洋環境免受陸地活動影響全球行動計劃和區域海洋計劃，UNESCO政府間海洋科學委員會的海洋觀測系統和數據系統，以及IGBP和IHDP共同發起的海岸帶海陸交互作用計劃(LOICZ)等。“未來地球(Future Earth)”將進一步整合這些科學計劃，以推進海岸帶生物地球化學循環、海岸帶系統脆弱性和社會風險、海岸帶生態系統對全球變化的響應、人類活動對入海流域及海岸帶的環境影響、海岸帶管理和可持續發展等科學問題的深入研究。

海洋生態系統正經歷著比歷史上任何時候都更大規模和更快速度的變化，而引起這些變化的大部分擾動都與人類化石燃料燃燒、農業和工業活動緊密相關，未來幾十年還會增加，給海洋生物量和海洋資源帶來持續的負面影響。考慮到以上面臨的挑戰，聯合國可持續發展目標(SDGs)[95]把保護海洋及海洋資源的可持續利用列入第14項可持續發展目標，包括陸地活動對海洋的污染、海岸帶生態系統管理、海水酸化、海岸帶地區保護、漁業、水產養殖業和旅游業的可持續管理等幾個分目標，關于海岸帶地區的復雜問題涵蓋了17項目標的大部分內容，共計60個分目標。海岸帶生態系統的可持續發展還需要加強社會公眾的參與，社會和海洋的關系是海洋生態系統可持續發展一個非常重要的因素[96]，需要建立有效的海岸帶與海洋聯動的生態安全管理體制，確保海洋環境和海洋資源的可持續管理。

致謝：本文曾作為2015年4月在巴黎召開的聯合國環境規劃署(UNEP)海洋資源生態系統管理研討會的大會報告內容，與會專家提出了很好的意見與建議，特此致謝。

參考文獻(References):

[1]Lu Y L, Wang R S, Zhang Y Q, Su H Q, Wang P, Jenkins A, Ferrier R C, Bailey M, Squire G. Ecosystem health towards sustainability. Ecosystem Health and Sustainability, 2015, 1(1): 1-15.

[2]Stan M I. The legal regulation on Marine Strategy. case study: the Black Sea region. Curentul Juridic, 2013, 16(3): 100-109.

[3]Mora C, Tittensor D P, Adl S, Simpson A G B, Worm B. How many species are there on earth and in the ocean?. PLoS Biology, 2011, 9(8): e1001127.

[4]Bopp L, Aumont O, Cadule P, Alvain S, Gehlen M. Response of diatoms distribution to global warming and potential implications: a global model study. Geophysical Research Letters, 2005, 32(19): L19606.

[5]Chassot E, Bonhommeau S, Dulvy N K, Mélin F, Watson R, Gascuel D, Le Pape O. Global marine primary production constrains fisheries catches. Ecology Letters, 2010, 13(4): 495-505.

[6]Anticamara J A, Watson R, Gelchu A, Pauly D. Global fishing effort (1950-2010): trends, gaps, and implications. Fisheries Research, 2011, 107(1-3): 131-136.

[7]Sumaila U R, Cheung W, Dyck A, Gueye K, Huang L, Lam V, Pauly D, Srinivasan T, Swartz W, Watson R, Zeller D. Benefits of rebuilding global marine fisheries outweigh costs. PLoS One, 2012, 7(7): e40542.

[8]Willman R, Kelleher K, Arnason R, Franz N. The Sunken Billions: The Economic Justification for Fisheries Reform. Washington D.C.: IBRD/FAO, 2009.

[9]Rick T C, Erlandson J M. Coastal exploitation. Science, 2009, 325(5943): 952-953.

[10]Naylor R L, Goldburg R J, Primavera J H, Kautsky N, Beveridge M C, Clay J, Folke C, Lubchenco J, Mooney H, Troell M. Effect of aquaculture on world fish supplies. Nature, 2000, 405(6790): 1017-1024.

[11]Scott S D. Marine minerals: their occurrences, exploration and exploitation// Proceedings of the Oceans 2011. Waikoloa, HI: IEEE, 2011.

[12]Schaffer M B. Mining the oceans: development of global resources. International Affairs Forum, 2013, 4(2): 117-126.

[13]Makogon Y F. Natural gas hydrates-a promising source of energy. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2010, 2(1): 49-59.

