未来海洋：气候变化背景下的海洋生态系统（IPCC第六次评估报告观点） | 海洋与气候平台发布报告（附下载链接）
2023 年 3 月 20 日，海洋与气候平台（ OCP ）发布《未来海洋：气候变化背景下的海洋生态系统（ IPCC 第六次评估报告观点）》（ What ocean for tomorrow? Marine ecosystems in a changing climate: insights from the IPCC Sixth Assessment Report ），旨在加强对政府间气候变化专门委员会（ IPCC ）第六次报告中海洋相关内容的理解和吸收。该报告指出海洋生态系统对气候、海洋生物和人类社会的重要性，在揭示海洋生态系统退化风险的同时阐明海洋生态系统的减缓和适应潜力，以实现气候和环境目标。 海洋吸收了人类活动产生的近 30% 的二氧化碳排放量，对地球气候具有重要影响。这一过程中 90% 的活动属于物理和化学过程：大气中的二氧化碳溶解在表层海水中，接着由洋流输送至深海。 10% 的活动通过浮游植物和其他海洋植物的光合活动进行。在海岸带地区，红树林、海草草甸和盐沼等蓝碳生态系统能够封存大量的碳。该过程吸收了 0.5%-2% 的人类二氧化碳排放量，有助于减缓气候变化。总体而言，健康的海洋生态系统能够提供诸多服务，提高生物抵御气候变化和人类活动破坏的能力。一些生态系统通过过滤污染物和颗粒对于保护空气、土壤和水的质量尤其有效。此外，还可调节酸度和氧化作用，保护海岸线。 浮游生物对于地球生物而言至关重要。浮游生物悬浮在上层海洋，占海洋生物量的 95% 以上，具有丰富的多样性，包括病毒、微藻、生殖细胞、鱼类幼虫、微型甲壳动物和水母。浮游生物分浮游植物和浮游动物两种。浮游植物通过光合作用自行产生能量。浮游动物则以浮游植物和其他浮游动物为食。浮游植物是生物碳泵的重要组成部分，通过光合作用在海洋表层捕获大气中的二氧化碳，从而产生有机物，这一过程为初级生产。该过程中不被浮游动物或其他较大的生物消耗的有机物以微小颗粒的形式从海洋表层下沉，在海底堆积。数百万年后，在一定的条件下，这些富含碳的物质将在海洋深处转化为石油或天然气。气候变化对浮游生物种群产生了多重影响。不断上升的海洋温度驱动着海洋表层的层化作用，改变了浮游生物的数量、地理分布、物种数量及其多样性。此外，由于获取必需营养物的途径出现变化，光合作用也受到影响。海洋中二氧化碳含量增加导致的酸化也会破坏浮游生物。许多浮游动物的外壳由碳酸钙形成，在酸性较强的水域中难以形成。受此影响，生物碳泵的初级生产力和效率减弱。这些变化破坏了海洋及其生态系统减缓气候变化的能力。所有海洋生物均直接或间接依赖浮游生物获取食物。因此，浮游生物群落的破坏对食物链整体产生影响，威胁许多物种的生存。虽然气候变化对浮游生物的影响程度仍存在不确定性，但种种预测表明浮游生物总生物量将下降。因此，海洋中的所有动物生物量都将受到影响，进而波及渔业和粮食安全。 深海是地球上最大的生物多样性宝库，指 2000 米以下的海洋水域，占 63% 以上的地球表面和 95% 的全球海域。其丰富的生物多样性大多形成于热液喷口、深海丘陵和平原以及海底峡谷附近。深海生态系统在碳封存和维持海洋及其生物多样性健康所必需的其他营养物质循环方面发挥着关键作用。目前对深海的功能及其生态系统受变化影响程度的认识仍处于初级阶段，尚未形成完整的理解。原因在于深海环境难以进入，导致数据采集和影响评估尤其复杂。但观测结果表明，深海及其生态系统也受气候变化影响。深海变化影响上层海洋和表层海洋。深海变暖直接影响海洋环流、氧气流失和海水层化。该现象破坏物种分布和健康。例如，温度上升和海洋洋流变化导致埋藏在海底冰层中的甲烷水合物溶解，进而改变海洋深处和中层海域的生态系统，进一步增加大气中甲烷和二氧化碳等温室气体的浓度。深海珊瑚和其他形成生境的物种，如柳珊瑚和海绵，对温度、氧气和酸度的变化异常敏感。这些物种的恶化加剧了以其为食物和庇护来源的其他物种的脆弱性。与人类活动有关的其他压力也改变了深海生态系统，例如过度捕捞和破坏性捕捞、天然气和石油开采，以及铺设海底通信电缆。矿物资源的潜在开采是对深海生态系统的另一重严重威胁。 生态系统和海洋生物多样性密切相关。