海洋酸化影響及國內(nèi)研究動態(tài)摘要：介紹了海洋酸化的形成過程，目前研究的一些進展，存在的問題以及對未來的展望。隨著人類向大氣中大量排放二氧化碳，不僅引發(fā)了溫室效應和海平面上升等全球性環(huán)境問題，同時也引起了海洋酸化。海洋酸化將會導致海水化學環(huán)境發(fā)生變化，進而對海洋生物生存和發(fā)展產(chǎn)生影響，還會威脅到人類海洋經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。本文通過綜述海洋酸化對海洋生態(tài)，海洋生物及海洋經(jīng)濟的影響來使大家了解其危害，重視環(huán)境的保護。關鍵詞：海洋酸化；海洋生態(tài)；海洋生物；海洋經(jīng)濟；環(huán)境保護ImpactsofOceanAcidificationandDomesticResearchSituationAbstract:Thisstudyintroducedtheresearchprogressofoceanacidificationandraisedsomequestions.Italsogaveforecastsforfutureresearchonoceanacidification.Ashumanhadbeenexhaustedlargeamountsofcarbondioxideintotheatmosphere,itnotonlyledtoglobalenvironmentalproblemssuchasthegreenhouseeffectandsealevelrise,butalsoledtooceanacidification.Oceanacidificationwillcausechemicalenvironmentchangesinseawater,andthenaffectthesurvivalanddevelopmentofmarineorganisms.Oceanacidificationwillalsoaffectthesustainabledevelopmentofthemarineeconomy.Thisstudyreviewedtheeffectofoceanacidificationonmarineecosystems,marinecreaturesandmarineeconomytomakeeveryoneunderstandthedangersofitandtopayattentiontotheprotectionoftheenvironment.Keywords:oceanacidification;marineecosystem;marinecreature;marineeconomy;environmentalprotection海洋占地球面積的71%，它為我們提供豐富生物資源的同時，能夠吸收大氣中大量的二氧化碳，從而減緩了二氧化碳濃度持續(xù)上升的趨勢。但是隨著現(xiàn)代化石燃料的大量使用，大氣中二氧化碳總量不斷增加，有數(shù)據(jù)顯示這些二氧化碳不斷溶入海水中最終使海水的pH值降低[1]，形成海洋酸化。海洋酸化不僅對海洋生態(tài)產(chǎn)生嚴重的破壞，影響海洋生物的生存和發(fā)展，同時對人類的海洋經(jīng)濟發(fā)展也產(chǎn)生了嚴峻的挑戰(zhàn)。因此，研究海洋酸化的影響，不僅有助于全球環(huán)境保護和海洋資源的可持續(xù)利用，也有助于對未來沿海海洋生態(tài)安全及海洋經(jīng)濟的發(fā)展進行合理的評估和預測。對海洋酸化進行相關的研究和評價對于我國建設成為海洋強國也是必然的要求。1海洋酸化研究背景大氣中二氧化碳濃度持續(xù)上升使海洋吸收二氧化碳的量不斷增加，導致海水pH值下降，這個過程被稱為海洋酸化。海洋酸化這一詞匯2003年第一次出現(xiàn)在《自然》雜志中，隨后，得到了世界范圍內(nèi)廣泛的關注，各國相關領域的科研人員紛紛投入到海洋酸化的研究中。其實，早在上世紀50年代就有科學家通過研究大氣二氧化碳的動向得出海洋吸收了大量的二氧化碳，并預測注入到海洋中的二氧化碳將會改變海水的化學性質(zhì)[2]。但直到20世紀末科學界才開始真正意識到二氧化碳的持續(xù)上升對海洋環(huán)境帶來的嚴重危害，并開始對其進行研究?，F(xiàn)已研究證明，從工業(yè)革命以來，海洋大約吸收了三分之一人為排放的二氧化碳[3-4]，致使表層海水的pH平均值從工業(yè)革命前的8.2下降到現(xiàn)在的8.1[5]。