聚焦海洋问题，改善海洋环境

文/楼玉姣

7月2日，2020—2021中日高层次科学家研讨交流活动（海洋环境）在青岛成功举办。科学技术部外国专家服务司副司长李昕、中国海洋大学副校长李华军出席开幕式并致辞，日本科学技术振兴机构樱花科技计划推进本部部长岸辉雄、东京大学大气海洋研究所伊藤进一教授在线参加开幕式并致辞。来自海洋环境科学、海洋渔业科学、物理海洋科学等20余家研究机构的29名中日科学家参加了本次研讨交流活动，并围绕全球海洋环境相关热点问题进行了圆桌讨论，10名中日专家作了主题报告。受疫情影响，活动采取线上线下相结合的方式，中方专家集中参会，日方专家线上参会。活动直播在线参与人数达1.06万人次。中日两国专家学者就海洋环境与气候变化、海洋微塑料、海洋渔业生物资源保护等深入交流，以期进一步加强海洋生态保护与海洋渔业可持续发展，改善世界范围内日益严峻的海洋环境。

危机四伏的海洋污染——酸化和微塑料污染

海洋是人类的资源宝库，又被称为“生命的摇篮”。海洋不仅蕴藏着丰富的自然资源，而且在调节全球气候方面发挥着重要作用，更与人类可持续发展息息相关。近年来，人类的生产生活导致气候变化和海洋资源衰退，严重影响了海洋的可持续利用。中日两国都是海洋大国，多年来，两国在海洋领域开展了卓有成效的合作：1986—1992年两国科学家开展了黑潮合作调查研究，2000年中国科学院海洋研究所与日本东京工业大学共同建立“中日海洋腐蚀环境共同研究中心”，2013年两国进一步探讨建立海洋合作部长级会议机制和各工作层交流合作平台。海洋合作已成为中日合作的重要领域，既符合双方各自的利益关切，促进了各自发展，也为世界发展作出了卓越贡献。

随着社会经济的飞速发展，海洋酸化、塑料污染等海洋问题应运而生，严重威胁着人类赖以生存的蓝色家园。在本次研讨交流活动中，中日双方专家特别针对海洋酸化和微塑料两大污染进行了交流讨论。

气候变化是我们今天面临的最大的环境问题。全球变暖的一个主要原因是人类的二氧化碳排放。海洋从大气中吸收二氧化碳，一部分溶解在水中形成碳酸，大气二氧化碳含量升高导致了海洋pH值下降，即海洋酸化。日本周围海域pH值下降趋势与大气中二氧化碳增加的预期速率相当，这一现象与上述理论相吻合。预计到本世纪末，整个海洋海水的pH值将下降0.3—0.4，酸化的海洋环境通过降低碳骨架的生长危害到珊瑚和其他生物的生存，严重危害到海洋的生物多样性和生态系统。

日本琉球大学理学院栗原晴子教授致力于研究海洋渔业和海岸带生态系统的海洋酸化对海洋生物和海岸带生态系统的影响，研究了海洋酸化对包括海胆、贝类、珊瑚、海草在内的多种海洋生物的生理生态影响，以探索更好地实现可持续生态系统。她举例解释了海洋酸化对生物和生态系统的影响：在低pH值条件下，浮游生物在幼虫阶段无法正常制造外壳；幼鱼的细胞强度趋于降低，细胞变得容易破裂；海胆幼虫体积减小；成年牡蛎无法正常产卵。海洋酸化以不同的方式影响着不同生物体的不同生命阶段，而这些生物对我们来说是非常重要的食物来源，间接地关系到人类生活。在生态系统层面，海洋酸化会增加海草的产量，但是会导致海胆的生理机能下降，造成海胆群落减少，这意味着生物系统内自上而下或自下而上的控制被打乱。栗原晴子教授强调，虽然通过海藻吸收二氧化碳来缓解海洋酸化是一种解决方案，但关键在于保持平衡，最根本的方法在于减少人类的二氧化碳排放。

塑料被广泛应用于制造各种日常生活产品，自20世纪50年代以来，全球塑料工业蓬勃发展。然而，由于塑料难以降解，过去几十年，大约有10%的塑料废物输出到海洋中，缓慢地聚合成微塑料。微型塑料的尺寸小于5毫米，由于其大小与一些小型海洋生物群相似，因此可能会被误食并转入海洋生态系统。目前已经在包括浮游植物、虾、鱼等多种海洋生物中发现了微塑料，污染物进而会通过食物链向人体转移，可能导致一系列健康问题。

