呂永龍，苑晶晶，李奇鋒，張悅清，呂笑天，蘇　超

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京　100085

2 中國科學(xué)院大學(xué)，北京　100049

陸源人類活動(dòng)對近海生態(tài)系統(tǒng)的影響

呂永龍1,*，苑晶晶1,2，李奇鋒1,2，張悅清1,2，呂笑天1,2，蘇超1,2

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100085

2 中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049

摘要:隨著海岸帶快速城市化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類活動(dòng)對近海生態(tài)系統(tǒng)的影響日益增加。通過對國內(nèi)外大量相關(guān)文獻(xiàn)的分析和與國際專家的研討，分別從海洋資源開發(fā)、海岸帶城市化和環(huán)境變化等幾個(gè)方面概述了陸源人類活動(dòng)對近海生態(tài)系統(tǒng)的影響。目前陸源人類活動(dòng)導(dǎo)致近海生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)的主要問題有：海洋生物資源過度捕撈、海岸帶富營養(yǎng)化、海洋酸化、珊瑚礁退化、海洋垃圾、以及海岸帶礦產(chǎn)開采等高強(qiáng)度開發(fā)活動(dòng)引發(fā)的重金屬和持久性有機(jī)污染物污染等。這些問題會(huì)直接導(dǎo)致海洋生物群落結(jié)構(gòu)變化、影響水質(zhì)、降低海洋生物多樣性，最終影響海洋生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，威脅海洋生態(tài)系統(tǒng)健康。這些問題的根源多來自陸地，必須將海洋和陸地作為一個(gè)有機(jī)整體，整合海陸系統(tǒng)相互作用的科學(xué)計(jì)劃，推進(jìn)海洋資源和近海生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)管理。

關(guān)鍵詞：陸海相互作用；近海生態(tài)系統(tǒng)；重金屬污染；持久性有機(jī)污染物污染；富營養(yǎng)化

河口和海岸帶是海陸交互作用的關(guān)鍵地區(qū)，各種物理、化學(xué)、生物和地質(zhì)過程在這里相互關(guān)聯(lián)，生態(tài)環(huán)境非常敏感和脆弱。這里也是人類聚居和海洋資源利用的重點(diǎn)地區(qū)，聚集了大約60%的人口和三分之二的大中型城市。海岸帶地區(qū)的快速城市化和工業(yè)化，對近海生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了日益嚴(yán)重的影響。陸源工業(yè)、農(nóng)業(yè)、采礦業(yè)、灘涂池塘養(yǎng)殖等人類活動(dòng)導(dǎo)致了近海重金屬和持久性有機(jī)污染物污染、富營養(yǎng)化、海水酸化和珊瑚礁退化等問題，從而改變了海水質(zhì)量、海洋生物群落結(jié)構(gòu)、海洋生物地球化學(xué)循環(huán)，并最終影響了海洋生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與健康[1]。

1海洋資源開發(fā)對近海生態(tài)系統(tǒng)的影響

海洋資源通常包括生物資源和非生物資源，生物資源包括植物(藻類、種子植物、苔蘚)、動(dòng)物(魚類、軟體動(dòng)物、貝殼類、哺乳類)、微生物、淡水及其溶解物；非生物資源包括煤、石油、天然氣、砂礦、甲烷水合物、錳結(jié)核、鎂和磷。按海洋資源可提供的產(chǎn)品和服務(wù)來劃分，海洋資源還包括海洋潮汐能、海洋波浪能、沿海風(fēng)能、海流能、海水溫差能、海水鹽度差能，還有諸如運(yùn)輸、休閑(海灘、港口)和旅游等不可提取類資源。海洋資源開發(fā)對海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的主要影響包括過度捕撈引起的生物多樣性減少、海洋油氣開采引起的石油泄漏污染、采礦引起的重金屬污染、以及由海洋航運(yùn)帶來的危險(xiǎn)物質(zhì)污染等[2]。

