(4)-海洋污染、生境破壞與全球氣候變化

海洋污染、生境破壞與全球氣候變化

第一節(jié)海洋污染

一、海洋污染和環(huán)境自凈作用

海洋污染的定義由于人類活動，直接或間接地把物質(zhì)或能量引入海洋環(huán)境，造成或可能造成損害海洋生物資源、危害人類健康、妨礙海洋活動（包括漁業(yè)）、損壞海水和海洋環(huán)境質(zhì)量等有害影響，稱為海洋污染。

海洋污染的特點污染源廣持續(xù)性強、危害大擴散范圍廣防治困難海洋污染主要類型及來源污染類型主要污染物污染物的主要來源化學(xué)污染石油烴（原油和從原油分餾出汽油、柴油、潤滑油等產(chǎn)品）船舶和油輪的航行；事故性溢油；海上油氣生產(chǎn)；通過徑流和大氣進入的陸源石油烴塑料（聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等難以生物降解的塑料產(chǎn)品、碎片和微粒）淺海水產(chǎn)養(yǎng)殖漂浮設(shè)施；漁網(wǎng)；水產(chǎn)品容器；沿海和海上生活垃圾有機質(zhì)和營養(yǎng)鹽類（糖類、脂類、蛋白類、維生素等有機質(zhì)和氮、磷等營養(yǎng)鹽）城鎮(zhèn)污水和工業(yè)廢水；農(nóng)業(yè)面源污染；大氣沉降；海水養(yǎng)殖自身污染持久性有機污染物（殺蟲劑、除草劑、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、二噁英等）農(nóng)業(yè)面源污染；工業(yè)廢水；海水養(yǎng)殖活動；通過大氣沉降帶入的垃圾和燃料燃燒中間產(chǎn)物重金屬（包括汞、鎘、鉻、銅、鉛、鋅等金屬元素和砷和硒等類金屬元素）工業(yè)污水、礦山污泥和廢水；石油燃燒生成的廢氣；船舶的防污損涂料；含金屬的農(nóng)藥和漁藥放射性同位素（包括239Pu、90Sr和137Cs等放射性物質(zhì)）大氣沉降；核武器爆炸、核工業(yè)和核動力船艦的排污海洋污染主要類型及來源（續(xù)）污染類型主要污染物污染物的主要來源生物污染病原（包括本地和外來的病毒、細菌、真菌和寄生蟲等）由海水養(yǎng)殖引種和餌料攜帶進入；養(yǎng)殖逃逸動物攜帶擴散；船舶攜帶非病原外來種（海水養(yǎng)殖外來種、赤潮生物外來種等）海水養(yǎng)殖引種；遠洋船舶及其壓艙水?dāng)y帶基因（為提高養(yǎng)殖生物生長率、抗病力、品質(zhì)和環(huán)境適應(yīng)能力而人為轉(zhuǎn)入的外源基因）轉(zhuǎn)基因養(yǎng)殖動物逃逸；轉(zhuǎn)基因海藻孢子擴散生物毒素（如多種貝毒和魚毒）有毒赤潮能量污染熱能核電廠、火電廠和各種工業(yè)冷卻水噪聲船舶航行；海上和海岸爆破海洋污染物的遷移與轉(zhuǎn)化（以Hg為例）物理過程化學(xué)過程生物過程

海洋的自凈能力和環(huán)境容量

海洋自凈能力海洋通過它本身的物理、化學(xué)和生物的作用，使污染物質(zhì)的濃度自然地逐漸降低乃至消失的能力稱為海洋自凈能力。當(dāng)進入海洋環(huán)境的污染物負荷高于海洋自凈能力時，便發(fā)生海洋污染現(xiàn)象。物理凈化稀釋、擴散、沉降、吸附、氣化化學(xué)凈化氧化還原、化合分解、交換和絡(luò)合生物凈化