目前，人類每年釋放到大氣中的二氧化碳量大約為71億噸，其中25%~30%被海洋吸收[6]。如果按照這樣的速度持續(xù)下去，到21世紀末，表層海水pH平均值將下降約0.3~0.4[5]。到那時，海水酸度將比工業(yè)革命前大約100%~150%[7]。2海洋酸化的影響海洋酸化的影響主要體現(xiàn)在對海洋生態(tài)，海洋生物和海洋經(jīng)濟的影響。海水pH值降低，改變了海洋的水化環(huán)境，進而影響到海洋生物的生物功能，如光合作用、呼吸作用、鈣化作用等。某些海洋生物可能因其獨特的生理特征會對海洋酸化嚴重不適應，造成種群退化甚至滅絕。2.1海洋酸化對海洋生態(tài)的影響海洋酸化對海洋生態(tài)的影響包括改變海水碳酸鹽系統(tǒng)組成，改變海水中金屬離子的化學形態(tài)，破壞珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)，改變海洋生物種群及群落組成結構等。海洋酸化會影響海水的碳酸鹽系統(tǒng)。CO2的大量注入使得各類無機碳離子的比例發(fā)生變化，同時影響海水中CaCO3的飽和度。海水中CaCO3的飽和度主要由CO32-質(zhì)量分數(shù)所決定。海洋吸收大量的CO2后導致pH值降低，使溶解的CO2、HCO3-和H+質(zhì)量分數(shù)增加，同時CO32-質(zhì)量分數(shù)會因為H+的增加而下降，導致CO32-飽和度下降。但是，這些影響主要發(fā)生在與空氣相接的海洋表層海水中，隨著深度的增加影響逐漸減弱。同時，CO32-飽和度與海水的溫度有關，不同海域會因為溫度的不同而飽和度不同。因此，海洋酸化將對不同海域和不同深度海水的碳化學過程產(chǎn)生不同程度的影響[8]。AndreasJ.Andersson[9]研究表明海洋酸化能夠?qū)е聹\灘海洋沉積質(zhì)中穩(wěn)定的碳酸鹽礦物質(zhì)溶解加快。研究者預測，到2100年，海洋鈣化將會降低40%，到2300年會降低90%，碳酸鹽溶解速率增加和鈣化速率降低暗示今后珊瑚礁和其他碳酸鹽沉積質(zhì)環(huán)境在碳酸鹽原料方面可能產(chǎn)生較大的損失。海洋酸化能影響沉積質(zhì)對無機鹽的吸收與釋放。S.Widdicombe[10]通過研究表明沉積質(zhì)對養(yǎng)分的吸收和釋放明顯受到酸化的影響。海水pH值的下降會造成硝酸鹽吸收量和銨鹽釋放量的增加，并且亞硝酸鹽釋放量和磷酸鹽的吸收量減少。海洋酸化會改變海水中金屬離子的化學形態(tài)。FrankJ.Millero[11]研究顯示OH-和CO32-濃度降低會改變海水中金屬離子的溶解度，影響金屬離子的吸收，毒性以及氧化還原過程。PatrickL.Brezonik研究也得出了pH下降會改變相關金屬離子的溶解度[12]。這些變化可能會對海洋生物及其配體產(chǎn)生復合影響，需要進一步的研究證明。海洋酸化對珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生非常大的影響。珊瑚礁是世界上多樣性最豐富的生物群落，為多種海洋生物提供了棲息環(huán)境。珊瑚體在生長過程中會產(chǎn)生CaCO3形成骨骼，待其死亡之后，形成珊瑚礁。當pH值從8.1降至7.8后，珊瑚種類的構成將發(fā)生變化，多樣性會降低，珊瑚礁的補給也會減緩。當pH值低于7.7時，珊瑚礁的生長就會趨于停止。珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的破壞將會使其他對珊瑚礁有依賴的海洋動物（把珊瑚作為食物或棲息地的海洋動物）無法生存，甚至會影響到整個生物群落的穩(wěn)定和發(fā)展。海洋酸化勢必會使得那些對酸度敏感的生物無法繼續(xù)生存而導致其種群數(shù)量較少，而那些對酸度不敏感的生物將不受到影響或者受到的影響不是很顯著。這樣勢必會影響到整個海洋食物鏈和食物網(wǎng)的組成以及整個海洋生態(tài)系統(tǒng)生物群落的組成結構。這對于海洋生物的物種多樣性是一個極大的破壞。2.2海洋酸化對海洋生物的影響關于海洋酸化對海洋生物的影響研究主要集中在海洋酸化對海洋生物生長，發(fā)育，繁殖，生理等方面的影響。研究對象主要有海洋無脊椎動物，包括棘皮動物（海膽），軟體動物（貝類，頭足類烏賊），節(jié)肢動物（龍蝦，藤壺），多毛類此外，海洋酸化對珊瑚礁旅游業(yè)造成的經(jīng)濟損失也非常大。珊瑚礁作為天然的海洋風景，一直吸引著大量的游客度假觀光。