1.1海洋生物資源開發(fā)對近海生態(tài)系統(tǒng)的影響

海洋生物資源種類繁多，全球海洋物種總數(shù)約220萬種，其中約91%的海洋物種還有待識(shí)別和明晰[3]。根據(jù)估算，全球海洋每年的凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)為44—67GtC，大約占全球NPP的一半，受全球氣候變暖的影響，預(yù)測在最極端情況下，21世紀(jì)海洋NPP會(huì)比之前下降15%左右[4]。受海洋NPP下降的影響，未來全球海洋漁業(yè)產(chǎn)量會(huì)受到限制[5]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1950—1970年，全球漁業(yè)捕撈產(chǎn)量較為穩(wěn)定，1970年之后，全球漁業(yè)捕撈產(chǎn)量迅猛增長。世界人均水產(chǎn)品消費(fèi)量從20世紀(jì)60年代的9.9kg增長到2012年的19.2kg。海洋漁業(yè)在全球漁業(yè)總產(chǎn)量中占據(jù)主導(dǎo)地位，2006—2012年，海洋捕撈占世界總水產(chǎn)的82%以上[6]。

過度捕撈已導(dǎo)致關(guān)鍵種減少，觸發(fā)營養(yǎng)級(jí)聯(lián)效應(yīng)，使被捕食者體型變小，從而帶來捕獲量和經(jīng)濟(jì)效益的損失[7]。據(jù)世界銀行2009年估算，全球漁業(yè)資源因每年過度捕撈造成的損失達(dá)500億美元[8]。在多產(chǎn)的河口和沼澤地區(qū)，人類每日消耗貝殼類海產(chǎn)品，產(chǎn)生了大量的貝殼和其他垃圾，形成“貝殼島”，從而改變了近海生態(tài)系統(tǒng)[9]。

為了滿足全球日益增長的人口需求，水產(chǎn)養(yǎng)殖量從20世紀(jì)50年代的65萬噸增長到了6700萬噸(FAO, 2014)，同時(shí)期海洋總的捕獲量從1000t增長到了8000t。隨著海洋生物技術(shù)的發(fā)展，水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)從1970年起以平均每年8.8%的速率擴(kuò)張，增長速度已經(jīng)超過其他肉類生產(chǎn)行業(yè)。人類消費(fèi)的一半魚類來自水產(chǎn)養(yǎng)殖，未來這個(gè)比例還會(huì)增加。水產(chǎn)養(yǎng)殖向環(huán)境中釋放營養(yǎng)物、未消化的飼料、獸藥和殺菌劑，還會(huì)增加疾病和寄生蟲的風(fēng)險(xiǎn)。養(yǎng)殖的魚類和貝殼類進(jìn)入周圍的水體會(huì)引發(fā)遺傳退化和引入入侵種，對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。水產(chǎn)養(yǎng)殖中魚類作為飼料使用，管理不善還會(huì)給野生魚類和海洋環(huán)境帶來額外壓力，其他影響還包括化學(xué)物和藥物帶來的海水污染、飼料和廢棄物中營養(yǎng)物釋放導(dǎo)致的富營養(yǎng)化、耕地和淡水供給的鹽堿化[10]。

1.2海洋非生物資源開發(fā)對近海生態(tài)系統(tǒng)的影響

在過去的幾千年里，大陸是礦物材料的唯一來源，但由于人口增長和財(cái)富增加，人類對于礦物及其衍生金屬的需求越來越大，深海采礦將成為一個(gè)重要的原材料來源。深海擁有幾千米厚的銅、鎳、鈷錳核；含鈷、鎳、鉑族金屬和稀土元素的錳結(jié)殼；富含銅、鋅、鉛、銀和金的海底熱液硫化物和沉積硫化物；以及近期發(fā)現(xiàn)的在深海泥里的稀土元素和釔[11]。熱液底部通風(fēng)口存在的多金屬錳結(jié)核、鈷結(jié)殼和硫化銅沉積物已經(jīng)被很好地探明，但深海采礦業(yè)還處于初始階段，到目前為止只有油氣被大量開采。海底石油鉆井技術(shù)已在20世紀(jì)初期得到應(yīng)用，但工業(yè)礦物的海底開采還處于早期階段[12]，未來對深海礦物資源的開采會(huì)持續(xù)增加。