[14]Baturin G N. Mineral resources of the ocean. Lithology and Mineral Resources, 2000, 35(5): 399-424.

[15]劉佳. 山東半島藍色經濟區海洋資源可持續供給保障研究. 青島: 中國海洋大學, 2014.

[16]Mas-Pla J, Montaner J, Solà J. Groundwater resources and quality variations caused by gravel mining in coastal streams. Journal of Hydrology, 1999, 216(3-4): 197-213.

[17]Mateos J C R. The case of the Aznalcóllar mine and its impacts on coastal activities in Southern Spain. Ocean & Coastal Management, 2001, 44(1-2): 105-118.

[18]Halpern B S, Walbridge S, Selkoe K A, Kappel C V, Micheli F, D′Agrosa C, Bruno J F, Casey K S, Ebert C, Fox H E, Fujita R, Heinemann D, Lenihan H S, Madin E M P, Perry M T, Selig E R, Spalding M, Steneck R, Watson R. A global map of human impact on marine ecosystems. Science, 2008, 319(5865): 948-952.

[19]Kaimoussi A, Chafik A, Mouzdahir A, Bakkas S. Diagnosis on the state of healthiness, quality of the coast and biological resources ‘case of the Moroccan Atlantic coast’ (City of El Jadida). Comptes Rendus Biologies, 2002, 325(3): 253-260.

[20]Wang T Y, Khim J S, Chen C L, Naile J E, Lu Y L, Kannan K, Park J, Luo W, Jiao W T, Hu W Y, Giesy J P. Perfluorinated compounds in surface waters from Northern China: comparison to level of industrialization. Environment International, 2012, 42: 37-46.

[21]Fang T H, Hong E. Mechanisms influencing the spatial distribution of trace metals in surficial sediments off the south-western Taiwan. Marine Pollution Bulletin, 1999, 38(11): 1026-1037.

[22]Wang P, Lu Y L, Wang T Y, Fu Y N, Zhu Z Y, Liu S J, Xie S W, Xiao Y, Giesy J P. Occurrence and transport of 17 perfluoroalkyl acids in 12 coastal rivers in south Bohai coastal region of China with concentrated fluoropolymer facilities. Environmental Pollution, 2014, 190: 115-122.

[23]Zwolsman J J G, van Eck G T M, Burger G. Spatial and temporal distribution of trace metals in sediments from the Scheldt estuary, south-west Netherlands. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 1996, 43(1): 55-79.

[24]Alyazichi Y M, Jones B G, McLean E. Spatial and temporal distribution and pollution assessment of trace metals in marine sediments in oyster bay, nsw, Australia. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2015, 94(1): 52-57.

[25]Apeti D A, Hartwell I S. Baseline assessment of heavy metal concentrations in surficial sediment from Kachemak Bay, Alaska. Environmental Monitoring and Assessment, 2015, 187(1): 4106-4106.

[26]Bastami K D, Bagheri H, Haghparast S, Soltani F, Hamzehpoor A, Bastami M D. Geochemical and geo-statistical assessment of selected heavy metals in the surface sediments of the Gorgan Bay, Iran. Marine Pollution Bulletin, 2012, 64(12): 2877-2884.

[27]Birch G F, Chang C H, Lee J H, Churchill L J. The use of vintage surficial sediment data and sedimentary cores to determine past and future trends in estuarine metal contamination (Sydney estuary, Australia). Science of the Total Environment, 2013, 454-455: 542-561.

[28]Borges R C, Caldas V G, Filho F F L S, Ferreira M M, Lapa C M F. Use of GIS for the evaluation of heavy metal contamination in the Cunha Canal watershed and west of the Guanabara Bay, Rio de Janeiro, RJ. Marine Pollution Bulletin, 2014, 89(1-2): 75-84.

[29]Chae J S, Choi M S, Song Y H, Um I K, Kim J G. Source identification of heavy metal contamination using metal association and Pb isotopes in Ulsan Bay sediments, East Sea, Korea. Marine Pollution Bulletin, 2014, 88(1-2): 373-382.

[31]Fang T H, Li J Y, Feng H M, Chen H Y. Distribution and contamination of trace metals in surface sediments of the East China Sea. Marine Environmental Research, 2009, 68(4): 178-187.

