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海洋恢复生态学
1.3.2.2.1 一、 生境受到严重损害
一、 生境受到严重损害

海洋生物的生长和繁殖,离不开良好的生活环境。由于人类的侵犯,近海生活环境被大量侵占,水质和底质日益恶化,对海洋生物构成严重威胁。生境损害主要表现在以下四方面。

(一)滨海湿地、河口和海湾面积大大缩小

滨海湿地、河口和海湾面积大大缩小,导致许多海洋生物产卵场、育幼场和栖息地受损。

滨海湿地和河口是海洋生态系统的重要组成部分,它是由海洋与陆地相互作用而形成的具有特殊功能的自然综合体。滨海湿地和河口由于营养物质丰富而成为生物多样性丰富、生产力高的海域(见插文)。但半个世纪以来,大规模开发活动已导致其面积锐减。例如,50多年来,美国已损失滨海和河口湿地8.7×106 hm2,法国、德国等国家也减少了约60%。

湿地简介

1971年,国际自然和自然资源保护联盟(International Union for the Conservation of Nature and Natural Resources, IUCN)在伊朗的拉姆萨(Ramsar)召开会议,通过了《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》(Convention on Wetlands of International Importance Especially as Waterfowl Habitat),简称《湿地公约》(Wetland Convention)或《拉姆萨公约》(Ramsar Convention)。该公约是政府间的协定,至2014年11月,湿地公约共有168个缔约成员,我国也于1992年加入该公约。公约旨在通过保护和恢复湿地保护迁徙的珍惜鸟类。

《湿地公约》对湿地下了定义,即其为天然或人工、长久或暂时性的沼泽地、泥潭地或水域地带,静止或流动的淡水、半咸水、咸水水体,包括低潮时水深不超过6m的水域;同时,还包括邻接湿地的河湖沿岸、沿海区域以及位于湿地范围内的岛屿或低潮时水深不超过6m的海水水体。对于这个定义,学术界尚有一些异议,但较普遍被采用。

《湿地公约》还提出了湿地分类系统:Ⅰ级单位为天然湿地和人工湿地;Ⅱ 级单位分为海洋-海岸湿地和内陆湿地;海洋-海岸湿地Ⅲ级单位和编号如下表。

湿地与人类的生存、繁衍、发展息息相关,是自然界最富有生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之一,它不仅为人类的生产、生活提供多种资源,而且具有巨大的环境功能和效益,被誉为“地球之肾”。在世界自然保护联盟(IUCN)、联合国环境规划署(UNEP)和世界自然基金会(WWF)共同颁布的世界自然保护大纲中,湿地与森林、海洋并称为全球三大生态系统。

在我国,根据湿地功能和效应的重要性,凡符合下列一标准,即被视为具有国家重要意义的湿地。

(1)一个生物地理区湿地类型的典型代表或特有类型湿地。

(2)面积≥10000hm2的单块湿地或多块湿地复合体并具有重要生态学或水文学作用的湿地系统。

(3)具有濒危或渐危保护物种的湿地。

(4)具有我国特有植物或动物种分布的湿地。

(5)20000只以上水鸟度过其生活史重要阶段的湿地,及一种或一亚种水鸟总数的1%终生或生活史的某一阶段栖息地的湿地。

(6)它是动物生活史特殊阶段赖以生存的生境。

(7)具有显著的历史或文化意义的湿地。

我国的滨海湿地分布总体以杭州湾为界,分为南、北两部分。

杭州湾以北的滨海湿地,除山东半岛和辽东半岛的部分地区为基岩性海滩外,多为砂质和淤泥质海滩,由环渤海湿地和江苏滨海湿地组成。环渤海湿地主要由辽宁三角洲和黄河三角洲组成,江苏滨海湿地主要由长江三角洲和废黄河三角洲组成。

杭州湾以南的滨海湿地以基岩性海滩为主。其主要河口及海湾有钱塘江-杭州湾、晋江口-泉州湾、珠江河口湾和北部湾等。在河口及海湾的淤泥质海滩上分布有红树林,从海南至福建北部沿海滩涂及台湾西海岸均有分布。在西沙群岛、中沙群岛、南沙群岛,以及台湾、海南沿海还分布有热带珊瑚礁(张晓龙等,2005)。

根据1991年全国海岸带和滩涂资源综合调查,我国0m以上的滩涂面积约有21703km2,大陆沿岸潮下带水深在0~15m的浅海面积为123802km2。我国大规模开发滨海湿地始于20世纪50年代,据不完全统计,目前已丧失滨海滩涂湿地面积约21900km2,约为沿海湿地总面积的50%(中国科学院《中国海洋与海岸工程生态安全中若干科学问题及对策建议》,2014)。

