全球變暖對海洋生態系統的影響分析

摘要：全球變暖會導致海水變暖和海水酸化，進而威脅海洋生態系統的穩定性及生物多樣性。本文以海水變暖和海水酸化為視角，分析全球變暖對海洋生態系統的影響。研究表明，海水變暖會影響海洋動物體內的生物酶，進而影響海洋動物的新陳代謝；海水變暖會導致海平面高度增加，對沿海的河口、灘涂、紅樹林等生態系統造成破壞；海水變暖會導致南極和北極冰山融化，破壞極地海洋生態系統。海水酸化會影響鈣化動物的鈣化進程，影響新陳代謝和繁殖等功能，對海洋中鈣化生物的生存造成嚴重威脅；海水酸化還會影響海洋浮游植物的光合作用，從而降低海洋的初級生產力。

關鍵詞：氣候變化；海水變暖；海水酸化；海洋生態系統

中圖分類號：X145；P74 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）03-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.03.044

Abstract： Global warming can lead to warming and acidification of seawater， thereby threatening the stability and biodiversity of marine ecosystems. From the perspective of seawater warming and acidification， this paper analyzes the impact of global warming on marine ecosystems. Research has shown that seawater warming can affect the biological enzymes in marine animals， thereby affecting their metabolism; seawater warming will lead to the increase of sea level height， and damage the coastal estuaries， mudflat， mangroves and other ecosystems; seawater warming can lead to the melting of icebergs in Antarctica and Arctic， damaging polar marine ecosystems. Seawater acidification can affect the calcification process of calcified animals， affecting their metabolism and reproductive functions， posing a serious threat to the survival of calcified organisms in the ocean; seawater acidification can also affect the photosynthesis of marine phytoplankton， thereby reducing the primary productivity of the ocean.

Keywords： climate change; seawater warming; seawater acidification; marine ecosystem

我國海域遼闊，擁有300萬km2的海洋國土；岸線漫長，大陸海岸線長達1.8萬km，島嶼海岸線長達1.4萬km；生態系統多樣，包括珊瑚礁、紅樹林、灘涂、海草床、海灣、河口等[1]，大部分海洋生態系統類型在我國都存在，蘊藏豐富的自然資源。我國沿海地區以占全國13%的陸地面積承載全國40%以上的人口，創造60%以上的國民生產總值，這其中，中國近海海域優渥的海洋生態系統功不可沒，它為我國經濟飛速發展提供不可或缺的基礎條件。

近百年來，全球氣候變化的焦點一直都是全球變暖問題，人類活動排放過多的CO2一直被認為是全球變暖的主要原因。世界氣象組織發布的數據顯示，大氣CO2的質量濃度從工業革命前的280 mg/m3上升到2022年的420 mg/m3，大氣CO2的年平均增量超過2 mg/m3[2]。大氣中CO2濃度的升高會導致溫室效應增強，引發全球變暖。全球變暖對海洋的影響主要有兩方面，一是全球平均氣溫的升高導致海水表面溫度的升高，即海水變暖現象，二是CO2濃度的升高引起海水pH降低，即海水酸化現象。海水變暖和海水酸化對海洋生態系統的影響是多方面的。生態系統的改變是非線性的[3]，可能會出現一系列無法預測的后果，而這些代價將是人類難以承受的。基于此，本文主要探討全球變暖所導致的海水變暖和海水酸化現象，分析其對海洋生態系統的影響，特別是一些敏感的海洋生態系統和海洋生物對全球變暖的響應。

1 海水變暖對海洋生態系統的影響

海洋表層和大氣下墊面直接接觸，因此存在熱傳導形式的熱交換，熱量會從高溫物體傳向低溫物體。工業革命以來，全球平均氣溫不斷增加，從大氣進入海洋的熱量也會增加，從而導致海水表層溫度增加，即海水變暖現象。1979年以來，地球表面溫度平均每10年上升0.27 ℃，同時表層海水溫度平均每10年上升0.13 ℃[4]。