海洋生物多样性不仅局限于海洋环境中物种多样性的概念，也揭示了其所在的生态系统的多样性。截至目前，已经在海洋中发现了近 30 万种物种，尚有几百万种物种有待发现。所有物种对生态系统的正常运作而言必不可少，同时也依赖于生态系统的整体健康。一些海洋生态系统为许多物种提供了生境，有助于整个种群的壮大和互动。例如，海带森林是至关重要的生态系统，为鱼类、甲壳类动物、无脊椎动物、海洋哺乳动物和其他动物提供生境。这些生态系统出现在全球近 25% 的沿海地区，由大型藻类构成，能够提供觅食、捕食和繁殖区、产生氧气、储存碳并调节海水酸化。 除气候和生态作用以外，海洋生态系统对人类社会尤其重要。海洋生态系统能够保障粮食安全。 30 多亿人口依靠海洋资源获取食物，占世界人口的 40% 。海洋生态系统能够提供可转化为医药的生物资源，因此与健康问题密切相关。此外，海洋生态系统也是经济和基础设施能源和材料的来源。沿海地区拥有丰富的生态系统，例如沙丘、岩石海岸和湿地，存在大量的人类活动。这些地区人口密集，极易受到海平面上升和极端天气事件的影响。到 2050 年，预计将有近 10 亿人生活在海平面 10 米以下的沿海地区，这一趋势将变得更加明显。 以珊瑚礁为例，珊瑚礁包含了全球近 30% 的生物多样性，对人类社会尤为重要。珊瑚礁为大量人口提供直接生计来源。在某些地区，例如从马来西亚延伸至印度尼西亚，包括菲律宾和所罗门群岛的珊瑚大三角（ Coral Triangle ）是当地社会就业的一个重要来源。珊瑚礁有助于保护海岸线，一些珊瑚礁吸收了高达 97% 的波浪能。珊瑚礁在许多文化中意义重大。例如，澳大利亚海岸的大堡礁是世界上最壮观的海洋遗址之一。 1981 年被正式列入教科文组织（ UNESCO ）《世界遗产名录》。 随着温室气体排放量增加，大气层继续变暖，海洋将出现重大变化，包括：①海水变暖、海洋热浪频率和强度增加；②海洋环流出现变化，包括上层海洋日益加剧的层化作用和上升流系统的变化；③海平面上升，在一定程度上导致极端天气频率和强度增加；④化学变化，包括酸化、盐度变化、水团逐渐失氧、海洋死区面积增大以及营养物产量减少；⑤北极海冰覆盖面积减少。人类活动将进一步加剧这些全球变化。部分捕鱼技术、污染、入侵物种、土地利用变化、土壤退化和城市化等压力源进一步威胁海洋生态系统。目前，保护和管理海洋环境的措施不足以将人类活动的影响降至最低水平。仅有 8% 的海洋受到一定程度保护。受损的生态系统则会导致气候变化的影响再次加剧。 IPCC 指出，沿海蓝碳生态系统一旦退化或消失，其中封存的大部分碳很可能将再次释放到大气中。
生态系统对气候和非气候压力源的适应能力各异，取决于以下三个因素：①生境的类型和地理位置导致生态系统面临不同程度的风险；②生物的反应取决于其处于气候和人类相关压力中的强度和持续时间；③除其他因素以外，生物的反应还取决于个体行为以及在食物链中的地位。当生态系统自身或生态系统的环境变化过于剧烈时，可能会导致其达到临界点。临界点是生态系统或生态系统内的变化迅速出现的阈值。世界各地的沿海基础物种，如珊瑚和海带森林，已经达到一个临界值。一旦到达某个临界点，往往会造成不可逆的长期影响。海洋变暖和海洋热浪频率增加已经造成部分生态系统出现大量死亡事件。 IPCC 指出，在 2100 年升温超过 2℃ 的情况下，灭绝和生态系统崩溃的风险迅速上升。以暖水珊瑚礁为例，一旦升温达到 2℃ ， 99% 的暖水珊瑚礁将消失。在升温超过 5.2℃ 的情况下，可能会出现大规模海洋物种灭绝。 鉴于气候变化影响海洋生态系统向人类社会提供的服务，目前人类社会的生活方式已受到影响。随着盐沼或沙丘等生态系统的退化，沿海人口更易受到极端天气事件的影响。随之产生的生境破坏、移徙和死亡将导致人类心理和身体健康状况恶化。虽然其影响具有全球性，但全球范围内受影响程度不一。地理位置、收入水平和财富、性别、年龄、就业类型和政治背景均影响不同群体的适应能力。一些特定群体，例如渔业社区，受生态系统恶化的影响尤其严重。在热带地区，超过 10 亿人以渔业为生。海洋资源的崩溃将直接危及这些人口的经济和粮食安全。同样，旅游业、贸易和航运等沿海和海运业也将受到影响。与生态系统密切相关人口的适应能力取决于气候和海洋变化的强度和速度。