海洋酸化对近岸海洋生物的影响研究

海洋酸化对近岸海洋生物的影响研究

马秋丽

东莞市净宇检测技术有限公司 523073

摘要：海洋酸化的特点为，海洋环境的酸碱度每下降0.1，意味着整个海洋的酸度会提高30%。考虑到海洋不同地区的受污染程度不同，某些地区的酸化程度会远远超过平均值。此种情况会对近岸海洋生物造成环境胁迫效应——因环境整体发生不可逆的变化导致海洋生物原本的生活习惯、生理机能、代谢反应等被迫发生重大变化，严重影响生存。此外，还会造成异常矿化作用，令很多生物的碳酸钙骨架、外壳被溶解，大幅度降低其生存能力。

关键词：海洋酸化；近岸海洋生物；环境胁迫效应；异常矿化作用

引言：海洋生物是地球生物的重要组成部分，具有深远的研究价值。自西方工业革命以来，人类活动、工业生产造成大量污染物排放到自然环境中的现象。特别是在早期认识不足的阶段，人类生产生活中产生的大量垃圾、污染物（以污水为主）如果不能在陆地上进行较好地处理时，便会通过向海洋中排放的方式加以“解决”。但这种方式必定引起海洋污染，特别是海水的酸碱度一旦失衡，极有可能引起海洋酸化情况。因此，必须探索对近岸海洋生物造成的影响。

1.海洋酸化的特点

酸化即为特定的环境范围内，原本保持平衡状态的酸碱度情况被打破。而造成酸碱度平衡被破坏的原因中，包含二氧化碳、二氧化硫在内的酸性物质是主要作用成分。需要注意，海洋的酸化与实验室中的酸化现象在数值、量级方面产生的实际差异极大。比如在实验室检测中，烧杯中的液体酸碱度降低0.1，尽管也属于“酸化”，但是造成的影响可能并不是很大。但若海洋酸碱度降低0.1，意味着海洋中增加了大量的酸性物质，会严重影响很多海洋生物的正常生存。2012年的调查数据表明，由于二氧化碳等温室气体大量排放，全球海洋表层酸碱度已经降低了0.1（正常情况下的海洋酸碱度呈现弱碱性，具体值为8.2）。此种看似微弱变化的背后，是海水酸度提高幅度达到30%的严重现象。有环境学专家预测，到2100年，全球海洋表层的酸碱值会进一步下降至7.8，如果这一预测最终成为现实，则意味着在300年的时间内，全球海洋酸度提升幅度高达令人震惊的150%^[1]。受此影响，大量海洋生物（特别是生活在海洋表层的近岸海洋生物）的生存环境会被严重破坏，届时对全球生物种群都会造成严峻考验。

2.海洋酸化对近岸海洋生物造成的影响

2.1海洋酸化导致的近岸海洋生物环境胁迫效应

环境胁迫效应是指环境发生变化之后，对生物体原本所在生存空间造成一定的压力，会令生物体原本的生活方式在被迫状态下发生改变。因海洋酸化对近岸海洋生物产生的环境胁迫效应为：

2.1.1海洋酸化引起的酸中毒胁迫效应。海洋酸碱度降低之后，很多海洋动植物的细胞组织渗透压会被迫发生改变。比如很多软体动物、棘皮动物以及包含珊瑚、海藻在内的海洋植物因细胞破损而逐渐死亡。如果上述海洋生物的死亡率远远超过平均值，甚至在一定范围内呈现大批量集中死亡的态势，则该范围内的海洋会受到进一步污染，导致海洋生态持续恶化。海洋酸化对藻类植物、珊瑚虫等生物造成的环境胁迫的具体发生过程为：①硅藻细胞的酸碱平衡直接被打破，在酸中毒的情况下，硅藻细胞的硅酸代谢会陷入异常状态，最终导致死亡。②珊瑚虫在感受到海洋酸化之后，一般会通过调节自身组织与骨骼间基质的方法，希望调节自身酸碱失衡的状态。然而由于外部海洋环境整体处于酸化状态，而珊瑚虫个体的自我调节能力、规模与偌大的环境变化相比实在不值一提，故珊瑚虫经过一段时间的抵抗之后，也会因体内酸碱严重失衡而死亡。③海胆浮游生物。当海水的酸碱度发生变化时，海胆浮游生物的初级间质细胞会受到严重影响，最终引起酸中毒而死亡。

