作者:陆琦 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2018/7/2 14:57:11
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当前我国近海发生缺氧频率在提高、面积在扩大、程度在加重
海洋面临“窒息”风险 中国科学家建立科学评估模型

 

如果把长江入海的营养盐输入通量降低30%,可以减少东海夏季缺氧面积15%左右。这是日前我国学者发表在国际著名海洋学期刊Progress in Oceanography上的一项研究成果。

该研究由国家海洋局第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室领衔完成,他们建立了一个计算模型,可以科学评估长江输入营养盐通量对缺氧面积的影响。

客观来讲,自然界的水体中发生缺氧是正常现象。“现在比较棘手的问题是,当前海洋发生缺氧的频率在提高、面积在扩大、程度在加重,这种趋势的出现需要引起我们的警惕。”卫星海洋环境动力学国家重点实验副主任周锋接受《中国科学报》采访时说。

近海富营养化导致海洋缺氧

海洋的缺氧过程与沼泽、池塘等水域缺氧过程的基本原理是一样的。海水富营养化会导致大量浮游植物生长,浮游植物死亡之后会消耗大量的氧气。

“海洋的上层因为光合作用和海气交换的原因,一般溶解氧浓度较高,但是在海洋跃层以下的黑暗区,既缺乏光合作用,又由于跃层阻碍上下水体的交换,降低了交换速率,因此底层溶解氧的消耗会逐渐累积起来,直到缺氧甚至无氧。”周锋解释说。

正常情况下,海洋发生缺氧的时间不长,面积也不会太大。然而,海水营养过剩会导致藻华发生的频率增加,产生的有机质也大大增加。不仅一些海区正在形成缺氧现象,部分已出现缺氧的海域正进一步恶化为持久性缺氧甚至无氧。

长期趋势来看,有害藻华发生的次数在增加、影响区域在扩大。大规模藻华的暴发会导致底层水体缺氧,使得对氧气有较高要求的海洋生物(通常是经济价值较高的鱼、虾类)或者因为缺氧窒息死亡,或者使得这些生物及其食物链逃离,从而改变了原海域的生物多样性,导致更大的经济损失。

周锋告诉记者,大多数近海国家都被有害藻华影响。我国局部海区的严重程度可能更加突出一些,如长江口、渤海和珠江口,主要是这些沿海地区的人口密度、生活和生产力度、用海的强度都远远超过其他海域。我国近海的有害藻华类型也很多样,包括赤潮、绿潮、褐潮等。

陆地营养盐输入是主要祸首

富营养化和有害藻华之间存在一定关联,这在学界已经有些共识。譬如,营养盐输入通量的影响可能超过营养盐浓度本身的影响;营养盐结构的影响也是重要的,可能是引起近海藻华从硅藻逐渐向甲藻转化的原因。

中科院院士苏纪兰早在上世纪90年代初就与我国海洋、渔业学家共同推动全球海洋生态系统动力学在我国的发展。我国学者研究发现,近海主要营养盐(如含氮、磷、硅的营养盐)的浓度较半个世纪以前有很大幅度的上升,本世纪初长江口的硝酸盐浓度是上世纪60年代的4倍以上,若干年份甚至可以达到6倍。

根据国家海洋环境监测中心统计结果,输入渤海的总无机氮和磷酸盐在上世纪90年代达到最高峰,如今虽有一定缓慢下降趋势,但仍比上世纪80年代初要高。

营养盐入海通量增加是中国近海富营养化的特征之一。另一个特征跟营养盐的结构有关,就是不同类型营养盐的相对比例发生了较大变化。在长江口,含氮的营养盐比例在增加,磷的比重在降低。

华东师范大学河口海岸学国家重点实验室教授李道季告诉《中国科学报》记者,由于全球气候变化和人类活动双重影响的加剧,使得近岸海洋和河口生态系统的结构和功能已经发生了历史性变化。黄海和长江口暴发大规模浒苔绿潮就是一个强烈的信号。

专家坦言,富营养化通过何种途径和机理刺激有害藻华的过程是复杂而微妙的。

陆海统筹是解决问题的根本途径

中国近海的复杂性在于不同海域的富营养化和缺氧特征既有相似性也有差异。“譬如长江口和渤海、珠江口的问题就有区别和联系。”周锋说。

为此,卫星海洋环境动力学国家重点实验室主任柴扉领衔国家海洋局第二海洋研究所、中科院南海海洋研究所、天津大学和国家海洋环境预报中心等10余家单位,拟从渤海、黄海、东海、南海至太平洋,建立一套基于统一框架下的精细化生态环境数值预测模型。

“过去的海洋研究偏重机理上的理解,停留在科学层面看到什么。现在更要和国家需求结合,注重加强预测技术研发,在此基础上服务社会,要能告诉大家发生了什么,未来还会怎么变。“周锋表示,这就如同气象站与气象服务一样,要加强监测与预测一体化能力建设。

他同时指出,海洋的问题不能单单从海洋解决,而是要从源头查起,必须把陆地流域和海洋统筹起来考虑。最新研究表明,降低长江流域营养盐通量的总量,对缓解东海缺氧是有效的。这是支持陆海统筹国家政策的科学注解之一。

近海富营养化和缺氧都是比较大的科学问题,周锋坦言,这其中有很多挑战都没有解决,需要物理、生物、化学、遥感、沉积动力学,甚至经济学和社会学的学者一起探讨。

 
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