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1、中国环境与发展国际合作委员会中国海洋与滨海生态系统焦点和可持续发展政策选择执行总结专案组1中国沿海地区海水富营养化及相关生态环境问题中科院海洋研究所 中国科学院中国环境科学院 国家海洋环境监测中心中国海洋大学1. 介绍海洋生态系统的改变和退化是由人类向沿海水域过度排放有机污染物所导致的海水富营养化造成的。沿海海域的海水富营养化被认为是海洋生态系统健康的主要威胁之一。在过去的40年里，我们对于海水富营养化有了深入的研究，对其产生原因，发展过程和影响有了进一步的认识。然而，在减少陆源污染物和大气输入，以及富营养化产生的条件方面进展不大。对于海水富营养化的成因和影响，目前尚未有一个共同的定义。然而，
2、关于沿海海水富营养化的一个恰当的定义对于监测、评价和关键控制的制定是十分重要的。为了发展和政策决策，我们将沿海水域海水富营养化定义如下：由人类活动导致海水中营养物质浓度和成分的改变，导致海洋生态系统结构和功能的变化，使得其价值和服务功能退化。导致海水富营养化的主要原因是向沿海水域排放含有过量氮和磷营养物质的污水。在过去的100年里，人类活动加速了氮、磷等其他元素的生化循环。工业、城市、农业以及化石燃料所产生的大量氮和磷被排放入海，从而导致沿海海水富营养化。然而，沿海海水富营养化的直接原因是能源的消耗，化肥的使用以及土地利用的转变。人口的增长，经济的发展和农业集约化是其产生的间接原因。氮元素进入
3、海洋的途径有很多，包括地表水、地下水和大气沉降，磷元素主要通过河流进入海洋。沿海海域海水富营养化的预防和控制不应该仅仅依赖于降低氮和磷的浓度，而是减伤两种元素的排放。沿海海水富营养化是一个复杂的过程。例如，海洋生态系统对于营养物质入海的吸收响应是由特定的物理和化学因素刺激所决定的。这些反应不仅包括生物通过光合作用将二氧化碳转变为有机物，也是一套复杂的生态系统变化。此外，许多其他因素，入气候变化、过度捕捞、化学污染、外来入侵物种、土地的复垦、生物栖息地的破坏等因素也将影响海洋生态系统。这些多重的环境压力将导致海洋生态系统的服务功能和价值的下降。海洋生态系统对于养分富集的响应是非线性的，通过生态方
4、法防治沿海海水富营养化是很有必要的。科学研究表明沿海海水富营养化会对海洋渔业和社会经济发展这些依赖海洋生态系统健康程度的产业造成负面影响。营养物质倾倒到沿海区域将会直接导致初级生产者如浮游植物的群落、生物量和初级生产力的变化。进而在其他海洋食物网的浮游和底栖生物群落造成影响，并且降低水质和沉积物的质量。我国沿海越来越频发发生的赤潮和海水缺氧，都主要是由沿海海水富营养化所造成的生态后果。赤潮和缺氧有广泛的影响，许多海洋生物资源，如野生和养殖生物的大量死亡等等。海产品污染对海洋经济的可持续发展造成进一步的影响并损害消费者的健康。对于水体富营养化的研究得出的建议，如果营养物质减排措施得到有效的实施，
5、那么由水体富营养化所影响的水生生态系统将得到逐步的回复。但是这种生态系统的影响在短期内是难以恢复的。因此，在早期对营养物质减排实施管理对于减轻沿海水体富营养化是十分重要的。2. 中国沿海雨水营养物质污染的特征、来源和演替模式在世界范围内，人口的迅速增长和沿海地区产业的蓬勃发展使得从土地和大气排放入海的营养物质大大增加。营养物质对于沿海地区的污染已经成为全球海洋环境的重要问题。近期在美国和欧洲的调查发现，约78%的美国海岸和65%的欧洲大西洋沿岸水体出现富营养化的症状。虽然营养盐污染并没有受到像溢油事故、工业污染问题同样的重视，但是其影响更为普遍和持久且更难处理。中国现在也面临着日益严重的沿海海