據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)2001年估計，世界范圍內(nèi)珊瑚礁的總經(jīng)濟產(chǎn)值將近300億美元/a。這些產(chǎn)值將來可能會因為某些環(huán)境因素變化（包括海洋酸化）而面臨危險。3海洋酸化國內(nèi)研究動態(tài)自從海洋酸化在國際社會被廣泛認同之后，我國政府對海洋酸化研究高度重視。根據(jù)國家自然科學基金項目支助情況可以看出，政府對海洋酸化的支持力度逐年加大。從2007年起，每年都有項目被支助，特別是在近幾年，項目數(shù)量不斷增加。2010年支助的項目為3項，2011年達到了6項，而2012年則達到了9項，可見政府對這一領域的研究重視度在不斷加大。近兩年被支助的項目有：長牡蠣對海洋酸化的生物響應及生理適應機制初探（2011）、鹿角珊瑚幼蟲附著及生長發(fā)育過程中基因表達對海洋酸化脅迫響應研究（2011）、潮間帶小型底棲生物對海洋酸化的響應（2011）、CO2驅(qū)動的海洋酸化對二種貝類早期發(fā)育的影響（2011）、我國南海海洋酸化生態(tài)效應研究：生態(tài)系統(tǒng)水平響應與機制（2011）、海洋酸化對近海養(yǎng)殖水域浮游植物群落及養(yǎng)殖貝類浮游幼蟲生長發(fā)育的影響（2011）；海洋酸化對海膽浮游幼體鈣化生長的影響及機制（2012）、不同粒徑硅藻對海洋酸化的生理生態(tài)響應（2012）、海洋酸化對異養(yǎng)浮游細菌多樣性及群落結構、功能的影響研究（2012）、印度洋浮游植物功能群初級生產(chǎn)力調(diào)控因子與碳輸出效率研究(2012）、海洋酸化脅迫下三角褐指藻固碳途徑中的差異表達基因研究（2012）、湖北宜昌峽口剖面二疊系-三疊系（P/T）界線高分辨硼同位素組成及其對海洋酸化事件的指示（2012）、全球氣候變化背景下的海洋碳循環(huán)和海洋酸化模擬研究（2012）、海洋環(huán)境生物學（2012）、南部北部上升流中碳酸鈣飽和度及其影響因素研究（2012）。4海洋酸化研究存在的問題及展望從上述研究內(nèi)容可以看出，海洋酸化的研究主要集中在對海洋生物單個群體生活史（包括生長和發(fā)育，繁殖以及各種生理過程）的影響，涉及海洋生態(tài)的研究內(nèi)容較少。然而，對于海洋酸化的研究，除了研究它對單個物種的影響以外，還需要著重研究的是對生物群落或者生態(tài)系統(tǒng)的影響。通過研究海洋酸化對物種與物種之間，生物與周圍環(huán)境之間的關系是否發(fā)生變化，說明其是否對海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。雖然海洋酸化對海洋生態(tài)的影響已被人們認識到，但是大多都處于理論階段，相關的研究卻很少，國內(nèi)更是鮮有報道。除此之外，很多研究只涉及海洋酸化這一單一因素，少數(shù)涉及了溫度和酸化兩個因素，且大部分只局限于在實驗室中進行。現(xiàn)實的海洋環(huán)境比實驗室中模擬的要復雜的多，在自然條件下開展相關的研究工作雖較為困難，但卻更有說服力且切合實際。而且，很多研究都是在較短期內(nèi)完成，沒有做到現(xiàn)場的長期的研究，這對于海洋酸化對生物短期生存的影響是可以研究透徹，但是對于生物能否在長期的生存中得到進化，從而能夠適應海洋酸化這種環(huán)境變化卻很難預測。可幸的是，有相關研究把重點放在了海洋生物是否會在這一長期的緩慢的變化過程中發(fā)生變異，從而更能適應未來的海洋環(huán)境。如Sue-AnnWatson通過研究得出海洋酸化導致貝類進化[33]。研究者發(fā)現(xiàn)，貝類在不斷酸化的海洋環(huán)境中，雖然越來越難以獲得自身鈣化作用所必須的CaCO3，但是最終貝類并沒有大量死亡，而是在生長過程中形成了較輕的貝殼來應對這種環(huán)境的改變。這項研究為我們開拓了新的視角來看待海洋酸化，這也為我們今后的相關研究指明了方向。其實，海洋生物并沒有我們想象中的那么脆弱，在經(jīng)歷了歷史上多次重大的環(huán)境變革后依然能保持著如此多的物種多樣性，足見其適應力和恢復力。當然，我們也不能因此聊以自慰，繼續(xù)肆無忌憚的破壞環(huán)境。作為地球主宰的人類，我們應該擔負起保護地球環(huán)境的責任，應該肩負起保持生物物種多樣性的歷史重任。