[32]García-Hernández J, García-Rico L, Jara-Marini M E, Barraza-Guardado R, Weaver A H. Concentrations of heavy metals in sediment and organisms during a harmful algal bloom (HAB) at Kun Kaak Bay, Sonora, Mexico. Marine Pollution Bulletin, 2005, 50(7): 733-739.

[33]Hu B Q, Li G G, Li J, Bi J Q, Zhao J T, Bu R Y. Spatial distribution and ecotoxicological risk assessment of heavy metals in surface sediments of the southern Bohai Bay, China. Environmental Science and Pollution Research, 2013, 20(6): 4099-4110.

[34]Kucuksezgin F, Kontas A, Uluturhan E. Evaluations of heavy metal pollution in sediment andMullusbarbatusfrom the Izmir Bay (Eastern Aegean) during 1997-2009. Marine Pollution Bulletin, 2011, 62(7): 1562-1571.

[35]Leorri E, Cearreta A, Irabien M J, Yusta I. Geochemical and microfaunal proxies to assess environmental quality conditions during the recovery process of a heavily polluted estuary: the Bilbao estuary case (N. Spain). Science of the Total Environment, 2008, 396(1): 12-27.

[36]Li G G, Hu B Q, Bi J Q, Leng Q N, Xiao C Q, Yang Z C. Heavy metals distribution and contamination in surface sediments of the coastal Shandong Peninsula (Yellow Sea). Marine Pollution Bulletin, 2013, 76(1/2): 420-426.

[38]Dou Y G, Li J, Zhao J T, Hu B Q, Yang S Y. Distribution, enrichment and source of heavy metals in surface sediments of the eastern Beibu Bay, South China Sea. Marine Pollution Bulletin, 2013, 67(1/2): 137-145.

[39]Hu B Q, Cui R Y, Li J, Wei H L, Zhao J T, Bai F L, Song W Y, Ding X. Occurrence and distribution of heavy metals in surface sediments of the Changhua River Estuary and adjacent shelf (Hainan Island). Marine Pollution Bulletin, 2013, 76(1-2): 400-405.

[40]Hu B Q, Li J, Zhao J T, Yang J, Bai F L, Dou Y G. Heavy metal in surface sediments of the Liaodong Bay, Bohai Sea: distribution, contamination, and sources. Environmental Monitoring and Assessment, 2013, 185(6): 5071-5083.

[41]Yuan H M, Song J M, Li X G, Li N, Duan L Q. Distribution and contamination of heavy metals in surface sediments of the South Yellow Sea. Marine Pollution Bulletin, 2012, 64(10): 2151-2159.

[42]Meng M, Shi J B, Yun Z J, Zhao Z S, Li H J, Gu Y X, Shao J J, Chen B W, Li X D, Jiang G B. Distribution of mercury in coastal marine sediments of China: sources and transport. Marine Pollution Bulletin, 2014, 88(1-2): 347-353.

[43]Brady J P, Ayoko G A, Martens W N, Goonetilleke A. Temporal trends and bioavailability assessment of heavy metals in the sediments of Deception Bay, Queensland, Australia. Marine Pollution Bulletin, 2014, 89(1-2): 464-472.

[44]Nieto J M, Sarmiento A M, Olías M, Canovas C R, Riba I, Kalman J, Delvalls T A. Acid mine drainage pollution in the Tinto and Odiel rivers (Iberian Pyrite Belt, SW Spain) and bioavailability of the transported metals to the Huelva Estuary. Environment International, 2007, 33(4): 445-455.

[45]Ip C C M, Li X D, Zhang G, Wai O W H, Li Y S. Trace metal distribution in sediments of the Pearl River Estuary and the surrounding coastal area, South China. Environmental Pollution, 2007, 147(2): 311-323.

[46]Miao L, Yan W, Zhong L F, Xu W H. Effect of heavy metals (Cu, Pb, and As) on the ultrastructure ofSargassumpallidumin Daya Bay, China. Environmental Monitoring and Assessment, 2014, 186(1): 87-95.

[47]Sobrino-Figueroa A S, Cáceres-Martnez C, Botello A V, Nunez-Nogueira G. Effect of cadmium, chromium, lead and metal mixtures on survival and growth of juveniles of the scallopArgopectenventricosus(Sowerby II, 1842). Journal of Environmental Science and Health, Part A: Toxic/Hazardous Substances and Environmental Engineering, 2007, 42(10): 1443-1447.