海洋生物和人类社会未来的脆弱性在很大程度上取决于海洋生态系统中减缓和适应措施的实施程度。须在各个层面立即部署相关行动。 IPCC 确定了三种基于海洋自然的解决方案：海洋保护区、生态恢复和可持续渔业。海洋保护区是受保护制度保护的地理空间，旨在保护其中的生物多样性。保护水平越高，限制或禁止人类活动的程度就越高，生态效益也更多。鉴于此，科学和政治建议均呼吁到 2030 年保护至少 30% 的海洋和陆地区域。 2021 年公布的评估数据显示，海洋保护区在海洋中的覆盖范围不足 8% ，受到高度或完全保护的海洋面积不足 3% 。其分布也严重不均。大多保护区位于沿海地区，国家管辖范围以外区域，即公海，几乎未受到保护。鉴于气候变化的影响，须重新考虑海洋保护区的设计和管理。随着海洋环境的变化，许多物种可能会迁移到保护区以外。为更好地应对气候影响，目前提出了若干应对手段，例如扩大覆盖面积、加强保护标准或建立海洋保护区网络。 生态恢复指恢复已退化或被破坏的生态系统的行动，包括在限制沿海地区开展新活动和居住的同时种植红树林或修复盐沼。海平面上升、极端天气事件和海洋热浪导致生态系统恢复愈加困难。为应对该问题，研究人员提出移植耐温物种等手段和基因操作等技术解决方案。这些方法须经过严格监管，以确保其不损害本已脆弱的生态系统。鉴于蓝碳生态系统提供了众多效益，因此常被用于减缓和适应气候变化。 IPCC 将其列为二氧化碳去除技术之一。 渔业可持续管理有助于更好地保护物种免受渔业和气候变化影响，并保障以渔业为生的社会生计。为限制捕捞对已开发资源的影响，可采用若干常规措施。例如，按照科学建议确定配额，增加渔网的网目尺寸和提高最低渔获量有助于保护幼鱼和增加鱼类种群数量。许多研究人员呼吁采用一种基于生态系统的捕鱼手段，因此需要开发破坏性更小、更注重生态系统功能的捕鱼技术，包括禁止海底拖网和电脉冲捕鱼，以及限制进入某些区域。与此同时，须支持以渔业为生的经济活动和人口的转型。 虽然仅借助基于海洋的自然解决方案不足以遏制海平面上升等气候风险，但可以与其他方法相结合。基于自然的解决方案并不是可解决未来多重问题和需求的放之皆准的解决方案。例如，纽约、达喀尔和马赛等沿海城市几乎没有再种植的空间。为保护海岸不受海平面上升的影响，一些城市正在将海堤等所谓的“硬保护”与基于自然的解决方案相结合，以利用其协同效益。 随着温室气体排放量的持续增加，气候变化对生态系统的影响进一步加剧，进而削弱了生态系统提供多重效益的能力。因此，大幅减少温室气体排放对海洋生态系统至关重要。通过对能源和运输等排放量占比较大的行业进行脱碳，可大幅减少温室气体排放。减少全球海洋中人类活动的所有压力源是确保生态系统韧性，免受气候变化影响并作为有效的减缓和适应解决方案的先决条件。海洋保护区、低影响捕捞手段、污染防治策略对于减少人类活动的影响而言至关重要。由于深海地区潜在的开发项目将产生环境风险，因此须增加科学研究、监测和评估活动。中期而言，社会制度因素对于减少气候变化对海洋和沿海生态系统的影响至关重要。因此，为保证适应措施的公平性，并满足当地需求，须开展治理方面的变革。另一项挑战是增加和确保能够公平获得实施缓解和适应行动所需的资金。 鉴于气候变化的影响具有跨领域性，国际合作是气候行动不可或缺的组成部分。各国和非国家行为体围绕共同的气候目标共同采取行动对于实施减缓和适应政策至关重要。 参考文献：WHAT OCEAN FOR TOMORROW? Marine ecosystems in a changing climate: Insights from the IPCC’s Sixth Assessment Report. https://oceandecade.org/news/what-ocean-for-tomorrow-marine-ecosystems-in-a-changing-climate-change-insights-from-the-ipccs-sixth-assessment-report/
转载本文请注明来源：中国科学院兰州文献情报中心《国际海洋科技参考》2023年第12期
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