气候变化对海洋生态环境的影响

经验数据和模型结果表明,在大气CO2浓度加倍情况下,珊瑚礁的钙化速率降低14%~40%.钙化速率的下降导致珊瑚礁骨骼脆弱化、受侵蚀几率上升、珊瑚礁物种组成和群落结构改变,最终导致珊瑚礁分布范围缩小,纬度限制线向赤道方向移动,严重地威胁到依赖于珊瑚礁生境的物种组成.研究表明,从1880~2002年,我国南沙珊瑚礁生态系的平均钙化速率已经下降了12%,预计到2065年珊瑚礁钙化速率将减少26%,到2100年将减少33%.此外,海水酸化还引起鱼类、甲壳类和头足类等海洋非钙化动物的呼吸蛋白质氧亲和性急剧下降,从而影响这些动物的分布.与陆地不同,CO2浓度的增加并不能对海洋主要初级生产者浮游植物的生长产生增肥作用.长期高浓度CO2会导致大多数海藻的光合作用能力下降,不过研究发现多种海草物种的生长速度和生物量会随着海水溶解态无机碳浓度的增加而增加,高浓度CO2有利于这些海草的生存和繁殖。
1.1.1温度上升影响海洋生物物种的分布影响海洋物种分布的主要因素是水温、海流和盐度.与陆地生物相似,温度上升也导致海洋生物物种分布的纬度变化。英吉利海峡西部浮游动物和潮间带生物数量时空变化研究表明,全球气候变暖使得该海域暖水性种类种群数量增加、栖息范围扩大:从上世纪20年代至今,暖水性生物栖息北限已向北移动222.2km;而冷水性种类种群数量下降、栖息范围缩小研究发现台湾海峡出现了13种鱼类新记录种,包括慧琪豆娘鱼(Abudefdufvaigiensis)、峨嵋条鳎(Zebriasquagga)、豹鳎(Pardachiruspavominus)、海躅鱼(Halicampuskoilomatodon)、拟三刺鲀(Triacanthodidaeanomalus)、尖牙鲈(Synagropsjaponicas)、尖尾黄姑鱼(Nibeaacuta)、孔鳐(Rajaporosa)、美鳐(Rajapulchra)、棘鳞蛇鲭(Ruventtustydemani)、节鳞鳎(Aseraggodeskobensis)、褐斜鲽(Plagiopsettaglossa)、黄鳍马面鲀(Navodonxanthopterus)等,这些新纪录种都是暖水种,以前主要分布在南海海域;部分以前仅在海峡南部捕获的种类,现在海峡北部也能捕到,例如乔氏台雅鱼(Dayajordani)、日本红娘鱼(Lepidotriglajaponica)、斑鲆(Pseudorhombusdupliocellatus)等25种。
1.5海洋水文结构和海流变化对海洋生物多样性的影响全球变暖导致极地区域水温上升,降低了极地与赤道之间的温差,导致风应力作用的下降,引起风生环流的全面弱化,严重影响大洋和近岸生态系统的结构和功能,特别是可能导致上升流的弱化,降低浮游植物生产力.此外,风速和风向的改变会也影响环流路径和模式.这种变化可能改变鱼类和无脊椎动物的幼体输送到河口等育幼场的路径,严重威胁这些生物类群的生存,改变整个海岸带生态系统的种类组成.
酸雨可造成水质酸化，鱼类和其他水生物群落的丧失。如鲑鳟鱼类在酸化的水中比在没有酸化的水中存活的时间要短很多，酸性的环境可能扰乱鲑鳟鱼类的化学信息的分泌和识别，影响相关鲑鳟鱼类的洄游。同时酸雨改变营养物和有毒物的循环，使汞、铅和铝等有毒金属进入到食物链中，对鲑鳟鱼类造成影响，通过食物链对人体的健康也会造成危害。
1.1.2温度上升引起物种组成发生变化,对热带海域物种组成影响严重以珊瑚礁为例,全球变暖引起的珊瑚白化已成为珊瑚礁死亡的重要原因之一.随着全球持续变暖,大范围珊瑚礁白化出现频率正在增加,起初仅每10~20a发生1次,估计未来几十年内将可能与厄尔尼诺/南方涛动事件频率同步,珊瑚礁白化甚至将在大多数热带海区每年发生1次.研究发现,1976年至1977年增温明显时期,温度突然上升1度,洛杉矶珊瑚礁鱼类的物种数量减少了15%~25%
1.2CO2浓度上升对海洋生物多样性的影响据估计,本世纪中叶大气CO2含量将比工业革命前增加一倍.二氧化碳碳酸盐系统是海洋中最重要的化学平衡,几乎影响海洋的各个方面,包括海洋生物多样性.CO2浓度升高会引起海水pH值降低,酸化程度上升,导致海水碳酸钙饱和程度下降.IPCC发布的第四份全球气候变化评估报告特别指出,CO2浓度的上升已经导致海洋表层水体的酸性增加了三成.海水酸化引起所有海洋钙化生物钙化速率下降,直接影响到贝类、石珊瑚、浮游有孔虫、球石藻、翼足类以及珊瑚礁钙质藻等钙化物种的钙化速率.其中文石生产者(石珊瑚和翼足类)和高镁方解石生产者(珊瑚礁钙质藻)受CO2浓度变化的影响尤为剧烈.