海水變暖會直接影響生活于其中的海洋生物。溫度是影響生物功能的重要因子之一，任何生物都有自己最適宜生活的溫度，溫度改變會影響動物體內酶的活性，從而影響生物的新陳代謝，或降低生物的運動機能，導致其被捕食概率增加，影響生物幼體的存活。溫度還能夠影響海洋生物的物種分布，由于生物都有一定的溫度耐受限度，如果海水溫度升高，部分海洋生物將不得不遷移到溫度更低的海域，如高緯度海區，而生命周期較短的生物和定棲性生物將大量死亡，最終從局部海域消失。海水變暖會導致珊瑚礁出現白化現象。珊瑚蟲體內生活著蟲黃藻，蟲黃藻通過光合作用為珊瑚蟲提供營養物質和氧氣，兩者屬于互利互惠的共生關系，珊瑚礁的顏色主要是其蟲黃藻的顏色。海水溫度升高會導致蟲黃藻死亡和（或）蟲黃藻失去體內色素，最終會造成珊瑚白化。珊瑚白化僅僅是起點，失去蟲黃藻的珊瑚蟲也隨即失去營養物質和氧氣來源，數量會大量減少，隨后其他捕食珊瑚蟲的生物也會離開，最終導致整個珊瑚生態系統完全破壞。

海水變暖可以改變海水的運動規律，影響海洋生態系統。全球海洋500 m以深存在由海水密度差異驅動的熱鹽環流，其也被稱為全球海洋輸送帶。它以下沉水為驅動力，驅動著海水運動，然后在其他海域又升上來，形成一個復雜的閉合循環。上升流會將下層水體中豐富的營養鹽帶入表層海水，從而提供許多海洋游泳動物和浮游生物的生存條件，所以大漁場都分布在上升流附近。海洋表層的海水是否下沉及其下沉的速度與其密度相關，表層水密度越大，下沉速度越快，而海水溫度上升后密度減小，因此表層海水下沉速度會減緩甚至停止下沉，全球大洋輸送帶可能會被阻斷，其他地方的上升流也會受到影響，導致海底營養物質向上的運輸通道不再暢通，浮游植物會因為缺乏營養物質而大量減少。浮游植物是整個海洋食物鏈和食物網的起點，因此會導致整個生態系統中生物數量的銳減。

海水變暖還會導致海平面高度增加，影響海洋生態系統。海水表層溫度升高會導致北極和南極的海冰融化，使得海平面高度增加，對沿海生態系統造成影響，包括沿海水土流失加劇、沿海洪災面積擴大、暴風雨造成的洪災水位增高、海水向陸地方向侵入入海口和含水土層等，沿海的河口、灘涂、紅樹林等生態系統都會受到破壞。另外，隨著冰面退化，南極磷蝦和其他小型生物的種群數量也會衰退，整個極地海洋食物網將遭受不利影響，甚至會破壞極地海洋生態系統。

2 海水酸化對海洋生態系統的影響

CO2是一種酸性氣體，可溶于海水中并釋放出氫離子，從而使海水pH降低。工業革命以來，人類活動導致CO2排放量迅速增加，海洋又吸收人類活動釋放的CO2[5]，由此產生新的全球性海洋環境問題——海水酸化。工業革命以來，海水中氫離子濃度增加30%，海水pH下降0.1。海水pH的降低會影響海洋本身的化學平衡，使多種海洋生物乃至生態系統面臨巨大威脅。

海水酸化最直接的危害是嚴重威脅海洋中鈣化生物的生存。貝類、甲殼類等鈣化生物的外殼主要由CaCO3組成。海水中CaCO3的飽和度主要由碳酸根濃度決定，海水酸性增強后，氫離子濃度增加，會使CaCO3不斷溶解，使得鈣化生物的鈣化機能受到影響。酸化的海水會降低珊瑚有效鈣化的能力，而鈣化過程的改變又會改變機體能量代謝方式，干擾感知和運動行為，使得珊瑚生長發育甚至繁殖等生理功能受到影響[6]；酸化的海水還會不斷腐蝕貝類動物的貝殼，或者抑制貝類動物形成貝殼，導致貝類動物生長緩慢甚至死亡[7]。此外，海水酸化還會改變海洋中Ca2+的濃度，會導致貝類免疫能力下降，死亡率增加。