[48]Alexeev D K, Galtsova V V. Effect of radioactive pollution on the biodiversity of marine benthic ecosystems of the Russian Arctic shelf. Polar Science, 2012, 6(2): 183-195.

[49]Doney S C. The growing human footprint on coastal and open-ocean biogeochemistry. Science, 2010, 328(5985): 1512-1516.

[50]Howard P H, Muir D C G. Identifying new persistent and bioaccumulative organics among chemicals in commerce. Environmental Science & Technology, 2010, 44(7): 2277-2285.

[51]Hutchinson T H, Lyons B P, Thain J E, Law R J. Evaluating legacy contaminants and emerging chemicals in marine environments using adverse outcome pathways and biological effects-directed analysis. Marine Pollution Bulletin, 2013, 74(2): 517-525.

[52]Chen D, Hale R C. A global review of polybrominated diphenyl ether flame retardant contamination in birds. Environment International, 2010, 36(7): 800-811.

[53]Houde M, De Silva A O, Muir D C G, Letcher R J. Monitoring of perfluorinated compounds in aquatic biota: an updated review: PFCs in aquatic biota. Environmental Science & Technology, 2011, 45(19): 7962-7973.

[54]M?ller A, Xie Z Y, Sturm R, Ebinghaus R. Large-scale distribution of dechlorane plus in air and seawater from the Arctic to Antarctica. Environmental Science & Technology, 2010, 44(23): 8977-8982.

[55]Ahrens L. Polyfluoroalkyl compounds in the aquatic environment: a review of their occurrence and fate. Journal of Environmental Monitoring, 2011, 13(1): 20-31.

[56]Ahrens L, Barber J L, Xie Z Y, Ebinghaus R. Longitudinal and latitudinal distribution of perfluoroalkyl compounds in the surface water of the Atlantic Ocean. Environmental Science & Technology, 2009, 43(9): 3122-3127.

[57]Letcher R J, Bustnes J O, Dietz R, Jenssen B M, J?rgensen E H, Sonne C, Verreault J, Vijayan M M, Gabrielsen G W. Exposure and effects assessment of persistent organohalogen contaminants in arctic wildlife and fish. Science of the Total Environment, 2010, 408(15): 2995-3043.

[58]Jennerjahn T C. Biogeochemical response of tropical coastal systems to present and past environmental change. Earth-Science Reviews, 2012, 114(1-2): 19-41.

[59]Sherman K. Adaptive management institutions at the regional level: the case of Large Marine Ecosystems. Ocean & Coastal Management, 2014, 90: 38-49.

[60]Kitsiou D, Karydis M. Coastal marine eutrophication assessment: a review on data analysis. Environment International, 2011, 37(4): 778-801.

[61]Diaz R J, Rosenberg R. Spreading dead zones and consequences for marine ecosystems. Science, 2008, 321(5891): 926-929.

[62]Meryl Williams M, Harper N, Chaitovitz C, Dansie A, Diaz R, Harper N, Heidemeier J, Jiang Y, Kemp M, Naqvi S W A, Neretin L, Ross A, Susan C, Schuster-Wallace C, Zavadksy I. Hypoxia and Nutrient Reduction in the Coastal Zone: Advice for Prevention, Remediation and Research. Washington DC, USA: Global Environment Facility, 2011.

[63]Vaquer-Sunyer R, Duarte C M. Thresholds of hypoxia for marine biodiversity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2008, 105(40): 15452-15457.

[64]Dove S G, Kline D I, Pantos O, Angly F E, Tyson G W, Hoegh-Guldberg O. Future reef decalcification under a business-as-usual CO2emission scenario. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2013, 110(38): 15342-15347.

[65]Seitzinger S P, Kroeze C, Bouwman A F, Caraco N, Dentener F, Styles R V. Global patterns of dissolved inorganic and particulate nitrogen inputs to coastal systems: recent conditions and future projections. Estuaries, 2002, 25(4): 640-655.

[66]Carstensen J, Andersen J H, Gustafsson B G, Conley D J. Deoxygenation of the Baltic Sea during the last century. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2014, 111(15): 5628-5633.

[67]Carstensen J, Sánchez-Camacho M, Duarte C M, Krause-Jensen D, Marbà N. Connecting the dots: responses of coastal ecosystems to changing nutrient concentrations. Environmental Science & Technology, 2011, 45(21): 9122-9132.