海洋近岸和深海蘊(yùn)藏著數(shù)以億計(jì)的礦產(chǎn)資源。從全球來看，天然氣水合沉積物約有97%分布于近海，目前已發(fā)現(xiàn)了230種天然氣水合沉積物，潛在天然氣儲(chǔ)量超過了1.50 × 1016m3[13]；鐵錳結(jié)核的分布密度從1.00 kg/m2到50.00kg/m2不等，主要分布于太平洋，即著名的克利珀頓區(qū)；深海含金屬沉積物主要分布于南緯5°—45°太平洋和大西洋地區(qū)，印度洋只有少量分布；磷塊巖在大陸邊緣、海底山脈尤其是太平洋中部分布較集中[14]。我國近海海洋能理論蘊(yùn)藏量大致為6.30億kW，其中可開發(fā)的再生海洋能源約為4.40億kW。同時(shí)，可開發(fā)的全部海域風(fēng)能大約為7.50億kW，絕大部分分布在東南沿海。中國海洋能源的利用形式主要有風(fēng)能發(fā)電、潮汐發(fā)電等，當(dāng)前已運(yùn)行沿海風(fēng)能的總發(fā)電能力為41.59萬kW，大型潮汐發(fā)電站的裝機(jī)容量達(dá)到6070kW[15]。

沿海采礦業(yè)迅猛發(fā)展給海洋生態(tài)系統(tǒng)帶來越來越大的壓力。海岸帶砂金礦開采會(huì)導(dǎo)致沿岸生境退化和河流分布的變化[16]，還會(huì)導(dǎo)致生物生產(chǎn)力降低、影響商業(yè)捕魚和貝類采集、影響水質(zhì)，也給海岸帶的旅游和休閑活動(dòng)帶來負(fù)面作用[17]。近海海域環(huán)境質(zhì)量不斷惡化，排海污水、廢棄物數(shù)量持續(xù)上升，環(huán)境污染事件頻繁發(fā)生，其后果便是海洋生物的數(shù)量與質(zhì)量顯著下降，海洋生物多樣性面臨嚴(yán)重威脅。

2人類活動(dòng)和氣候變化雙重作用對近海生態(tài)系統(tǒng)的影響

海岸帶的快速城市化和工業(yè)化，與化石燃料燃燒、農(nóng)業(yè)、采礦業(yè)等產(chǎn)生的污染物排放和氣候變化一起，對近海生態(tài)系統(tǒng)和海洋的生物地球化學(xué)循環(huán)產(chǎn)生了日益嚴(yán)重的影響。研究發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的海洋生態(tài)系統(tǒng)都受到了人類活動(dòng)的影響，其中41%的海洋生態(tài)系統(tǒng)受到多種因素的共同作用[18]。人類工農(nóng)業(yè)活動(dòng)和城市發(fā)展帶來的主要問題有：重金屬污染、持久性有機(jī)污染物污染、富營養(yǎng)化、塑料垃圾等，在人類活動(dòng)和氣候變化的共同作用下，也出現(xiàn)了海洋酸化、珊瑚礁退化等一系列問題，這些問題都在不同程度上影響了近海生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展。