降解、吸收、轉(zhuǎn)移、儲存、代謝海洋環(huán)境容量

環(huán)境容量：在人類生存和自然生態(tài)不致受害的前提下，某一環(huán)境所能容納的污染物的最大負荷量，包括絕對容量和年容量。絕對容量：絕對容量（WQ）由規(guī)定的環(huán)境標準值（WS，如各種水質(zhì)標準）和環(huán)境背景值（B）所決定?？捎上率接嬎悖篧Q

＝WS－B（以濃度單位表示）或WQ＝M（WS－B）（以重量單位表示，M為某環(huán)境介質(zhì)的重量）年容量：年容量（WA）是某一環(huán)境在污染物的積累濃度不超過環(huán)境標準規(guī)定的最大容許值的情況下，每年所能容納的某污染物的最大負荷量。年容量與絕對容量的關(guān)系為：WA

＝K·WQ

。

二、近岸海洋的富營養(yǎng)化及其生態(tài)效應(yīng)

（一）富營養(yǎng)化富營養(yǎng)化是指氮、磷等植物所需的營養(yǎng)物質(zhì)大量進入湖泊、水庫、河口、海灣等水體，引起藻類大量繁殖、水體透明度和溶解氧含量下降、水質(zhì)惡化的污染現(xiàn)象。近岸海域氮、磷等營養(yǎng)鹽的主要來源：化肥廠和農(nóng)業(yè)施肥等面源污染由徑流攜帶入海的營養(yǎng)鹽類（可能是最大的來源）城鎮(zhèn)生活污水海水養(yǎng)殖“自身污染”海底沉積物中有機質(zhì)的分解釋放大氣沉降輸入（如沙塵暴、工業(yè)塵埃等）（二）海域富營養(yǎng)化的主要生態(tài)效應(yīng)

1．赤潮和大型海藻藻華赤潮：指海洋中某些微小的浮游生物在一定條件下暴發(fā)性增殖或聚集而引起海水變色的一種有害的生態(tài)異?，F(xiàn)象。一次赤潮過程通常為期不長（幾天到數(shù)周）；多數(shù)赤潮是由一種或兩種浮游生物爆發(fā)性增殖所形成；海洋中的赤潮生物種類繁多，包括硅藻、甲藻、綠藻、定鞭藻、隱藻、藍藻和原生動物，已報道的就有200余種；赤潮是各種有色潮的統(tǒng)稱。死魚死魚我國赤潮發(fā)生趨勢赤潮產(chǎn)生危害的主要方式

高密度的赤潮生物覆蓋或粘附在海洋動物的呼吸器官上，造成海洋動物呼吸困難和窒息死亡；大量赤潮生物的呼吸代謝（尤其在夜間，無光合作用產(chǎn)生氧氣）和死亡細胞分解過程中消耗海水中大量溶解氧，使水體嚴重缺氧；赤潮衰敗過程中還會釋放出大量有害氣體（如H2S）和毒素，嚴重污染海洋環(huán)境，甚至導(dǎo)致海洋動物死亡；有的赤潮種類，如殺魚費氏藻，不但會釋放毒素毒害魚類，而且會直接接觸魚體噬食魚肉；有些赤潮生物體內(nèi)含有魚毒或貝毒，雖然對攝食它們的魚類或貝類無害，但會在攝食者體內(nèi)累積，使取食這些魚類或貝類的海洋捕食者和人類發(fā)生中毒。大型海藻藻華

在河口和灘涂區(qū)域，由富營養(yǎng)化引發(fā)的底棲大型海藻的爆發(fā)性增殖現(xiàn)象。從20世紀70年代以來，大型海藻發(fā)生藻華的現(xiàn)象已在全球亞熱帶和溫帶的瀉湖、河口和內(nèi)灣灘涂普遍出現(xiàn)，近年來在熱帶珊瑚礁區(qū)也時有發(fā)生。通常發(fā)生藻華的大型海藻主要是大型綠藻，如滸苔和石莼，這些海藻的大量繁殖將形成厚厚的藻墊覆蓋在灘涂和水底，導(dǎo)致被覆蓋的沉積物和藻墊內(nèi)部嚴重缺氧，底棲生物難以生存。2．形成缺氧區(qū)