2.1.2因抵抗酸中毒而导致海洋生物其他代谢失衡。由于海洋酸化是一个动态的过程，并非“海洋环境骤然之间大范围酸化”。因此，在这个变化的过程中，一些海洋生物会在一定时间内呈现出“积极适应”的态势。这类生物从海洋中摄入过多的酸性物质之后，会刺激其发生生理反应，产生一种反馈补偿性的代谢。这种补偿性代谢具备一定的调节失衡酸碱度的作用。然而随着海洋中的酸性污染物数量持续增加，海洋酸化呈现出不可逆的态势。由此造成的结果是，这些海洋生物进行补偿性代谢的频率会越来越高。当这种补偿性代谢严重影响其他生理代谢过程，甚至令其他生理代谢过程几乎完全“让位”时，这些海洋生物原本的生理机能会被破坏，最终结果会朝着不利的方向发展。

2.1.3海洋表层相对溶氧量降低造成的环境胁迫。大量二氧化碳等温室气体排放到自然环境中后，一部分会向上作用于臭氧层，另一部分受气压低等因素的影响，会被挤压进海洋表面。在温室气体分压不断提升的状态下，海水中（特别是海洋表层的海水）的相对溶氧量会逐渐降低。大连海洋大学有关学者的研究结果显示：海水酸碱度每下降0.25，则海水溶氧量降低幅度便会相应地降低50%。在这种情况下，近岸海洋生物身体内部会面临酸碱度失衡造成的压力，身体外部会面临海水溶氧量降低后相应提升的海洋内部压力。上文提到，预计在2100年海洋酸碱度会降低至7.8，但这一数值是全球海洋的平均酸碱度数值。如果去掉深海、污染相对较小的区域，则必定存在一部分区域的酸化程度较高，甚至会降低到7以下。外国学者通过海洋酸化模拟试验，对栉孔扇贝等近岸海洋生物的碳呼吸率、耗氧率进行了调查，结果显示，这两项数值分别下降了11%和14%

^[2]。综合而言，随着海洋酸化的持续发生，很多近岸海洋生物在海水中提取氧的难度会大幅度增加，势必影响这些生物的正常生存。

2.2海洋酸化造成的近岸海洋生物矿化作用影响

矿化作用原本是自然界中碳、氮、磷、硫等元素进行动态循环必不可少的过程。但随着二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫等大量温室气体排放到自然环境并融合进海洋之后，会导致原本正常的矿化作用陷入异常状态。这种异常矿化作用对海洋生物造成的影响为：大量二氧化碳气体进入海水中后，会与水融合并生成碳酸（对应海洋酸化）。随着海洋中碳酸量的增加，会逐渐转化为氢离子和碳酸氢根离子，最终分解为碳酸根离子。海洋中碳酸根离子浓度增多之后，会与海水中的金属阳离子大量融合，生成多种形式的碳酸盐。而这个过程会令海水中的碳酸根离子浓度急剧降低。为了维持此种平衡，大量具有碳酸钙骨架、外壳的近岸海洋生物会大受影响，其骨架、外壳中原本稳定的碳酸钙等物质会被分解消融，最终导致这些近岸海洋生物死亡。

结语：综上所述，海洋酸化会令整个海洋中的酸性大幅度增强，由此产生的环境胁迫效应、异常矿化作用会从生活习性、环境压力、代谢过程等方面直接、间接性地对近岸海洋生物造成严重侵害。基于此，必须减少温室气体的排放量，尽量延缓海洋酸化的速度。

参考文献：

[1]吴钟启悦,王雷,陈立飞,等.海洋酸化和低氧及其节律性变化对海蜇碟状幼体的影响[J]. 热带海洋学报,,:1-11.[2022-04-05].

[2]田莹莹,许凯,王文磊,等.不同接种密度条件下海洋酸化对坛紫菜叶状体的生理生态影响[J]. 应用海洋学学报,2022,41(01):25-33.