[68]Barbier E B, Hacker S D, Kennedy C, Koch E W, Stier A C, Silliman B R. The value of estuarine and coastal ecosystem services. Ecological Monographs, 2011, 81(2): 169-193.

[69]Deegan L A, Johnson D S, Warren R S, Peterson B J, Fleeger J W, Fagherazzi S, Wollheim W M. Coastal eutrophication as a driver of salt marsh loss. Nature, 2012, 490(7420): 388-392.

[70]Lovelock C E, Ball M C, Martin K C, Feller I C. Nutrient enrichment increases mortality of mangroves. PLoS One, 2009, 4(5): e5600.

[71]Szmant A M. Nutrient enrichment on coral reefs: is it a major cause of coral reef decline?. Estuaries, 2002, 25(4): 743-766.

[72]Waycott M, Duarte C M, Carruthers T J B, Orth R J, Dennison W C, Olyarnik S, Calladine A, Fourqurean J W, Heck Jr K L, Hughes A R, Kendrick G A, Kenworthy W J, Short F T, Williams S L. Accelerating loss of seagrasses across the globe threatens coastal ecosystems. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2009, 106(30): 12377-12381.

[73]Barnes D K A, Galgani F, Thompson R C, Barlaz M. Accumulation and fragmentation of plastic debris in global environments. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 2009, 364(1526): 1985-1998.

[74]Galgani F, Leaute J P, Moguedet P, Souplet A, Verin Y, Carpentier A, Goraguer H, Latrouite D, Andral B, Cadiou Y, Mahe J C, Poulard J C, Nerisson P. Litter on the sea floor along European coasts. Marine Pollution Bulletin, 2000, 40(6): 516-527.

[75]Pham C K, Ramirez-Llodra E, Alt C H S, Amaro T, Bergmann M, Canals M, Company J B, Davies J, Duineveld G, Galgani F, Howell K L, Huvenne V A I, Isidro E, Jounes D O B, Lastras G, Morato T, Gomes-Pereira J N, Purser A, Stewart H, Tojeira I, Tubau X, Van Rooij D, Tyler P A. Marine litter distribution and density in European seas, from the shelves to deep basins. PLoS One, 2014, 9(4): e95839.

[76]Law K L, Thompson R C. Microplastics in the seas. Science, 2014, 345(6193): 144-145.

[77]Obbard R W, Sadri S, Wong Y Q, Khitun A A, Baker I, Thompson R C. Global warming releases microplastic legacy frozen in Arctic Sea ice. Earth′s Future, 2014, 2(6): 315-320.

[78]Woodall L C, Sanchez-Vidal A, Canals M, Paterson G L J, Coppock R, Sleight V, Calafat A, Rogers A D, Narayanaswamy B E, Thompson R C. The deep sea is a major sink for microplastic debris. Royal Society Open Science, 2014, 1(4): 140317-140317.

[79]Gall S C, Thompson R C. The impact of debris on marine life. Marine Pollution Bulletin, 2015, 92(1-2): 170-179.

[80]Rochman C M, Hoh E, Kurobe T, Teh S J. Ingested plastic transfers hazardous chemicals to fish and induces hepatic stress. Scientific Reports, 2013, 3: 3263-3263.

[81]Wright S L, Rowe D, Thompson R C, Galloway T S. Microplastic ingestion decreases energy reserves in marine worms. Current Biology, 2013, 23(23): R1031-R1033.

[82]Green D S, Boots B, Blockley D J, Rocha C, Thompson R. Impacts of discarded plastic bags on marine assemblages and ecosystem functioning. Environmental Science & Technology, 2015, 49(9): 5380-5389.

[83]Koelmans A A, Gouin T, Thompson R, Wallace N, Arthur C. Plastics in the marine environment. Environmental Toxicology and Chemistry, 2014, 33(1): 5-10.

[84]Thompson R C, Swan S H, Moore C J, vom Saal F S. Our plastic age. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 2009, 364(1526): 1973-1976.

[85]Munday P L, Dixson D L, McCormick M I, Meekan M, Ferrari M C O, Chivers D P. Replenishment of fish populations is threatened by ocean acidification. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2010, 107(29): 12930-12934.