2.1影响海洋病原生物的传播最近几十年来气候变暖导致了海洋病原生物的扩展或转移:(1)研究表明,在低于临界温度时死亡或无法生长的节肢动物所携带的细菌和寄生虫,在温度上升时,其生长速度加快,传染期延长,促进包括珊瑚虫病、牡蛎病原体、里夫特裂谷热和人类霍乱等的传播;(2)随着气候变暖,温带的冬季更短、气温更加暖和,从而增加了疾病的传播率;热带夏季更加炎热,使寄主在热压力下更容易受到影响;(3)温度上升还引起人类疾病暴发的增加,比如因水温上升,弧菌数量增加了60%,从而感染了更多的牡蛎及其他水产品,危及人类健康.不过,危害两栖动物的弧菌、鱼类冷水病和昆虫真菌病原体等随着温度的升高,其流行的严重性将会降低。
2气候变化对海洋生态系统的影响气候变化从基因、物种和生态系统水平上对全球生物多样性产生影响.在基因水平上,生物体为了适应新的气候条件,其物种基因序列要发生改变,影响生物的遗传多样性;在物种水平上,研究表明到2050年气候变暖将导致全球5个地区24%的物种灭绝;在生态系统水平上,降雨和温度的改变将移动生态系统分界线(ecosystemboundaries),某些生态系统可能扩展,而某些生态系统萎缩.
关键词：气候变化பைடு நூலகம்鳟鱼类影响生物多样性海洋生物
全球变化对人类影响最大的是气候变化和生物多样性变化,因此1992年联合国环境与发展会议就这两个领域形成国际公约.气候变化和生物多样性变化存在密切的相互作用,该问题已经成为全球变化研究的焦点问题,并成为国际政治关注的新热点和GEF等国际资助的重点领域。尽管气候变化和生物多样性变化的相互作用极其复杂,但我国学者已经开展了许多研究工作.不过,中国在生物多样性应对气候变化的研究刚刚起步,任务还十分艰巨。海洋生物多样性是全球生物多样性的重要组成部分,如海洋动物门类达35个门,远高于陆地的11个动物门类。因此,研究气候变化对海洋生物多样性影响对于保护全球生物多样性具有重要意义。
气候变化对冷水性的鱼类（鲑鳟鱼类）疾病有重要影响。有些研究者认为，微生物是一个庞大的家庭，温度升高，对喜高温的病原微生物有积极的作用，但对喜低温的病原微生物有消极的作用，紫外线加强和CO2浓度上升一样，对鲑鳟鱼类的影响不大。但是，大部分研究者认为，温度的升高加快了水中病原微生物的繁殖速度，对鱼类有负面影响。Marcogliese提出温度的升高，对鲑鳟鱼类的病原微生物有利，鲑鳟鱼类的病害有升高的趋势。一种鲑鳟鱼类的寄生虫，主要作用于鲑鳟鱼类的肾脏，当温度超过1.5℃时，会使鱼的死亡率增加，还有鲑鳟鱼类气单胞菌属的相关细菌随着温度的升高，毒力也会加强。在2000年前后，由于温度升高，病原微生物增加，美国和加拿大海域鲑鳟鱼类死亡数量比往年明显增加。
1.气候变化主要生态因子对海洋生物多样性的影响气候变化引起的海洋表层温度、CO2浓度和海平面的上升、降雨量变化和海洋水文结构变化以及紫外线辐射增强等是对海洋生物多样性影响最为重要的生态因子
1.1温度升高对海洋生物多样性的影响IPCC的气候变化报告指出,地球表面平均温度自1861年以来升高了0.6度.目前全球温度处于继续上升时期,预测到2100年,全球温度将比1990年升高1.4~5..研究表明,如果全球平均温度升高2.0~3.0度,20%~30%的动植物将面临灭绝的高风险;如果温度上升4.0以上,将导致大量生物死亡和整个地球系统紊乱.中国近百年的气候也发生了明显变化.根据预测,与2000年相比,2020年中国年平均气温将升高1.3~2.1度,2050年将升高2.3~3.3度.其中温度升高的幅度由南向北递增,西北和东北地区温度上升明显.我国近海海洋表层温度也正在不断上升,其中20世纪80年代以后增暖明显,90年代至今最暖.根据国家海洋信息中心提供的数据,厦门海域1965~1990年期间水温上升了0.20;1960 ~2003年华南近海海洋表层温度年平均线性增长率为0.012~0.019.