2.1重金屬污染

隨著快速工業(yè)化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，重金屬通過河流和地下水排放、海洋傾廢，持續(xù)進(jìn)入河口和海岸帶生態(tài)系統(tǒng)[19, 20]，經(jīng)過懸浮物的吸附和沉降作用，海洋沉積物成為接收重金屬的匯[21-23]。根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)局(USEPA)沉積物環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)(SQG)的臨界效應(yīng)水平(TEL)，Cu和Pb是污染最重的兩種金屬，監(jiān)測值范圍分別為5.60—167.50mg/kg和10.49—122.00mg/kg，污染最嚴(yán)噸重的地點(diǎn)分別位于非洲摩洛哥Moulay Bousselham湖和德國不萊梅灣。其他幾種重金屬Ni、Cd、As、Hg的監(jiān)測值范圍分別為17—85.1mg/kg、0.11—10.04mg/kg、0.3—22.2mg/kg、0.02—22.07mg/kg，污染最嚴(yán)重的地點(diǎn)分別位于愛琴海東部沿海、西班牙美諾沿海、土耳其伊茲米特灣和挪威孔斯峽灣，污染程度與地區(qū)的工業(yè)化程度密切相關(guān)[24-37]。

我國山東半島和遼東灣重金屬含量較高，山東半島Ni、Cr、Zn濃度較高，遼東灣Hg、As、Pb、Zn濃度較高；海南島周圍和長江三角洲整體上污染較輕[22, 33, 36, 38-41]。從2011—2012年Hg在我國沿海沉積物中的分布趨勢看，污染最嚴(yán)重的區(qū)域在珠海周圍，且從近海向外大陸架呈現(xiàn)遞減趨勢。以陸地為基礎(chǔ)的排放以及來自河流的輸入是我國海岸帶沉積物Hg污染的主要源[42]。

一般來說，海岸帶礦石開采、油漆制造業(yè)、鋼鐵制造業(yè)以及金屬產(chǎn)業(yè)是重金屬幾大污染源。例如，礦石尤其是酸性礦、焦炭可造成Cu、Zn、Hg、Cd的污染；油漆產(chǎn)業(yè)可造成多種重金屬如Cu、Zn、Cr、Hg、As的污染；金屬產(chǎn)業(yè)主要引起Pb、As的污染；石油燃燒主要造成Ni、Cr的污染；鋼鐵工業(yè)和家庭廢水的排放可造成Cu、Zn的污染；水泥生產(chǎn)以及海岸帶造船業(yè)可造成Pb的污染；Hg污染的其他來源還包括廢料煅燒、造紙業(yè)、殺蟲劑污染及火山噴發(fā)等[29, 37, 43-44]。

重金屬通過生物化學(xué)過程在沉積物相和水層之間循環(huán)，通過對沉積物的污染影響水質(zhì)和水生物體對金屬元素的吸收、累積，進(jìn)而對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生潛在影響[45]。Cu、Pb、As能對馬尾藻亞顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生致畸作用，進(jìn)而對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)[46]。Cd、Cr、Pb以及它們的混合物會(huì)影響幼年扇貝的成長，Cd的影響效果最強(qiáng)，其次是Pb，這種效應(yīng)進(jìn)而會(huì)影響到食物鏈甚至生態(tài)系統(tǒng)[47]。重金屬Co、Cu、Ni、V會(huì)降低海洋底棲生態(tài)系統(tǒng)的多樣性[48]。

2.2持久性有機(jī)污染物污染

隨著人類發(fā)明和使用的有機(jī)物種類越來越多，海洋中持久性有機(jī)污染物的種類也日益增加，這其中既包括傳統(tǒng)持久性有機(jī)污染物，如有機(jī)氯農(nóng)藥(OCPs)、多氯聯(lián)苯(PCBs)、多環(huán)芳烴(PAHs)等，也包括新型持久性有機(jī)污染物，如全氟化合物(PFASs)、多溴聯(lián)苯醚(PBDEs)、六溴環(huán)十二烷(HBCD)、得克隆(DP)等，還包括其他類型的化學(xué)物質(zhì)，如藥物、激素等[49-51]。