[86]Cai M F, Li K M. Economic losses from marine pollution adjacent to Pearl River Estuary, China. Procedia Engineering, 2011, 18: 43-52.

[87]Anthony K R N, Kline D I, Diaz-Pulido G, Dove S, Hoegh-Guldberg O. Ocean acidification causes bleaching and productivity loss in coral reef builders. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2008, 105(45): 17442-17446.

[88]Polidoro B, Carpenter K. Dynamics of coral reef recovery. Science, 2013, 340(6128): 34-35.

[89]Hoegh-Guldberg O. Complexities of coral reef recovery. Science, 2006, 311(5757): 42-43.

[90]Doropoulos C, Ward S, Diaz-Pulido G, Hoegh-Guldberg O, Mumby P J. Ocean acidification reduces coral recruitment by disrupting intimate larval-algal settlement interactions. Ecology Letters, 2012, 15(4): 338-346.

[91]Pandolfi J M, Connolly S R, Marshall D J, Cohen A L. Projecting coral reef futures under global warming and ocean acidification. Science, 2011, 333(6041): 418-422.

[92]O′Higgins T G, Gilbert A J. Embedding ecosystem services into the marine strategy framework directive: illustrated by eutrophication in the North Sea. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2014, 140: 146-152.

[93]Kroeze C, Hofstra N, Ivens W, L?hr A, Strokal M, van Wijnen J. The links between global carbon, water and nutrient cycles in an urbanizing world—the case of coastal eutrophication. Current Opinion in Environmental Sustainability, 2013, 5(6): 566-572.

[94]He Q, Bertness M D, Bruno J F, Li B, Chen G Q, Coverdale T C, Altieri A H, Bai J H, Sun T, Pennings S C, Liu J G, Ehrlich P R, Cui B S. Economic development and coastal ecosystem change in China. Scientific Reports, 2014, 4: 5995-5995.

[95]Lu Y L, Nakicenovic N, Visbeck M, Stevance A S. Policy: five priorities for the UN sustainable development goals. Nature, 2015, 520(7548): 432-433.

[96]Huang H W, You M H. Public perception of ocean governance and marine resources management in Taiwan. Coastal Management, 2013, 41(5): 420-438.

Impacts of land-based human activities on coastal and offshore marine ecosystems

Lü Yonglong1,*, YUAN Jingjing1, 2, LI Qifeng1, 2, ZHANG Yueqing1, 2, Lü Xiaotian1, 2, SU Chao1, 2

1StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China

Abstract：With rapid urbanization and economic development along the coast, the impacts of land-based human activities on coastal and offshore marine ecosystems have been significantly increased. This paper presented the impacts through literature synthesis and discussions with international experts, which are mainly caused by the exploitation of marine resources, coastal urbanization, and environmental change. Over exploitation of marine biotic resources, coastal eutrophication, ocean acidification, coral reef degradation, marine litter, and increasing pollution of heavy metals and persistent organic pollutants due to intensive coastal industrialization have become the major challenges and problems for coastal and offshore ecosystems. With changes in marine biological community structure, deteriorating water quality, and declining marine biodiversity, those chanllenges and problems will change the functioning of marine ecosystem services and thus threaten the health of the marine ecosystem. Since the major issues of coastal and offshore ecosystems stem from land-based activities, land and ocean should be considered as a single system when addressing them. Therefore, scientific plans on land-ocean interactions should be integrated to conserve and to ensure the sustainable use of marine resources and the sustainable management of coastal ecosystems.

Key Words:land-ocean interaction; coastal ecosystem; heavy metal pollution; POPs; marine eutrophication

基金項目:國家自然科學基金重點國際合作項目(41420104004)；科技基礎性工作專項(2013FY111100)；中國科學院重點部署項目(KZZD-EW-TZ-12)

收稿日期:2015- 11- 18;

修訂日期:2016- 02- 26

DOI:10.5846/stxb201511182334

*通訊作者Corresponding author.E-mail:yllu@rcees.ac.cn

呂永龍，苑晶晶，李奇鋒，張悅清，呂笑天，蘇超.陸源人類活動對近海生態系統的影響.生態學報,2016,36(5):1183- 1191.

Lü Y L, Yuan J J, Li Q F, Zhang Y Q, Lü X T, Su C.Impacts of land-based human activities on coastal and offshore marine ecosystems.Acta Ecologica Sinica,2016,36(5):1183- 1191.