聚焦海洋問題，改善海洋環(huán)境

文/樓玉姣

7月2日，2020—2021中日高層次科學家研討交流活動（海洋環(huán)境）在青島成功舉辦?？茖W技術部外國專家服務司副司長李昕、中國海洋大學副校長李華軍出席開幕式并致辭，日本科學技術振興機構櫻花科技計劃推進本部部長岸輝雄、東京大學大氣海洋研究所伊藤進一教授在線參加開幕式并致辭。來自海洋環(huán)境科學、海洋漁業(yè)科學、物理海洋科學等20余家研究機構的29名中日科學家參加了本次研討交流活動，并圍繞全球海洋環(huán)境相關熱點問題進行了圓桌討論，10名中日專家作了主題報告。受疫情影響，活動采取線上線下相結合的方式，中方專家集中參會，日方專家線上參會?；顒又辈ピ诰€參與人數(shù)達1.06萬人次。中日兩國專家學者就海洋環(huán)境與氣候變化、海洋微塑料、海洋漁業(yè)生物資源保護等深入交流，以期進一步加強海洋生態(tài)保護與海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展，改善世界范圍內(nèi)日益嚴峻的海洋環(huán)境。

危機四伏的海洋污染——酸化和微塑料污染

海洋是人類的資源寶庫，又被稱為“生命的搖籃”。海洋不僅蘊藏著豐富的自然資源，而且在調(diào)節(jié)全球氣候方面發(fā)揮著重要作用，更與人類可持續(xù)發(fā)展息息相關。近年來，人類的生產(chǎn)生活導致氣候變化和海洋資源衰退，嚴重影響了海洋的可持續(xù)利用。中日兩國都是海洋大國，多年來，兩國在海洋領域開展了卓有成效的合作：1986—1992年兩國科學家開展了黑潮合作調(diào)查研究，2000年中國科學院海洋研究所與日本東京工業(yè)大學共同建立“中日海洋腐蝕環(huán)境共同研究中心”，2013年兩國進一步探討建立海洋合作部長級會議機制和各工作層交流合作平臺。海洋合作已成為中日合作的重要領域，既符合雙方各自的利益關切，促進了各自發(fā)展，也為世界發(fā)展作出了卓越貢獻。

隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，海洋酸化、塑料污染等海洋問題應運而生，嚴重威脅著人類賴以生存的藍色家園。在本次研討交流活動中，中日雙方專家特別針對海洋酸化和微塑料兩大污染進行了交流討論。

氣候變化是我們今天面臨的最大的環(huán)境問題。全球變暖的一個主要原因是人類的二氧化碳排放。海洋從大氣中吸收二氧化碳，一部分溶解在水中形成碳酸，大氣二氧化碳含量升高導致了海洋pH值下降，即海洋酸化。日本周圍海域pH值下降趨勢與大氣中二氧化碳增加的預期速率相當，這一現(xiàn)象與上述理論相吻合。預計到本世紀末，整個海洋海水的pH值將下降0.3—0.4，酸化的海洋環(huán)境通過降低碳骨架的生長危害到珊瑚和其他生物的生存，嚴重危害到海洋的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)。

日本琉球大學理學院栗原晴子教授致力于研究海洋漁業(yè)和海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的海洋酸化對海洋生物和海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的影響，研究了海洋酸化對包括海膽、貝類、珊瑚、海草在內(nèi)的多種海洋生物的生理生態(tài)影響，以探索更好地實現(xiàn)可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)。她舉例解釋了海洋酸化對生物和生態(tài)系統(tǒng)的影響：在低pH值條件下，浮游生物在幼蟲階段無法正常制造外殼；幼魚的細胞強度趨于降低，細胞變得容易破裂；海膽幼蟲體積減小；成年牡蠣無法正常產(chǎn)卵。海洋酸化以不同的方式影響著不同生物體的不同生命階段，而這些生物對我們來說是非常重要的食物來源，間接地關系到人類生活。在生態(tài)系統(tǒng)層面，海洋酸化會增加海草的產(chǎn)量，但是會導致海膽的生理機能下降，造成海膽群落減少，這意味著生物系統(tǒng)內(nèi)自上而下或自下而上的控制被打亂。栗原晴子教授強調(diào)，雖然通過海藻吸收二氧化碳來緩解海洋酸化是一種解決方案，但關鍵在于保持平衡，最根本的方法在于減少人類的二氧化碳排放。