1.3海平面上升对海洋生物多样性的影响根据IPCC报告,在20世纪,温度上升导致全球平均海平面上升了10~20cm.预计到2100年,全球平均海平面将比1990年升高9~88cm,其上升速率约为0.09~0.88cm/a .根据沿海监测站数据统计,南海1970~2006年海平面的平均上升速率为0.24cm/a .据预测,21世纪我国各海域海平面上升以南海最大,其平均上升速率为0.32~0.98cm/a .研究认为,上层海水变暖是南海海平面上升的重要原因,且该变暖趋势可能与附近的西太平洋暖池区的年代尺度变化有关.海平面上升对海岸带生态系统,特别是珊瑚礁、红树林、河口和湿地生态系统及其高度丰富的生物多样性产生巨大影响.
海平面上升将促使大部分海岸带生态系统向内陆地区迁移,起初可能促进鱼类和无脊椎动物更多地接触到潮间带表面,短期内提高其生产力(如虾类的产量).但由于人类活动如农田或海岸建筑的影响,这种迁移可能被迫停止,从而导致海岸带生态系统的消亡或损失,对海岸带营养物质和能量流动、重要生境以及生物多样性产生不利影响.
1.4降雨量变化和酸雨增加对海洋生物多样性的影响气候变化对海岸带系统最重要的影响是风暴和降雨引起的海岸线改变.根据预报,百年一遇的风暴今后每隔几十年要发生1次,而十年一遇的风暴每年都会发生.风暴事件对于海岸带营养物输送、混合过程和海流及锋面都会造成严重影响.强降雨事件发生频率的变化会改变海岸带的生态类群.例如降雨量的增加会使河口的生态类群往适应较低盐度的类群改变.加上营养盐和污染物滞留时间的变化,进而影响河口生态系统的食物网结构。
风、海流和地形是上升流形成的决定因素.除地形固定不变外,气候变化对风和海流的路径和强度都会产生巨大影响,进而影响上升流的强弱,导致上升流生态系统的物质和能量循环、浮游生物和鱼类组成等一系列生态系统过程和结构发生变化.以我国海域黑潮为例,在厄尔尼诺爆发前,黑潮流量增大,闽南台湾浅滩上升流渔场出现强大的上升流,浮游生物大量繁殖,给中上层鱼类带来丰富的饵料,从而导致中上层鱼类种群数量增加;而在厄尔尼诺盛期,黑潮流量减少,导致该渔场在夏季只出现一单元的弱上升流,中上层鱼类渔获量大量减少;在强厄尔尼诺事件前的冬季,东亚频繁出现寒潮,黄海、东海海水出现异常低温,闽南台湾浅滩上升流渔场环境发生巨大改变,导致通常滞留在海峡北部越冬的金色小沙丁鱼幼鱼被迫返回台湾海峡南部,鱼类种群结构发生改变。
1.6紫外线辐射增强对海洋生物多样性的影响地球上空臭氧层损耗引起紫外线辐射(特别是波长为280~320nm的UVB辐射)的增强,导致许多海洋生物结构和功能出现异常。如影响鲑鳟鱼类的免疫力，紫外线的过分暴露对大西洋鲑幼的免疫起到负面的影；但也有研究者也认为紫外线在一定范围内的增强有利用提高鲑鳟鱼类的受精卵的孵化率；Joux等(1999)研究发现,UVB辐射会导致多种细菌DNA受到损害,且发现个体较小的腰鞭毛藻对UVB的敏感性低于硅藻,UVB辐射增强将促使浮游植物群落从硅藻(10mm)向腰鞭毛藻(5~10mm)转化;Mostajir(1999)的研究结果表明,随着UVB辐射量的增强,生态系统从以微生物为主的食物网演变成以草食动物为主的食物网,因此,UVB辐射的增强会改变中上层生态系统的结构和动力学;实验发现,UVB会对多种海洋生物的卵造成伤害,如圣劳伦斯河口和圣劳伦斯湾飞马哲水蚤(Calanusfinmarchicus)卵和大西洋鳕鱼(Gadusmorhua)卵会受到UVB的伤害而死亡.
气候变化对海洋动物的影响
摘要：本文根据气候变化对海洋的影响，分析海洋动物的生活环境的变化。并针对国内外有关气候变化对鲑鳟鱼类和栖息地及相关生物学影响的研究情况,先从从栖息地环境方面阐述了气候变化对水生生物的影响,又从温度，二氧化碳浓度，降雨量及酸雨的增加，紫外线辐射增强和鱼病的传播等方面探讨气候变化对鲑鳟鱼类和生物学方面的影响