又据上海市1990年、1997年、2000年、2005年和2009年的卫星遥感影像数据解释结果,以及相应的海图测量数据,得到的-5m以上近海及海岸湿地面积在近20年里逐年减少,2000年之后更是急速减少(丁平兴,2013;图2-2)。

图2-2 1990年以来上海市近海及海岸-5m以上湿地面积变化(引自丁平兴, 2013)

海湾和河口的滨海是许多大、中城市所在地。由于围填海,我国许多海湾的面积急剧减少(表2-1)。

近年来,由于过度开发,胶州湾湿地面积不断缩小,由1988年的508km2下降到2012年的343.5km2,面积缩小了约39%;胶州湾湿地生态系统遭到破坏,1985年胶州湾湿地曾调查到的鸟类有260种,最新的调查仅发现156种。目前,胶州湾内的自然岸线仅有8.5km,非常稀缺(城市信报,2014年7月8日)。

表2-1 围垦面积大于50km2的海湾名录(引自吴桑云等,2011)

续表

(二) 近海环境污染严重

以20世纪50年代日本的水俣湾发生严重的重金属——汞污染为开端,继而西方国家许多海湾、河口富营养化和受到农药污染,美国和苏联大规模核武器试验造成海洋放射性污染,1967年超级油轮“托利卡尼翁”(Torrey Canyon)在英吉利海峡触礁失事导致超过10万吨原油泄入海中;海洋污染问题引起了世人的高度关注(李永祺,2012)。80年代后,海洋污染已由工业发达国家向发展中国家扩散,尤其是海洋污染事故频繁发生,沿海城市、工业区的近海环境污染大都十分严重。

近十多年来,近海污染的主要物质主要是氮、磷营养盐,石油,重金属,农药和持久性有机污染物(persistent organic pollutants(POPs),如多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAHs)和多溴联苯醚(PBDEs)等)。

海洋的污染物,主要是来自陆地的排放。例如,氮、磷主要来自城镇生活污水、农田和畜牧养殖业的排入。而油污染,主要来自海上油轮事故溢油事故和海上油田作业的溢油事故。例如,2002年装载着7.7万吨燃油的巴哈马油轮“威望号”在西班牙海域沉没,泄漏6万吨燃油,严重污染了西班牙、葡萄牙和法国数千千米海岸。又如2011年,美国路易斯安娜州位于墨西哥湾的“深水地平线(Deepwater Horizon)”钻井平台发生爆炸,并发大火(图2-3),导致11名工作人员丧生,数十万吨原油泄入墨西哥湾,使当地渔业蒙受巨大损失,成为有史以来海上油污染最严重的事故。

图2-3 2011年深水地平线平台爆炸

2011年3月,日本沿海强震引发福岛核电站核泄漏事故。该事故导致的海洋放射性污染问题引起世人高度关度。据估测,事故所排放的放射性碘和铯的量分别接近1986年切尔诺贝利核事故发生后同类物质泄露量的73%和60%。大量放射性废水排入海洋,污染了西北太平洋海域。日本文部科学省2011年3月27日宣布,在从宫城县气仙沼市到千叶县铫子市近海南北约300km范围的海底泥土中,检测出最高浓度相当于通常水平数百倍的放射性物质(青岛晚报,2011年5月29日)。

我国自20世纪70年代末以来,海洋污染日趋严重。正如《中国海洋发展报告(2010年)》指出,从20世纪70年代末开始,我国海洋环境总体质量持续恶化,污染损害事件频繁发生;30多年来,排海污水和污染物数量持续增加,海水、海洋沉积物和海洋生物质量持续恶化,局部海域的恶化趋势有所缓解。

孟伟等(2012)指出,我国近岸海域污染防治面临近海海域陆源污染尚未有效控制、水体富营养化、海上船舶与港口污染、海上养殖污染、重点河口和海湾的POPs污染等主要问题。

同时,我国近海的石油污染问题亦十分突出。据交通部海事局统计,1973~2006年,我国沿海共发生大小船舶溢油事故2635起,其中50t以上的船舶重大溢油污染事故69起,总溢油量37077t。其中,渤海湾、长江口、台湾海峡和珠江口水域被公认为是我国沿海船舶重大溢油污染事故高风险水域。近些年大连和青岛的储油库因灾导致成千上万吨原油泄入海湾以及2011年渤海“蓬莱19-3”油田海底溢油事故,均造成海域大面积油污染。随着海上油运、海上油田开采、沿海地区大型石油化工业和储油库建设的迅速发展,我国沿海灾难性油污染事故风险也进一步加大。