6、域富营养化问题。2000年以来，我国不符合清洁水质标准的海域已超过平方公里，已占我国近岸海域（深度小于10米）面积的一半。溶解无机氮和磷是影响沿海水质的主要污染物。至2009年，超过清洁水质标准的海域面积约有平方公里。中国沿海的河口和海湾是污染最严重的海域。渤海的辽东湾、渤海湾和莱州湾，长江（扬子江）河口和东海的杭州湾以及南海的珠江（珍珠）是污染最严重的海域。在中国沿海水域溶解无机氮污染比磷酸盐污染更严重。我国大部分沿海省市沿海水域的溶解无机氮平均浓度都超过一类水质标准（渔业和自然保护区海水）。在上海和浙江省，溶解无机氮的浓度已经超过四类水质标准（海港和海洋工程海水）很多年。在2008年，除了
7、辽东湾，所有污染严重的海域都是由DIN引起的，但辽东湾的主要污染物是磷酸盐。在过去的几十年，沿海富营养化状态不断恶化，沿海水域中营养盐的含量不断增加（图1），营养盐的含量随年份不断变化如上图所示。中度富营养化海域在过去的五年中以每年超过百分之六的速度增长。同时，严重富营养化面积增加了约66%。溶解无机氮浓度超过三类水质（主要工业用海和沿海观光区用海）的地区扩大从长江和珠江河口到渤海湾，辽东湾，莱州湾，厦门和江苏省沿海水域。中国沿岸地区水体富营养化指数从2001年到2008年有了明显的增加。富营养化指数最高的是东海，其次分别是渤海，黄海和南海。 尽管营养盐的浓度不断增加，但是仍然有过量的营养盐排
8、放入海。此外，自从1980年以来海水中溶解无机氮的浓度不断增加，导致水中的N/P和N/Si不断上升。长江河口营养盐浓度的改变是最大的。特别需要指出的是，从二十世纪六十年代到21世纪，硝酸盐的浓度从11微摩尔增加到了97微摩尔；从二十世纪80年代中期到21世纪，磷酸盐浓度从0.4微摩尔增加到了0.95微摩尔。营养盐输送入海与人类活动密切相关，主要通过河流、废水和生活污水、大气沉降和海产品养殖的途径排放入海。通过河流排放入海的营养盐占所有入海营养盐总量的绝大多数。在中国，城市和工厂大多坐落在河流旁边。因此，大量的工业污水和生活污水被排放到河流中，同时，农田周围施用的化肥被排放到河流中最终运输到海里
9、。在2006年到2008年间，每年通过河流排放的铵态氮总量达到八十到一百万吨，排放的磷也达到二十五到三十万吨。长江是我国最大的营养盐排放河流，其次分别是珠江、钱塘江和黄河。在中国的四个海域中，东海是河流排入营养盐总量最多的海。废水和污水的直接排放入海是沿海水域营养盐入海的主要形式。然而，大量从废水和污水排污口排放的营养盐只占河流通量的很小一部分。2006至2008年的监测结果表明铵态氮和总磷的废水排放逐渐减少，其中总磷的减少十分明显。自从2006年到2008年，铵态氮的排海量从4.66万吨减少到4.15万吨；总磷的排海量从1.2万吨减少到3200吨。此外，大气沉降也是营养盐入海的另一种形式，比
10、如以空气形式的干沉降和气雾形式的湿沉降。通过对黄海的千里岩岛和东海的嵊泗的调查发现，湿沉降比干沉降能带入更多营养盐入海。黄海的溶解无机氮大气沉降通量几乎相当于其河流输入的通量。在东海，大气沉降的溶解无机氮的通量可比河流输入的溶解无机氮，但是大气沉降的磷酸盐通量只相当于河流输入总量的13%。中国是世界第一水产养殖大国，其产量占到世界总产量的70%。由水产养殖所导致的沿海海域海水富营养化受到政府和学者的高度关注。饲料和养殖动物的粪便以及其他海水养殖产业的副产品被认为是海水富营养化的原因。随着中国海产品养殖产业的不断发展，水产养殖所导致的污染越来越明显。随着人口的不断增加，农业和工业的不断发展以及城
11、市化进程的不断加快，沿海海域海水富营养化将会在今后的几年成为越来越严重的问题。对农业和食品工业的影响 中国食品安全保障的基础在于农业生产的食物产品，而农业生产的产品又严重依赖于化肥的使用。化肥的使用在过去的30年中有了显著的增长（图2）。在2008年，我国施用化肥的总量已经达到了5239万吨。在早期，化肥是增加作物产量的重要方法。然而，长期过度的施用化肥来增加农作物产量会起到反作用。农业施用化肥将会导致富营养化，特别是氮元素污染，会越来越严重。食品产业的发展和沿海海水富营养化的问题的平衡是现在亟待解决的问题。 同时，畜牧业的废弃物也逐渐成为营养盐污染的另一个重要来源，其对于沿海海水富营养化的影