塑料被廣泛應用于制造各種日常生活產(chǎn)品，自20世紀50年代以來，全球塑料工業(yè)蓬勃發(fā)展。然而，由于塑料難以降解，過去幾十年，大約有10%的塑料廢物輸出到海洋中，緩慢地聚合成微塑料。微型塑料的尺寸小于5毫米，由于其大小與一些小型海洋生物群相似，因此可能會被誤食并轉(zhuǎn)入海洋生態(tài)系統(tǒng)。目前已經(jīng)在包括浮游植物、蝦、魚等多種海洋生物中發(fā)現(xiàn)了微塑料，污染物進而會通過食物鏈向人體轉(zhuǎn)移，可能導致一系列健康問題。

海洋是微塑料最大的匯集地，現(xiàn)在漂浮在海洋表面的有超過5萬億個塑料碎片，重量超過27萬磅。中國自然資源部第二海洋研究所黃偉研究員展示了中國幾種典型海灣沉積物中微塑料的分布特征，并分析了微塑料的來源以及對海洋生物早期發(fā)育的毒理學影響。他指出，海水中微塑料豐度與該地區(qū)水體的流體動力學和人口數(shù)目有明顯關系，在波浪作用、水流作用弱和人類活動密集地區(qū)，微塑料含量明顯升高。團隊推測微塑料的來源有兩種，一是老化的網(wǎng)和繩索因水產(chǎn)養(yǎng)殖活動產(chǎn)生了大量纖維，二是來自沿岸附近村莊和工廠排放的垃圾。而在微塑料對海洋生物早期發(fā)育的毒理學影響方面，研究結果表明微塑料會附著于幼魚鰓絲，影響魚類的呼吸；微塑料毒性會影響一系列細胞代謝進而影響細胞的能量供應，會對幼魚的生長、消化和免疫造成影響；并且會在魚類張口時進入其消化道影響消化酶，損害腸道，致使幼體的死亡率顯著增加。黃偉研究員總結表示，在未來的海洋生態(tài)系統(tǒng)中，微塑料污染會對海洋生物產(chǎn)生不利影響，擾亂其種群動態(tài)和物種間的相互作用，對經(jīng)濟和社會產(chǎn)生深遠的負面影響。

7月2日，2020—2021中日高層次科學家研討交流活動（海洋環(huán)境）在青島舉辦，中方領導、部分線下和線上參會的科學家合影

對微塑料分布的研究是進行其他研究的基礎，對此，日本九州大學應用力學研究所磯邊篤彥教授團隊開展了世界海洋微塑料豐度的分布繪圖項目，開發(fā)建立了世界海洋微塑料數(shù)值建模方法，該模型可以模擬全球海洋塑料的產(chǎn)生、水平運輸和消減過程，為探究微塑料的毒性以及以數(shù)值模擬的方式預估海洋微塑料豐度提供了數(shù)據(jù)支持。

不可小覷的海洋功效——負碳排放

近年來，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）和聯(lián)合國教科文組織政府間海洋學委員會（UNESCO IOC）都發(fā)布了有關海洋碳研究的報告，提到了海洋負碳排放的有關研究方法。國際海洋勘探委員會（ICES）和北太平洋海洋科學組織（PICES）也成立了“海洋負碳排放”專家工作組聯(lián)盟，匯集了來自15個國家的成員，海洋負碳排放課題受到了世界各國的廣泛關注。