海洋是微塑料最大的汇集地，现在漂浮在海洋表面的有超过5万亿个塑料碎片，重量超过27万磅。中国自然资源部第二海洋研究所黄伟研究员展示了中国几种典型海湾沉积物中微塑料的分布特征，并分析了微塑料的来源以及对海洋生物早期发育的毒理学影响。他指出，海水中微塑料丰度与该地区水体的流体动力学和人口数目有明显关系，在波浪作用、水流作用弱和人类活动密集地区，微塑料含量明显升高。团队推测微塑料的来源有两种，一是老化的网和绳索因水产养殖活动产生了大量纤维，二是来自沿岸附近村庄和工厂排放的垃圾。而在微塑料对海洋生物早期发育的毒理学影响方面，研究结果表明微塑料会附着于幼鱼鳃丝，影响鱼类的呼吸；微塑料毒性会影响一系列细胞代谢进而影响细胞的能量供应，会对幼鱼的生长、消化和免疫造成影响；并且会在鱼类张口时进入其消化道影响消化酶，损害肠道，致使幼体的死亡率显著增加。黄伟研究员总结表示，在未来的海洋生态系统中，微塑料污染会对海洋生物产生不利影响，扰乱其种群动态和物种间的相互作用，对经济和社会产生深远的负面影响。

7月2日，2020—2021中日高层次科学家研讨交流活动（海洋环境）在青岛举办，中方领导、部分线下和线上参会的科学家合影

对微塑料分布的研究是进行其他研究的基础，对此，日本九州大学应用力学研究所矶边笃彦教授团队开展了世界海洋微塑料丰度的分布绘图项目，开发建立了世界海洋微塑料数值建模方法，该模型可以模拟全球海洋塑料的产生、水平运输和消减过程，为探究微塑料的毒性以及以数值模拟的方式预估海洋微塑料丰度提供了数据支持。

不可小觑的海洋功效——负碳排放

近年来，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）和联合国教科文组织政府间海洋学委员会（UNESCO IOC）都发布了有关海洋碳研究的报告，提到了海洋负碳排放的有关研究方法。国际海洋勘探委员会（ICES）和北太平洋海洋科学组织（PICES）也成立了“海洋负碳排放”专家工作组联盟，汇集了来自15个国家的成员，海洋负碳排放课题受到了世界各国的广泛关注。

针对气候变暖问题，我国于2020年提出了“双碳”目标，即二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。碳中和有两种方式，一种是二氧化碳减排，但是与经济发展有一定的矛盾；另一种是碳封存。海洋是地球上最大的活跃碳库，其大小是陆地的20倍，具有很大的固碳潜力。目前被广泛知晓的海洋储碳生物学机制是“生物泵”，即通过光合作用将二氧化碳转化为有机碳，其中一部分会随着死亡生物体残骸沉入海底被永久封存，而更多的会溶解在水体中成为可以被再次利用的活性有机碳。然而海洋中95%的溶解碳都是惰性的，有机碳是如何从可利用状态转为不可利用状态的，在主题报告中，中国科学院院士、厦门大学焦念志教授介绍了“微生物碳泵”理论研究成果，揭示了某些特定微生物在惰性溶解碳形成中的作用，即微生物驱动了从生物可利用的活性有机碳到难以消化的惰性溶解碳的转化。

焦念志教授指出，通过降低陆地营养盐向海水输入，可以实现增加近海储碳量的目的。从江河入海口地区海洋和大气之间碳通量的数据中可以看出，在大多数情况下，该地区成为产生二氧化碳的源头。人类生产生活产生的多余养分随河流入海，导致沿海地区的水中富含有机营养，促使细菌茁壮成长，细菌呼吸消耗有机碳释放出二氧化碳，这就是沿海地区碳汇量少且成为二氧化碳来源地的原因。因此，可以通过减少土地施肥等方式降低陆地营养盐向海洋的排放量，使“微生物碳泵”在近海更加有效地将有机碳惰性化来增加沿海水域碳汇，进而由海流带入大洋进行长期储碳。另外，焦念志教授表示，实现海洋负碳排放还需要将“生物碳泵”“碳酸盐碳泵”和“微生物碳泵”这三种机制结合起来，最大限度地提高特定环境中沉积物的有机和无机碳总量，将受人为影响的有害水产养殖底泥转化为改善环境的碳汇场所。在缺氧条件下，微生物过程可以通过硫还原产生碱度，甚至可以添加一些矿物质辅助，在这种情况下，二氧化碳会生成碳沉淀、碳酸盐沉淀达到固碳的目的，这就是“碳酸盐碳泵”机制。因此，如果在一定条件下进行操作、控制边界条件，比如创造缺氧条件和恰当的较少的营养量，可以通过上述三种碳泵的协同作用完成碳封存。