參考文獻[1]KenCaldaria,MichaelEwicket.Anthrop-ogeniccarbonandoceanpH[J].Nature,2003,doi:10.1038/425365a[2]石莉，桂靜，吳克勤.海洋酸化及國際研究動態(tài)[J].海洋科學進展，2011，29(1)：122-128[3]FashamM.J.S,BallifioB.M,BowlesM.C.AnewvisionofoceanbiogeochemistryafteradecadeoftheJointGlobalOceanFluxStudy[J],Ambio,SpecialReport,2001(10):4-30[4]SabineC.L,FeelyR.A,Gruber,N,etal.TheoceansinkforanthropogenicCO2[J].Science,2004,305(5682):367-371[5]IPCC.SummaryforPolieymakers[C]//SolomonS,QinD,ManningM,etal,eds.ClimateChange2007:ThePhysicalSeienceBasis.ContributionofWorkingGroupItotheFourthAssessmentReportoftheIntergbvemmentalPanelonClimateChange.Cambridge,UnitedKingdomandNewYork,NY,USA:CambridgeUniversityPress.2007:1-18[6]陳清華，彭海君.海洋酸化的生態(tài)危害研究進展[J].科技導報，2009，27(19)：108-111[7]JBijma,MBarange,LBrander,GCardew,etal.Impactsofoceanacidification[J].SciencePolicyBriefing,2009(37):1-12[8]Orr.James.Anthropogenicoceanacidificationoverthetwenty-firstcenturyanditsimpactoncalcifyingorganism[J].Nature,2005,doi:10.1038/nature04095[9]AndreasJ.Andersson,NicholasR.Bates,etal.DissolutionofcarbonatesedimentsunderrisingpCO2andoceanacidification:observationsfromDevil’sHole,Bermuda[J].AquatGeochem,2007,13(3):237–264[10]S.Widdicombe,H.R.Needham.ImpactofCO2-inducedseawateracidificationontheburrowingactivityofNereisvirensandsedimentnutrientflux[J].MarineEcologyprogressseries,2007,341:111-122[11]FrankJ.Millero,RyanWoosley,BenjaminDitrolio,etal.Effectofoceanacidificationonthespeciationofmetalsinseawater[J].Oceanography,2009,22(4):72-85[12]PatrickL.Brezonik,CarlE.Mach,CarolynJ.Sampson.GeochemicalcontrolsforAl,Fe,Mn,Cd,Cu,Pb,andZnduringexperimentalacidificationandrecoveryofLittleRockLake,WI,USA[J].Biogeochemistry,2003,62:119–143[13]NannA.Fangue,MichaelJ.O’Donnell,etal.Alaboratory-based,experimentalsystemforthestudyofoceanacidificationeffectsonmarineinvertebratelarvae[J].LimnologyandOceanography:Methods8,2010,441-452,doi:10:4319/lom.2010.8.441[14]何盛毅，林傳旭，何毛賢，等.海洋酸化對馬氏珠母貝胚胎和早期幼蟲發(fā)育的影響[J].