針對氣候變暖問題，我國于2020年提出了“雙碳”目標，即二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。碳中和有兩種方式，一種是二氧化碳減排，但是與經(jīng)濟發(fā)展有一定的矛盾；另一種是碳封存。海洋是地球上最大的活躍碳庫，其大小是陸地的20倍，具有很大的固碳潛力。目前被廣泛知曉的海洋儲碳生物學機制是“生物泵”，即通過光合作用將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機碳，其中一部分會隨著死亡生物體殘骸沉入海底被永久封存，而更多的會溶解在水體中成為可以被再次利用的活性有機碳。然而海洋中95%的溶解碳都是惰性的，有機碳是如何從可利用狀態(tài)轉(zhuǎn)為不可利用狀態(tài)的，在主題報告中，中國科學院院士、廈門大學焦念志教授介紹了“微生物碳泵”理論研究成果，揭示了某些特定微生物在惰性溶解碳形成中的作用，即微生物驅(qū)動了從生物可利用的活性有機碳到難以消化的惰性溶解碳的轉(zhuǎn)化。

焦念志教授指出，通過降低陸地營養(yǎng)鹽向海水輸入，可以實現(xiàn)增加近海儲碳量的目的。從江河入海口地區(qū)海洋和大氣之間碳通量的數(shù)據(jù)中可以看出，在大多數(shù)情況下，該地區(qū)成為產(chǎn)生二氧化碳的源頭。人類生產(chǎn)生活產(chǎn)生的多余養(yǎng)分隨河流入海，導致沿海地區(qū)的水中富含有機營養(yǎng)，促使細菌茁壯成長，細菌呼吸消耗有機碳釋放出二氧化碳，這就是沿海地區(qū)碳匯量少且成為二氧化碳來源地的原因。因此，可以通過減少土地施肥等方式降低陸地營養(yǎng)鹽向海洋的排放量，使“微生物碳泵”在近海更加有效地將有機碳惰性化來增加沿海水域碳匯，進而由海流帶入大洋進行長期儲碳。另外，焦念志教授表示，實現(xiàn)海洋負碳排放還需要將“生物碳泵”“碳酸鹽碳泵”和“微生物碳泵”這三種機制結合起來，最大限度地提高特定環(huán)境中沉積物的有機和無機碳總量，將受人為影響的有害水產(chǎn)養(yǎng)殖底泥轉(zhuǎn)化為改善環(huán)境的碳匯場所。在缺氧條件下，微生物過程可以通過硫還原產(chǎn)生堿度，甚至可以添加一些礦物質(zhì)輔助，在這種情況下，二氧化碳會生成碳沉淀、碳酸鹽沉淀達到固碳的目的，這就是“碳酸鹽碳泵”機制。因此，如果在一定條件下進行操作、控制邊界條件，比如創(chuàng)造缺氧條件和恰當?shù)妮^少的營養(yǎng)量，可以通過上述三種碳泵的協(xié)同作用完成碳封存。

舉足輕重的海洋資源——漁業(yè)

中日兩國都是漁業(yè)大國，漁業(yè)在兩國糧食安全、國民經(jīng)濟中均占據(jù)著重要地位，在本次研討活動中，雙方專家針對氣候變化對漁業(yè)的影響、漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展等方面進行了深入的交流討論。