在海灣和河口區(qū)，富營養(yǎng)化和有機質(zhì)污染互為因果、相互促進，導(dǎo)致海區(qū)赤潮現(xiàn)象頻繁發(fā)生，海底沉積物和底層水體缺氧嚴重，產(chǎn)生H2S等有毒氣體，使許多海洋生物死亡或逃離，即形成所謂的缺氧區(qū)或“死亡區(qū)”。DO<3mg/L造成海洋生物生理緊張DO<2mg/L致使海洋生物呼吸困難以至死亡【案例】黑海曾經(jīng)以豐富的魚類資源而聞名于世，但是近幾十年來，由于多條河流把上游農(nóng)田化肥及城市垃圾大量排入，破壞了黑海水體的自然生態(tài)平衡。如今，黑海80%的水體已經(jīng)變成動植物無法生存的“死亡區(qū)”，中部和南部水域的深層水中含有各種有毒物質(zhì)，正從下向上逐漸擴展。一些科學(xué)家認為，黑海將在20年后變成“死?！薄＝逗Ｓ蛉毖鯀^(qū)的形成機理

有機質(zhì)污染嚴重的海底沉積物中大量有機質(zhì)的有氧分解導(dǎo)致底層水體的溶解氧被耗盡；頻繁的赤潮發(fā)生，使大量的赤潮生物和其他海洋生物的尸體沉積海底，尸體分解增加了溶氧的消耗；富營養(yǎng)化引起浮游植物和細菌迅速繁殖，在水面形成厚而密集的漂浮層，陽光無法照射到海底，導(dǎo)致大型海藻和海草等底棲植物死亡，不但無法繼續(xù)為底層水體補充氧氣，而且死亡植物的分解也加重了水體耗氧；缺氧區(qū)通常出現(xiàn)在水動力弱或成層現(xiàn)象嚴重的海區(qū)，如河口區(qū)向海一側(cè)通常在上層淡水和下層海水之間形成致密的密度躍層，阻礙了下層水體的溶氧補充。

3．食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單化

4．重要海洋生境喪失美國Waqueoit灣不同氮負荷的三個河口區(qū)浮游植物、大型海藻和海草的初級生產(chǎn)力凈初級生產(chǎn)力的百分組成。三、有機污染物

1、持久性有機污染物（POPs）持久性有機污染物是指一類毒性高、難降解、易積累和生物富集，能經(jīng)大氣、水和生物等媒介實現(xiàn)長距離遷移，對生物乃至生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重負面影響的天然或人工合成的有機物。POPs的種類：根據(jù)《關(guān)于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》首批列入禁止使用或管理控制的有12種（類），包括：艾氏劑、氯丹、滴滴涕、狄氏劑、異狄氏劑、七氯、滅蟻靈、毒殺芬、多氯聯(lián)苯、六氯苯、二噁英、和氯代聯(lián)苯呋喃。前9種是農(nóng)藥。近期可能被列入POPs管理控制的還有多溴代二苯醚、多溴代聯(lián)苯、氯化石蠟、有機汞、有機錫、三氯苯甲醚、聚氯乙烯類、五氯酚、三鹵甲烷、等。POPs的四個重要特征持久性：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易降解。如二噁英系列物質(zhì)的半衰期在氣相中為400d，在水相中為166d到21.9年，在沉積物中約17-273年。生物累積性：強親脂性，易在脂肪中積累（生物累積），易隨食物鏈關(guān)系發(fā)生生物放大。例如，美國長島灣的河口區(qū)，大氣顆粒中DDT的含量為3×10-6mg/kg，水中浮游動物體內(nèi)的DDT含量為0.04mg/kg，小魚體內(nèi)為0.5mg/kg，大魚體內(nèi)則增至2mg/kg。遠程遷移能力：