由于具有長距離遷移的能力，持久性有機(jī)污染物能夠隨大氣和洋流傳輸?shù)饺?。通過對海水和沉積物等環(huán)境介質(zhì)和生物體的全球監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)北美和歐洲海岸帶的污染水平明顯高于其他地區(qū)，亞洲東部海岸處于比較低的污染水平，而南美洲、非洲和大洋洲海岸則鮮有報(bào)道[52-54]。造成這種全球分布格局的原因主要是，北美和歐洲生產(chǎn)和使用這些物質(zhì)的歷史比其他地區(qū)早數(shù)十年，并且也是生產(chǎn)和消費(fèi)這些物質(zhì)的主要國家，排放到環(huán)境中的污染物積累時(shí)間更長，因此濃度要高于其他地區(qū)。

通過對海岸帶海水和沉積物中多種污染物的空間格局進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，沿海工業(yè)排放和生活排放被認(rèn)為是污染物最主要的來源，PFASs、PBDEs、PCBs等污染物的高濃度都出現(xiàn)在人口密集且城市化、工業(yè)化發(fā)達(dá)的區(qū)域。污染物濃度水平在有局地點(diǎn)源排放的位置濃度最高，隨著距離增加被進(jìn)一步擴(kuò)散和稀釋，并且受到洋流的顯著影響[49, 55, 56]。沒有點(diǎn)源排放的偏遠(yuǎn)海岸帶地區(qū)，污染物的濃度水平明顯低于有點(diǎn)源排放的區(qū)域。

海洋中持久性有機(jī)污染物濃度升高，一方面會(huì)威脅海洋生態(tài)系統(tǒng)健康，另一方面會(huì)通過食物鏈進(jìn)入海產(chǎn)品而影響人類健康。持久性有機(jī)污染物對生態(tài)系統(tǒng)的影響主要依賴于對生物類群中污染物水平和生理指標(biāo)的監(jiān)測和統(tǒng)計(jì)分析。一些持久性有機(jī)污染物具有內(nèi)分泌干擾的特性，能夠干擾動(dòng)物的甲狀腺激素、性激素、糖皮質(zhì)激素等，繼而影響動(dòng)物的行為和生存。在生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱的北極圈，持久性鹵代污染物被認(rèn)為與海鷗、北極熊、魚類的激素、繁殖、免疫、酶活性、維生素等生理指標(biāo)有一定聯(lián)系，這些干擾可能影響動(dòng)物對極地環(huán)境的適應(yīng)性[57]。

2.3富營養(yǎng)化

海岸帶地區(qū)的營養(yǎng)物污染主要來自農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)、污水和工業(yè)廢棄物以及氣候變化導(dǎo)致的溫度和水體的復(fù)雜交互作用。從20世紀(jì)70到90年代，全球尺度上陸地輸入海洋的氮、磷已經(jīng)翻了三倍，對海岸帶的生物地球化學(xué)循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)健康都產(chǎn)生了影響[58]。進(jìn)入海洋的營養(yǎng)鹽有點(diǎn)源污染和非點(diǎn)源污染兩種形式，點(diǎn)源污染主要來自污水排水口和工廠排放物，非點(diǎn)源污染主要來自農(nóng)業(yè)集水區(qū)的地表徑流或地下水徑流流出、或者被污染的含水層。

人類向海岸帶輸入營養(yǎng)物會(huì)導(dǎo)致藻類大量繁殖，發(fā)生藻華，出現(xiàn)生物資源大量死亡、病原體突現(xiàn)和入侵物種的爆炸性增長[59]。養(yǎng)分負(fù)荷會(huì)帶來各種影響，如高含量的葉綠素a、海藻迅速生長、毒性藻華、生物豐富度/多樣性降低、水體透明度降低，晚期出現(xiàn)大量細(xì)菌、浮渣、真菌、低氧最終導(dǎo)致缺氧。富營養(yǎng)化對人體健康的潛在危害包括過敏等皮膚疾病以及帶來更嚴(yán)重的健康威脅[60]。