12、响应该加强关注。沿海地区的人口快速增长和城市化进程随着人口的快速增长和城市化进程的加快，生活污水的排放量大大增加。从1998年到2008年，生活污水的排放量以每年6%的速度增长。截至2008年，污水的排放总量比1998年增加了72%，达到了178亿吨。在不久的将来，预计随着沿海省市经济的快速发展，人口的增长和城市化进程将会进一步加快。化石燃料消耗的增长燃烧化石燃料会产生大量污染物，包括氮氧化物。一部分氮氧化物被排放到大气中，然后通过干沉降和湿沉降进入海洋。在我国过去的30年里，汽车的数量显著增长。从1985年到2008年，汽车数量以平均每年15.6%的速度在增加。如此快速的增长速度和其对沿海海
13、水富营养化的潜在威胁是值得我们密切关注的。3中国海水富营养化对海洋生态系统的影响赤潮和缺氧是海水富营养化造成的最主要生态问题。之前的研究表明，富营养化是世界范围内赤潮频繁发生的主要原因。另一方面，世界范围内海水缺氧的415个沿海地区中，有169个地区受到了赤潮的影响。严重的缺氧将导致海洋生态系统的崩溃和鱼类资源的枯竭，使这里变成一片死海。除了赤潮和缺氧，沿海水域富营养化还会导致其他生态和环境问题，比如水母大量繁殖、鱼类资源枯竭等等。随着沿海水域富营养化在中国变得越来越严重，海水缺氧等其他环境问题也逐渐凸显出来。在对中国沿海的监测和调查数据表明，赤潮在我国沿海的发生频率、规模、影响都在快速增长，
14、已经成为海洋环境的一个重要问题。从20世纪70年代，赤潮发生的频率在每十年三次。导致赤潮的生物种类也在不断的增加，更多的有毒物种被记录。在20世纪末，大多数导致赤潮的生物种都是无毒的硅藻，如骨条藻。然而从2000年以来，经常有有毒物种赤潮的记录，如亚历山大藻、米氏凯伦藻、裸甲藻和东海原甲藻。赤潮规模和影响的不断扩大，影响到了海产品养殖业和海洋生态系统的健康。在二十世纪80年代，赤潮的影响范围大概只有几百平方千米。然而，到90年代末，赤潮的影响范围已经到达了几千平方千米，而且赤潮的持续时间也延长到一个月甚至更长。1999年渤海发生的赤潮事件的海域影响范围达到了6000平方公里。自从2000年以来
15、，东海每年都爆发大规模甲藻赤潮，其影响面积达到10000平方千米。2008年，在黄海爆发的由浒苔引起的绿潮，影响范围达到了30000平方千米，其生物总量达到了约几百万吨。中国沿海地区发生的赤潮与沿海海水富营养化密切相关。据统计，长江河口作为赤潮发生频率最高的地区，其富营养化程度也是最严重的。海水中营养盐浓度和构成的改变，如氮磷比，将会导致海藻优势物种的改变，从而引发赤潮。据报告，中国一些河口发生过缺氧事件，如长江和珠江。较强的缺氧现象在地层水也能观测到。自从二十世纪九十年代末以来，夏季缺氧事件发生的可能性增加了90%，同时也观测到许多大规模地区缺氧（大于5000平方千米）的情况。底层水缺氧的发
16、生与经由长江水的运输和生物作用有直接的关系。然而，缺氧区域的形成与营养盐的生物作用的关系至今不明。自从2000年以来，记录表明有大量有害生物和低价值水母灾害在中国爆发。水母灾害的主要物种是霞水母和冠口水母。通过调查，从1999年到2004年的六年间，东海的水母生物量增加了几百倍。先前的研究表明，引起水母爆发性增长的原因有过度捕捞、气候改变和富营养化。富营养化海区浮游生物的改变，尤其是甲藻数量的不断增加，促进了水母的增长。沿海水域海水富营养化与生态系统改变的密切联系和社会经济的发展和海洋生态系统的健康和生产力形成了一套完整的理论。对海洋经济发展的影响富营养化海水导致的赤潮会导致大量野生和养殖海洋生物的死亡，严重威胁到海洋渔业资源和水产养殖业的发展。1998年在广东和香港发生的赤潮导致了5亿元的直接损失。2005年在黄海发生的浒苔绿潮造成了13亿元的直接损失，并且对沿海的海洋环境造成消