“全球蒸餾效應(yīng)”、“螞蚱跳效應(yīng)”。例如，在南極企鵝體內(nèi)檢出滴滴涕及代謝物就是POPs遠程遷移的典型事例。高毒性：

“三致”（致癌、致畸、致突變）效應(yīng)和內(nèi)分泌干擾效應(yīng)。例如科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，生活在荷蘭西部Wadden海地區(qū)的海豹生殖能力下降，主要是因為這些海豹獵食了受到了多氯聯(lián)苯污染的魚，進而影響了它們生殖系統(tǒng)的功能。2、石油和塑料污染

石油烴污染曾經(jīng)被認為是最嚴重的海洋污染。由于油輪泄漏、船舶排放、海上石油生產(chǎn)和陸源排放等緣故，世界上每年進入海洋環(huán)境中的石油烴達600萬t左右，對沿岸區(qū)的海鳥和底棲生物的生存造成極大威脅。塑料污染，又稱“白色污染”，是指用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的各類塑料制品使用后被隨意棄置成為固體廢物，造成環(huán)境污染的現(xiàn)象。將導(dǎo)致浮游動物、魚類和海鳥因營養(yǎng)不良而死亡。四、其他污染

重金屬污染

汞、鎘、銅、鉛、鋅和鉻等金屬元素砷、硒等非金屬元素“水俁病”和“骨痛病”放射性污染239Pu、90Sr和137Cs等，易生物積累，輻射危害海洋已被放射能大約為2000萬居里的90Sr和137Cs及其同位素所污染熱污染和噪聲污染

核電廠、熱電廠的冷卻水排放船舶噪聲五、生物入侵

生物入侵的概念

生物入侵或稱外來種入侵，是指由人類活動有意或無意引入歷史上該區(qū)域尚未出現(xiàn)過的物種，從而造成或可能造成入侵地生物群落結(jié)構(gòu)與生態(tài)功能的巨大變化。無意引入海上交通、運輸，船舶的壓艙水是主要渠道。在不同海區(qū)間開通運河造成大量的生物入侵。有意引入海水養(yǎng)殖引種入侵的四個階段侵入定居適應(yīng)擴展生物入侵對當(dāng)?shù)厣锶郝浜蜕锒鄻有杂绊?/p>

對入侵地生物群落有明顯不利影響，有時是毀滅性的災(zāi)難；沒有明顯的影響；對入侵地生態(tài)系統(tǒng)有積極意義。生物入侵（包括無意和有意的引入）對當(dāng)?shù)卦猩锶郝浜蜕鷳B(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性可能造成極大威脅，導(dǎo)致群落結(jié)構(gòu)變化、生境退化、生物多樣性下降、病害頻發(fā)甚至導(dǎo)致原有生態(tài)系統(tǒng)崩潰的嚴重后果，這是因為：入侵物種比當(dāng)?shù)匚锓N有更高的種群增殖力；生物群落的關(guān)鍵種具有控制群落種類組成、物種多樣性等群落結(jié)構(gòu)的功能；外來種可能攜帶各種病原體間接引起入侵地生物暴發(fā)新的病害。外來物種改變當(dāng)?shù)厣锏倪z傳多樣性。入侵種的迅速蔓延，使原有自然生物群落的生境退化或遭到嚴重破壞。生物入侵的生態(tài)學(xué)后果第二節(jié)近岸海洋生境破壞

一、生境的概念與生境破壞的生態(tài)效應(yīng)1、生境的概念生境通常是指某類生物或生物群落的棲息地環(huán)境。生境具有棲息于其中的生物所必需的各種生存條件（食物、活動空間和生物適應(yīng)的其他生態(tài)因素），如濕地生境、潮間帶生境、河口生境、深海熱液口生境等，代表著不同的理化環(huán)境特征。不同的生境棲息著不同的生物組合。生物（結(jié)構(gòu)）性生境：如紅樹林、珊瑚礁、海藻場和海草床。生態(tài)學(xué)上的小生境概念既是群落中某種生物種群棲息空間的再劃分單位，有具有種間競爭和生態(tài)位分化的內(nèi)涵，從而有別于生境的概念。2、生境破壞及其影響