富營養(yǎng)化驅(qū)動(dòng)下生長的藻類大量死亡后，為底棲微生物的呼吸作用提供了豐富的有機(jī)物質(zhì)，提升了微生物活性和對溶解氧的消耗，從而造成底層海水溶解氧濃度大幅下降。初級(jí)生產(chǎn)力增加和富營養(yǎng)化加劇了全球范圍海洋死區(qū)的形成，對生態(tài)系統(tǒng)功能造成嚴(yán)重破壞[61]。目前世界上有500多個(gè)海岸帶缺氧區(qū)，覆蓋面積超過245000 km2[49, 62]，已報(bào)道的出現(xiàn)缺氧的海岸帶地區(qū)的數(shù)量正在呈每年5.54%的指數(shù)速率增長[63]。近年來，缺氧區(qū)主要出現(xiàn)在發(fā)達(dá)國家的海岸帶和河口地區(qū)，未來最大的缺氧區(qū)預(yù)計(jì)在南亞和東亞地區(qū)[64, 65]。目前海岸帶生態(tài)系統(tǒng)缺氧區(qū)的擴(kuò)張主要是由全球變暖以及從陸地和大氣輸入的營養(yǎng)物增多造成的[66]，如果缺乏細(xì)致的海陸管理，人口增長和進(jìn)一步的海岸帶城鎮(zhèn)化也會(huì)加劇海岸帶的缺氧[49]。通過改變食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)和生物多樣性，缺氧可以直接影響海洋生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)和功能。

營養(yǎng)物負(fù)荷的增加還導(dǎo)致了生物多樣性的降低、鹽堿地流失、對干擾的敏感性增加、以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的喪失[67]。目前全球大部分河口和海岸帶生態(tài)系統(tǒng)已處于過度開發(fā)與受威脅狀態(tài)，人類活動(dòng)對它們的破壞與日俱增，約50%的鹽堿地、35%的紅樹林、30%的珊瑚礁和29%的海草生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)消失或嚴(yán)重退化[68]，大量輸入的營養(yǎng)鹽是一個(gè)主要原因[69-72]。

2.4塑料垃圾

海洋垃圾日益成為一個(gè)環(huán)境問題，在表層海水、海底和海岸帶廣泛分布[62, 73-75]。大部分垃圾是塑料制品(約75%)，其他垃圾如玻璃和金屬類只占海洋垃圾的一小部分。大塊的垃圾碎片逐漸破碎成更小的碎片(稱為微型塑料)，廣泛分布于海洋表層水體、沉積物和生物群落中[76-78]。即使明天停止向海洋增加新的塑料碎片，因?yàn)榇髩K塑料的破碎，微型塑料的數(shù)量還是會(huì)持續(xù)增加[76]。已經(jīng)有很多攝食塑料碎片帶來人身傷害的報(bào)道，已知有將近700個(gè)物種會(huì)遭遇海洋垃圾的傷害[79]。攝食微型塑料會(huì)帶來潛在的身體和毒性效應(yīng)[80, 81]，塑料碎片會(huì)給生物群落及其提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能帶來潛在影響[82]。所有海洋垃圾的碎片都源于陸地，解決海洋垃圾的問題，就應(yīng)該保證塑料制品在使用完畢后能夠在陸地上被妥善處置[62, 83, 84]。人們也需要改變生產(chǎn)、使用和處置塑料碎片的方式，盡可能地預(yù)防和規(guī)避塑料垃圾隊(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響[83, 84]。

2.5海洋酸化和珊瑚礁退化

大氣二氧化碳含量增加，會(huì)導(dǎo)致溶解在淺層海水中的二氧化碳含量增加，反過來會(huì)導(dǎo)致海洋pH值降低，這就是所謂的海洋酸化過程[85]。富營養(yǎng)化與海洋表層缺氧和海水酸化有關(guān)，會(huì)增加海岸帶海水對海洋酸化的敏感性[86]。現(xiàn)代表層海水的pH值與工業(yè)化前相比已經(jīng)平均降低了0.1個(gè)pH單位，除非人類排放二氧化碳能夠大幅度消減，否則21世紀(jì)將會(huì)繼續(xù)降低0.2—0.3個(gè)pH單位[49]。海洋酸化會(huì)降低海洋鈣化動(dòng)物(包括珊瑚和軟體動(dòng)物)貝殼和骨骼的生長，還會(huì)降低一些物種對熱應(yīng)力的耐受性[49]。海洋酸化和變暖的相互作用會(huì)導(dǎo)致珊瑚礁白化和造礁能力降低[87]。