生態(tài)學雜志，2011，30(4)：747-751[15]AnaI.Catarino,MathieuBauwens,PhilippeDubois.Acid–basebalanceandmetabolicresponseoftheseaurchinParacentrotuslividustodifferentseawaterpHandtemperatures[J].EnvironSciPollutRes,2012,19(6):2344-2353[16]J.A.Ericson,M.A.Ho,etal.Combinedeffectsoftwooceanchangestressors,warmingandacidification,onfertilizationandearlydevelopmentoftheAntarcticechinoidSterechinusneumayeri[J].PolarBiol,2012,35(7):1027-1034[17]MariaByrne.Impactofoceanwarmingandoceanacidificationonmarineinvertebratelifehistorystages:vulnerabilitiesandpotentialforpersistenceinachangingocean[J].OceanographyandMarineBiology:AnAnnualReview,2011(49),1–42[18]FrankignoulleM,DichonM,GattusoJ-P.Aquaticcalcificationasasourceofcarbondioxide[J].NatoasiSeries,1995,133:265~271[19]張明亮，鄒健，方建光，等.海洋酸化對櫛孔扇貝鈣化、呼吸以及能量代謝的影響[J].漁業(yè)科學進展，2011，4(32)：48-54[20]S.Dupont,O.Ortega-Mart?′nez,etal.Impactofnear-futureoceanacidificationonechinoderms[J].Ecotoxicology,2010,19(3):449–462[21]DaijuNarita,etal.Economiccostsofoceanacidification:alookintotheimpactsonglobalshellfishproduction[J].ClimaticChange,2012,113(3-4):1049-1063[22]K.E.Arnold,H.S.Findlay,etal.EffectofCO2-relatedacidificationonaspectsofthelarvaldevelopmentoftheEuropeanlobster,Homarusgammarus(L).BiogeosciencesDiscuss,2009,6(3):3087–3107[23]MagdalenaA.Gutowska,F.Melzner,etal.Acid–baseregulatoryabilityofthecephalopod(Sepiaofficinalis)inresponsetoenvironmentalhypercapnia[J].JournalofComparativePhysiologyB,2010,180(3):323–335[24]ShiDalin,XuYan,HapkinsonBM.Effectofoceanacidificationonironavailabilitytomarinephytoplankton[J].Science,2010,327(5966):676-679[25]InmaculadaRibaLópez,JuditKalman,CarlosVale,etal.InfluenceofsedimentacidificationonthebioaccumulationofmetalsinRuditapesphilippinarum[J].EnvironSciPollutRes,2010,17:1519–1528[26]高坤山.海洋酸化正負效應：藻類的生理學響應[J].廈門大學學報，2010，50（2）：411-417[27]WuHY,ZouDH,GaoK.ImpactsofincreasedatmosphericCO2concentrationonphotosynthesisandgrowthofmicro-andmacro-algae[J].ScienceinChinaSeriesC:LifeScience,2008,51(12):1144-1150[28]YaPingWu,Kun