生境破壞：是指人類活動或自然災(zāi)害引起自然生境發(fā)生功能性改變，從而無法滿足生活于該生境的原有物種生存的過程或現(xiàn)象。生境退化：生境破壞會導(dǎo)致生境質(zhì)量和支持生物群落能力的下降的現(xiàn)象。生境喪失：持續(xù)的生境退化和直接的生境破壞會導(dǎo)致生境喪失。生境破碎化：當(dāng)局部的生境喪失逐漸積累，導(dǎo)致原來成片的生境支離破碎，被分割成若干相互隔離、不連續(xù)的小生境時，就出現(xiàn)了生境破碎化的現(xiàn)象。生境破碎化是物種退化和滅絕的重要原因破碎化的生境具有更長的邊界與外界接壤，不僅導(dǎo)致邊緣區(qū)生境的退化，還大大增加生境外脅迫因子對生境內(nèi)部地區(qū)的侵擾。有些動物需要輪流利用不同區(qū)域的食物資源（如魚類的索餌洄游），有些需要多種生境以滿足不同生活史階段的需要（如生殖洄游），但是當(dāng)生境被隔離后，這些動物只能留在原地，不僅會因為過度利用當(dāng)?shù)赜邢薜馁Y源而導(dǎo)致生境進一步退化，還會因為資源匱乏而降低繁殖率或?qū)е滤劳?。各個片斷化的生境之間野生動物種群無法正常遷移和交流，將會出現(xiàn)小種群和近交衰退等問題，導(dǎo)致遺傳多樣性水平下降，最終引起地區(qū)性的種群滅絕。

二、人類活動對近岸海洋生境的破壞

濱海濕地的生境破壞河口區(qū)生境的破壞紅樹林生境的破壞珊瑚礁的破壞海草床的破壞

第三節(jié)全球氣候變化與溫室效應(yīng)

一、全球變化與全球氣候變化全球變化：指人類社會本身及其賴以生存和發(fā)展的地球環(huán)境正在發(fā)生的一系列變化，主要包括全球人口增長、土地利用和覆蓋的變化、大氣成分變化、全球氣候變化、生源物質(zhì)生物地球化學(xué)循環(huán)的變化和生物多樣性喪失等方面，這些變化既相互獨立，又相互影響。全球氣候變化：指全球范圍內(nèi)氣候平均狀態(tài)的統(tǒng)計學(xué)意義上的顯著改變或者持續(xù)較長一段時間（10年或更長）的氣候變動。全球變暖近100多年來，盡管全球平均氣溫也經(jīng)歷了“冷-暖-冷-暖”兩次波動，但總體表現(xiàn)為上升趨勢。在過去100年間地球表面溫度已經(jīng)上升了0.74±0.18℃，未來100年內(nèi)全球氣溫估計還將上升1.4-5.8℃，總體特征表現(xiàn)為全球變暖。尤其是進入20世紀80年代后，全球氣溫明顯上升，1998年至2007年是有記載以來最暖和的十年。“溫室效應(yīng)”全球變暖已給人類及其賴以生存的生態(tài)環(huán)境帶來了災(zāi)難性的后果，如極端天氣、冰川消融、永久凍土層融化、珊瑚礁死亡、海平面上升、生態(tài)系統(tǒng)改變、旱澇災(zāi)害增加、致命熱浪等等。二、全球氣候變化對近岸海洋環(huán)境