2000年,美国国家科学研究委员会(National Research Council, NRC)在其报告中指出,富营养化已成为威胁近海生态系统健康最主要的因素之一。

海洋富营养化(eutrophication)是指海水中营养物质过度增加,并导致生态系统有机质增多、低氧区形成,藻华暴发等一系列异常改变过程(俞志明,2011)。我国沿海富营养化问题突出表现在以下方面。①营养盐污染海域面积广。自2000年以来,我国近海未达到清洁海域水质标准的面积超过13万平方千米,约占我国近岸海域(水深10m以内)面积的一半。②无机氮和活性磷酸盐是导致我国近海污染物超标的主要原因。③渤海的辽东湾、渤海湾、莱州湾以及长江口、杭州湾、珠江口都是营养盐污染问题突出的海域。④ 近岸海域氮污染问题突出。据对长江口海域的调查表明,在过去40年里,长江口海域硝酸盐和活性磷酸盐的浓度都明显上升:硝酸盐浓度由11μmol/ L上升到97μmol/L,活性磷酸盐浓度由0.4μmol/L上升到0.95μmol/L。长江口海水中的氮磷比也相应从30~40增加到150(《中国海洋可持续发展的生态环境问题与政策研究》,2011)。海域富营养化将破坏海域的生态平衡,导致生态系统结构和功能的改变或退化,引起有害藻华和缺氧区扩大等生态灾害(图2-4)。

图2-4 现代近海富营养化概念模型(转绘自俞志明,2011)

应当指出的是,目前海洋的污染物种类繁多,对海域往往构成复合污染。各种污染物入海后的理化过程有别,彼此之间的作用也很复杂,对生态系统的影响呈现多样化、复杂化。随着沿海地区大力发展核电,放射性污染问题也应受到关注。

(三)近海“死亡区”扩大

溶解于海洋中的氧气,通常称为“溶解氧”(dissolved oxygen, DO)。DO是海洋动、植物生长和繁殖的最重要的生态因子之一,是反映海洋生态环境质量的一项重要指标。海洋中DO主要来自海-气交换,以及在海洋真光层中浮游植物、藻类和海草的光合作用。而海水中氧的消耗过程主要有生物的呼吸作用、有机质的分解和无机物的氧化作用。通常将DO含量低于2mg/L的水体称为低氧水体(hypoxia),在此临界值以下,鱼类可能会逃离水体,而底栖生物则濒临死亡。由于低氧对海洋生物会造成极大的伤害,因此低氧区又被称为“死亡区”(dead zone)。

自20世纪80年代发现美国长岛湾底层海水夏季低氧的严重事件以来,各国纷纷报道了观测到河口和海湾的低氧现象,如切萨皮克湾、北海、东京湾、波罗的海、黑海、亚得利亚海东北部等。在墨西哥湾,主要是由于密西西比河排入过多的营养盐造成缺氧区,其面积超过70000km2。据报道,全球“死亡区”的数量和面积都在扩大,全球累计有400个“死亡区”(图2-5),所占面积超过24万平方千米。

图2-5 全球报道的“死亡区”累计数量及分布(引自Diaz & Rosenberg,2008)

按“死亡区”发生的频率和持续的时间,大致可分为:短暂性“死亡区”,缺氧现象只偶尔发生,其重复周期大于1年;周期性“死亡区”,每年均发生数次,持续时间在数小时到数周的缺氧现象;季节性“死亡区”,一般在每年夏季或秋季发生缺氧现象;持续性“死亡区”,缺氧持续时间较长,甚至跨年度。

目前普遍认为,来自陆地的营养物质和有机物过量、微藻暴发性繁殖及水交换能力弱的海区易形成“死亡区”。

我国东海长江口外和南海珠江口外海域的底层,在夏季常发生低氧现象。长江口低氧区从出现的频率看,以123°00′E,30°50′N附近海域最高,该区水深约40m,低氧区中心位置的分布与长江口外槽的走势十分相似。长江口外低氧区的最早记录发现于1958年9月和1959年7日至8月。随后几年的调查结果表明,缺氧区的面积存在动态变化,而近十年来低氧区面积又比以前扩大(表2-2)。因此认为,缺氧区的形成除了由长江口海域赤潮频发和大量有机质分解导致以外,还与该区海底地形、台湾暖流有关(洪华生等,2012)。

表2-2 长江口外低氧区中心位置、面积和最低含量的历史记录(引自洪华生等,2012)