举足轻重的海洋资源——渔业

中日两国都是渔业大国，渔业在两国粮食安全、国民经济中均占据着重要地位，在本次研讨活动中，双方专家针对气候变化对渔业的影响、渔业的可持续发展等方面进行了深入的交流讨论。

在气候对鱼类和渔业的影响方面，北海道大学见延庄士郎教授指出，气候变暖导致的海洋热浪使北太平洋生态系统结构发生变化。他的研究综合了美国国家海洋和大气管理局与日本渔业局收集的数据，发现自1865年以来，整个北太平洋的整体生物量逐渐增加。其中，海洋热浪导致温水性鱼类增加，如黄尾鱼在2010年后快速增长，对马鲭、鳀鱼和鲑鱼生长也有正面影响；但是造成鱿鱼数量减少，底栖鱼类受到的负面影响尤为严重，原因是底栖鱼受海底地形的限制，无法像远洋鱼类那样有迁徙的自由。中国海洋大学田永军教授以西北太平洋秋刀鱼为例，指出厄尔尼诺现象对太平洋秋刀鱼丰度产生积极影响。这是由于在厄尔尼诺年，产卵场水温较高；而在拉尼娜年，较低的产卵场水温导致秋刀鱼丰度下降。此外，团队根据产卵场的环境变化提出了新的产卵场指数，很好地解释了20世纪80年代后期以来秋刀鱼丰度的变化。不同鱼类产量的变化也可以用作预测环境变化的信号，比如冷水性鱼的产量上升，表明寒冷模态的转变即将到来，这种变化的预警对渔业管理十分重要。

另一方面，在过度开发的背景下海洋渔业资源的可持续利用受到打击。田永军教授展示了一组世界渔业生产数据，2000年以后全球海洋中几乎所有鱼类种群都被过度开发，中国的渔业资源丰度在1990年后呈现大幅度下降的趋势并且一度降到很低的水平，鱼类个体的年龄和体长呈下降趋势，渔业资源的可持续利用面临巨大挑战。因此基于生态系统的渔业管理方法对未来中国渔业发展尤为重要。

上海交通大学曹玲教授建议将渔业和水产养殖作为全球粮食系统的一个组成部分进行管理，进而了解人类对海洋环境和生态系统的影响，最终实现海洋渔业和水产养殖系统的可持续发展。此外，上海海洋大学张帆教授表示，有关渔业的海洋生态系统的数据收集与监测以及更精细的时空分辨率，离不开广泛的国际合作。东京海洋大学市野川桃子教授和中国科学院海洋研究所张辉研究员也表示希望中日两国在渔业资源方面加强合作，推动研究创新。

与会专家

开展海洋科学研究的建议

在整场活动中，专家之间积极交流经验、分享成果，为人类应对气候变化和海洋生态系统的未来提供了全球视角。针对日益凸显的海洋问题和迫在眉睫的海洋治理，中日专家提出以下几点建议。

一是坚持持续性监测海洋环境变化，包括对深海的监测和长期的海洋生物监测。目前我们对海洋知识的了解是有限的，需要做更多的观测和监测工作，以应对未来的机遇与挑战。

二是引入人工智能等新技术，建立科学有效的气候模型，增强海洋环境变化的可预测性。

三是建立围绕保护海洋环境的交叉学科研究平台。海洋环境科学是复杂的前沿科学问题，涉及物理学、生物学、生物地球化学、生物生态系统学等多个学科，跨学科、多学科之间的协同合作和研究非常重要。

四是加强新一代科技人才培养，大力培养高层次海洋研究人才和后备力量，鼓励更多热爱海洋的青年人才加入，共同探索气候变化对海洋生态系统的影响机制。

五是保持跨国家的密切合作。不仅是中日两国，世界各国政府部门也应通力合作，促进在海洋环境领域的合作发展，推动产学研机构在科技创新领域的交流合作，共同搭建海洋环境领域的科技创新、教育合作和人文交流平台，为推进海洋环境领域学科发展贡献智慧和力量。