的影響

物理環(huán)境變化化學(xué)環(huán)境變化溫室氣體濃度升高將對海洋生物地化循環(huán)產(chǎn)生重要影響。持續(xù)吸收大氣CO2將會導(dǎo)致海水pH值在幾個世紀后實質(zhì)性降低，即出現(xiàn)海洋酸化現(xiàn)象，從而改變海洋中生物鈣化所必需的文石和方解石的飽和濃度。模型預(yù)測未來100年，海水pH值將下降0.3-0.5，比過去2~3億年來的變化幅度還大，將使許多海洋生物難以適應(yīng)。最后，大氣CO2含量增加被認為會消耗大氣中的臭氧，可能導(dǎo)致地球表面紫外線輻射水平升高。其他復(fù)雜的環(huán)境變化由于海洋生物地化循環(huán)對溫室氣體增加的反饋十分復(fù)雜，涉及云層、紫外輻射、浮游生物生產(chǎn)力和海洋微藻釋放二甲基硫（DMS）等過程和機制，目前還很難準確預(yù)測未來的溫度和CO2濃度的實際變化及其對海洋環(huán)境的確切影響，但可以肯定的是氣候變化還會帶來其他更加復(fù)雜的環(huán)境變化。三、全球氣候變化的海洋生態(tài)效應(yīng)

1、水溫升高的生態(tài)效應(yīng)海洋環(huán)流和上升流發(fā)生改變。溫室效應(yīng)改變了地球表面熱量分布類型，導(dǎo)致海洋環(huán)流系統(tǒng)的變化。水溫升高可能對依靠海流傳輸熱量的格局出現(xiàn)變化，海洋中生物的分布格局也會有很大改變。水溫升高將使上升流區(qū)的海水垂直穩(wěn)定度增大，影響底層水涌升，正如厄爾尼諾現(xiàn)象出現(xiàn)的狀況。由于向上補充的營養(yǎng)鹽減少或消失，上升流區(qū)的生產(chǎn)力就下降，并直接影響漁業(yè)產(chǎn)量。極區(qū)海冰生態(tài)系統(tǒng)迅速萎縮和能流主渠道轉(zhuǎn)換BloominwarmwaterBloomincoldwater熱帶海區(qū)珊瑚白化物種分布區(qū)極向移動全球降水模式和風(fēng)暴頻率改變溫室效應(yīng)引起氣候的變化將使高緯度地區(qū)降水增加，河水入海量也隨之增加，而低緯度自然河流水量減少，這兩種情況對河口區(qū)生態(tài)系統(tǒng)都有重要影響。入海河水量減少意味著很多河口區(qū)營養(yǎng)物質(zhì)含量下降。熱帶地區(qū)的颶風(fēng)、臺風(fēng)頻率和嚴重程度都會增加，風(fēng)暴潮將對珊瑚礁、紅樹林等沿岸生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重損害，例如加勒比海的珊瑚礁被風(fēng)暴損傷后需要8年的時間才能恢復(fù)，但風(fēng)暴頻率升高將減小珊瑚礁在兩次風(fēng)暴間隙恢復(fù)的幾率。

2、海平面上升的生態(tài)效應(yīng)

在十九世紀，全球海平面大約每年升高1~2mm，進入20世紀后，升高速率加快，現(xiàn)在每年上升速率比過去高出3~6倍，到2100年，每年上升速度將超過1~2cm。海岸生態(tài)系統(tǒng)向陸地后退。洪水和風(fēng)暴潮增加，海岸被侵襲得更厲害。沿岸濕地的鹽沼、紅樹林、珊瑚礁生境將受嚴重破壞，并且加劇對海岸的侵蝕。海岸受到侵襲也將改變?nèi)侵蕹练e速率，鹽水對河口灣的入侵也會增加。隨著海平面上升，潮間帶也將上升并變狹窄，失去潮間帶穩(wěn)定海岸線的作用，當(dāng)海岸邊緣及其保護帶消失時，生活于其中的物種也將不存在。3、海水CO2濃度升高和海洋酸化

的生態(tài)效應(yīng)

對海洋生物的生理過程產(chǎn)生深遠的影響