在所有的海洋棲息地中，海岸帶和珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)提供了最為集中的海洋生物多樣性，但是全世界的珊瑚在急劇減少，主要是由最近數(shù)十年來更為頻繁、規(guī)模更大和持續(xù)時(shí)間更長的珊瑚礁白化事件導(dǎo)致的[88]。世界上珊瑚礁在退化，過去的30—50年消失了將近一半[89]。珊瑚礁白化是一種應(yīng)力反應(yīng)，通常是由各種局地或區(qū)域性的人類干擾活動(dòng)造成的，包括氣候變化、沉降、污染、破壞性捕魚技術(shù)和過度捕魚、過度開采礁石棲息地，而礁石棲息地可以保持最佳的造礁條件和控制大型藻生長[87, 90, 91]。

3未來研究展望

人類活動(dòng)對海洋生物地球化學(xué)循環(huán)的干預(yù)作用越來越強(qiáng)烈，在大時(shí)空尺度下對未來海洋化學(xué)性質(zhì)變化的預(yù)測以及各種變化對于海洋資源影響的精確評估，已經(jīng)成為海陸系統(tǒng)相互作用研究的重要科學(xué)挑戰(zhàn)[49]。與此同時(shí)，全球環(huán)境變化引起海岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失的定量化研究亦成為重大科學(xué)問題[92]。在未來研究中，需要深入探討碳、氮、磷等元素地球化學(xué)循環(huán)的新模式，揭示城市化進(jìn)程對海岸帶富營養(yǎng)化及全球生物地球化學(xué)循環(huán)的影響機(jī)制。發(fā)展并應(yīng)用新的分析工具來綜合評估海洋政策的選擇，把海洋和海岸帶作為關(guān)鍵的自然資本進(jìn)行深入的分析，明晰海洋資源管理中存在的價(jià)值沖突和價(jià)值估算問題。發(fā)展應(yīng)對海洋系統(tǒng)內(nèi)在復(fù)雜性和不確定性的新方法，并應(yīng)用綜合方法分析時(shí)空尺度效應(yīng)以及藍(lán)色經(jīng)濟(jì)大背景下貧窮、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)之間的相互關(guān)系。為了更好地調(diào)控營養(yǎng)物質(zhì)的污染態(tài)勢，氮、磷與其他有毒化學(xué)品(重金屬、持久性有機(jī)污染物等)之間的耦合作用也需要得到更多的關(guān)注[93]。作為未來世界經(jīng)濟(jì)增長的主要引擎，發(fā)展中國家沿海區(qū)域人類活動(dòng)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系也有待進(jìn)一步研究[94]。

聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)、聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)、國際科學(xué)理事會(huì)(ICSU)等十余個(gè)聯(lián)合國機(jī)構(gòu)和國際科學(xué)組織陸續(xù)推出了多個(gè)海陸系統(tǒng)相互作用的科學(xué)計(jì)劃，如UNEP的海洋生態(tài)系統(tǒng)單元、保護(hù)海洋環(huán)境免受陸地活動(dòng)影響全球行動(dòng)計(jì)劃和區(qū)域海洋計(jì)劃，UNESCO政府間海洋科學(xué)委員會(huì)的海洋觀測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)，以及IGBP和IHDP共同發(fā)起的海岸帶海陸交互作用計(jì)劃(LOICZ)等。“未來地球(Future Earth)”將進(jìn)一步整合這些科學(xué)計(jì)劃，以推進(jìn)海岸帶生物地球化學(xué)循環(huán)、海岸帶系統(tǒng)脆弱性和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)、海岸帶生態(tài)系統(tǒng)對全球變化的響應(yīng)、人類活動(dòng)對入海流域及海岸帶的環(huán)境影響、海岸帶管理和可持續(xù)發(fā)展等科學(xué)問題的深入研究。