海水酸化另一個重大危害是影響海洋浮游植物的光合作用，進而改變海洋生態系統的初級生產力。海水酸化會改變海水中無機碳（溶解態CO2、HCO3-和CO32-）的分布組成，從而影響浮游植物的光合固碳作用。在不同強度的陽光輻射下，海水酸化對光合生物的影響也有不同[8]。當陽光輻射強度高時，浮游植物光合作用或生長會隨海水酸性的增加而降低；當陽光輻射強度低時，浮游植物的光合作用反而會隨海水酸性的增加而增強。海水中陽光的輻射強度受緯度、時間、海水深度、水中能見度等因素影響，在全球海洋中，海水酸化對浮游植物光合作用的影響要視具體情況而定。海洋中浮游植物光合作用所制造的有機物約占整個海洋初級生產力的95%，是海洋食物鏈和食物網中至關重要的一環，是整個海洋生態系統的基礎，可以說小小的浮游植物撐起龐大的海洋生態系統，一旦浮游植物的光合作用受到影響而發生改變，海洋生態系統的動態平衡就會被打破，而海水酸化這種全球性生態問題對海洋生態系統的影響往往會超過生態系統的自我調節能力，最終會引起生態失衡、生態系統破壞、生態危機暴發甚至某些生態系統完全消失。

3 結論

全球變暖對海洋生態系統的影響主要體現在兩個方面，一是海水變暖，二是海水酸化。海水變暖會影響海洋動物的新陳代謝；導致珊瑚礁出現白化現象甚至死亡；海水變暖還會影響海水的運動規律，導致海洋生態系統的破壞；海水變暖還會導致海平面高度增加，對沿海的河口、灘涂、紅樹林等生態系統造成破壞；海水變暖還會破壞極地海洋生態系統。海水酸化會不斷腐蝕貝類動物的貝殼，或者抑制貝類動物形成貝殼，還會導致貝類動物的鈣離子含量升高，影響貝類新陳代謝和繁殖，導致貝類動物生長緩慢甚至死亡；海水酸化還會影響海洋浮游植物的光合作用，從而影響海洋的初級生產力。海水變暖和海水酸化對海洋生態系統的影響非常廣，解決這些問題的關鍵還在于全球變暖問題能否緩解。對此，中國政府提出碳達峰和碳中和的方案，體現出一個負責任大國的擔當和作為。全球碳減排任重而道遠，能否解決還在展望之中，全球變暖對海洋生態系統的其他影響也需要進一步研究。

參考文獻

1 厲丞烜，張朝暉，陳力群，等.我國海洋生態環境狀況綜合分析[J].海洋開發與管理，2014（3）：87-95.

2 WMO.The Greenhouse Gas Bulletin[R].Geneva：WMO，2022.

3 韋興平，石 峰，樊景鳳，等.氣候變化對海洋生物及生態系統的影響[J].海洋科學進展，2011（2）：241-252.

4 范躍新，徐玲琳，劉秀銘，等.從陸地和海洋生態系統角度辨析大氣CO2濃度與全球變暖關系[J].亞熱帶資源與環境學報，2012（1）：55-60.

5 趙進平.海洋科學概論[M].青島：中國海洋大學出版社，2016：31-32.

6 王有基，李麗莎，李瓊珍，等.海洋酸化和全球變暖對貝類生理生態的影響研究進展[J].生態學報，2014（13）：3499-3508.

7 張 靜，張振克，張云峰.海洋酸化及其對海洋生態系統的影響[J].海洋地質前沿，2012（2）：1-9.

8 唐啟升，陳鎮東，余克服，等.海洋酸化及其與海洋生物及生態系統的關系[J].科學通報，2013（14）：1307-1314.

收稿日期：2024-01-23

作者簡介：周永遠（1995—），男，河南鄧州人，碩士，助教。研究方向：大洋環流。