在氣候?qū)︳~類和漁業(yè)的影響方面，北海道大學見延莊士郎教授指出，氣候變暖導致的海洋熱浪使北太平洋生態(tài)系統(tǒng)結構發(fā)生變化。他的研究綜合了美國國家海洋和大氣管理局與日本漁業(yè)局收集的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)自1865年以來，整個北太平洋的整體生物量逐漸增加。其中，海洋熱浪導致溫水性魚類增加，如黃尾魚在2010年后快速增長，對馬鯖、鳀魚和鮭魚生長也有正面影響；但是造成魷魚數(shù)量減少，底棲魚類受到的負面影響尤為嚴重，原因是底棲魚受海底地形的限制，無法像遠洋魚類那樣有遷徙的自由。中國海洋大學田永軍教授以西北太平洋秋刀魚為例，指出厄爾尼諾現(xiàn)象對太平洋秋刀魚豐度產(chǎn)生積極影響。這是由于在厄爾尼諾年，產(chǎn)卵場水溫較高；而在拉尼娜年，較低的產(chǎn)卵場水溫導致秋刀魚豐度下降。此外，團隊根據(jù)產(chǎn)卵場的環(huán)境變化提出了新的產(chǎn)卵場指數(shù)，很好地解釋了20世紀80年代后期以來秋刀魚豐度的變化。不同魚類產(chǎn)量的變化也可以用作預測環(huán)境變化的信號，比如冷水性魚的產(chǎn)量上升，表明寒冷模態(tài)的轉(zhuǎn)變即將到來，這種變化的預警對漁業(yè)管理十分重要。

另一方面，在過度開發(fā)的背景下海洋漁業(yè)資源的可持續(xù)利用受到打擊。田永軍教授展示了一組世界漁業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，2000年以后全球海洋中幾乎所有魚類種群都被過度開發(fā)，中國的漁業(yè)資源豐度在1990年后呈現(xiàn)大幅度下降的趨勢并且一度降到很低的水平，魚類個體的年齡和體長呈下降趨勢，漁業(yè)資源的可持續(xù)利用面臨巨大挑戰(zhàn)。因此基于生態(tài)系統(tǒng)的漁業(yè)管理方法對未來中國漁業(yè)發(fā)展尤為重要。

上海交通大學曹玲教授建議將漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖作為全球糧食系統(tǒng)的一個組成部分進行管理，進而了解人類對海洋環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響，最終實現(xiàn)海洋漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。此外，上海海洋大學張帆教授表示，有關漁業(yè)的海洋生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集與監(jiān)測以及更精細的時空分辨率，離不開廣泛的國際合作。東京海洋大學市野川桃子教授和中國科學院海洋研究所張輝研究員也表示希望中日兩國在漁業(yè)資源方面加強合作，推動研究創(chuàng)新。

與會專家

開展海洋科學研究的建議

在整場活動中，專家之間積極交流經(jīng)驗、分享成果，為人類應對氣候變化和海洋生態(tài)系統(tǒng)的未來提供了全球視角。針對日益凸顯的海洋問題和迫在眉睫的海洋治理，中日專家提出以下幾點建議。

一是堅持持續(xù)性監(jiān)測海洋環(huán)境變化，包括對深海的監(jiān)測和長期的海洋生物監(jiān)測。目前我們對海洋知識的了解是有限的，需要做更多的觀測和監(jiān)測工作，以應對未來的機遇與挑戰(zhàn)。

二是引入人工智能等新技術，建立科學有效的氣候模型，增強海洋環(huán)境變化的可預測性。

三是建立圍繞保護海洋環(huán)境的交叉學科研究平臺。海洋環(huán)境科學是復雜的前沿科學問題，涉及物理學、生物學、生物地球化學、生物生態(tài)系統(tǒng)學等多個學科，跨學科、多學科之間的協(xié)同合作和研究非常重要。

四是加強新一代科技人才培養(yǎng)，大力培養(yǎng)高層次海洋研究人才和后備力量，鼓勵更多熱愛海洋的青年人才加入，共同探索氣候變化對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響機制。

五是保持跨國家的密切合作。不僅是中日兩國，世界各國政府部門也應通力合作，促進在海洋環(huán)境領域的合作發(fā)展，推動產(chǎn)學研機構在科技創(chuàng)新領域的交流合作，共同搭建海洋環(huán)境領域的科技創(chuàng)新、教育合作和人文交流平臺，為推進海洋環(huán)境領域?qū)W科發(fā)展貢獻智慧和力量。