海洋生態(tài)系統(tǒng)正經(jīng)歷著比歷史上任何時(shí)候都更大規(guī)模和更快速度的變化，而引起這些變化的大部分?jǐn)_動(dòng)都與人類化石燃料燃燒、農(nóng)業(yè)和工業(yè)活動(dòng)緊密相關(guān)，未來幾十年還會(huì)增加，給海洋生物量和海洋資源帶來持續(xù)的負(fù)面影響?？紤]到以上面臨的挑戰(zhàn)，聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)(SDGs)[95]把保護(hù)海洋及海洋資源的可持續(xù)利用列入第14項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，包括陸地活動(dòng)對海洋的污染、海岸帶生態(tài)系統(tǒng)管理、海水酸化、海岸帶地區(qū)保護(hù)、漁業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和旅游業(yè)的可持續(xù)管理等幾個(gè)分目標(biāo)，關(guān)于海岸帶地區(qū)的復(fù)雜問題涵蓋了17項(xiàng)目標(biāo)的大部分內(nèi)容，共計(jì)60個(gè)分目標(biāo)。海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展還需要加強(qiáng)社會(huì)公眾的參與，社會(huì)和海洋的關(guān)系是海洋生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展一個(gè)非常重要的因素[96]，需要建立有效的海岸帶與海洋聯(lián)動(dòng)的生態(tài)安全管理體制，確保海洋環(huán)境和海洋資源的可持續(xù)管理。

致謝：本文曾作為2015年4月在巴黎召開的聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)海洋資源生態(tài)系統(tǒng)管理研討會(huì)的大會(huì)報(bào)告內(nèi)容，與會(huì)專家提出了很好的意見與建議，特此致謝。

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Impacts of land-based human activities on coastal and offshore marine ecosystems

Lü Yonglong1,*, YUAN Jingjing1, 2, LI Qifeng1, 2, ZHANG Yueqing1, 2, Lü Xiaotian1, 2, SU Chao1, 2

1StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China

Abstract：With rapid urbanization and economic development along the coast, the impacts of land-based human activities on coastal and offshore marine ecosystems have been significantly increased. This paper presented the impacts through literature synthesis and discussions with international experts, which are mainly caused by the exploitation of marine resources, coastal urbanization, and environmental change. Over exploitation of marine biotic resources, coastal eutrophication, ocean acidification, coral reef degradation, marine litter, and increasing pollution of heavy metals and persistent organic pollutants due to intensive coastal industrialization have become the major challenges and problems for coastal and offshore ecosystems. With changes in marine biological community structure, deteriorating water quality, and declining marine biodiversity, those chanllenges and problems will change the functioning of marine ecosystem services and thus threaten the health of the marine ecosystem. Since the major issues of coastal and offshore ecosystems stem from land-based activities, land and ocean should be considered as a single system when addressing them. Therefore, scientific plans on land-ocean interactions should be integrated to conserve and to ensure the sustainable use of marine resources and the sustainable management of coastal ecosystems.

Key Words:land-ocean interaction; coastal ecosystem; heavy metal pollution; POPs; marine eutrophication

基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)國際合作項(xiàng)目(41420104004)；科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)(2013FY111100)；中國科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目(KZZD-EW-TZ-12)

收稿日期:2015- 11- 18;

修訂日期:2016- 02- 26

DOI:10.5846/stxb201511182334

*通訊作者Corresponding author.E-mail:yllu@rcees.ac.cn

呂永龍，苑晶晶，李奇鋒，張悅清，呂笑天，蘇超.陸源人類活動(dòng)對近海生態(tài)系統(tǒng)的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(5):1183- 1191.

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