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全球变化对海洋生态系统初级生产关键过程的影响

本站小编 Free考研考试/2022-01-01

叶幼亭, 史大林,*厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室, 福建厦门 361102

Effects of global change on key processes of primary production in marine ecosystems

You-Ting YE, Da-Lin SHI,*State Key Laboratory of Marine Environmental Science, Xiamen University, Xiamen, Fujian 361102, China

通讯作者: * (dshi@xmu.edu.cn)

编委: 牛书丽
责任编辑: 赵 航
收稿日期:2019-11-14接受日期:2020-01-5网络出版日期:2020-05-20
基金资助:国家重点研发计划(2016YFA0601203)
国家自然科学基金(41576133)
国家自然科学基金(31861143022)


Corresponding authors: * (dshi@xmu.edu.cn)
Received:2019-11-14Accepted:2020-01-5Online:2020-05-20
Fund supported: National Key R&D Program of China(2016YFA0601203)
Natural Science Foundation of China(41576133)
Natural Science Foundation of China(31861143022)


摘要
工业革命以来, 不断加剧的人类活动所引起的大气CO2浓度增加、温度上升等全球变化问题, 正使得海洋生态系统面临着前所未有的压力。该文通过文献计量的方法分析了国内外的研究现状, 简要地回顾了全球变化对海洋生态系统影响研究的发展简史, 并聚焦海洋暖化、海洋酸化和富营养化与缺氧这三个核心研究方向, 重点阐述了它们对海洋生态系统初级生产的关键过程的影响, 总结了已取得的重要进展以及存在的主要问题, 最后提出前沿展望。
关键词: 海洋生态系统;初级生产过程;海洋暖化;海洋酸化;富营养化与缺氧

Abstract
Since the industrial revolution, marine ecosystems have faced unprecedented stress caused by increasing temperature and atmospheric CO2 concentration as a result of anthropogenic activities. In this review, we analyzed the domestic and international research status about impacts of global change on marine ecosystems by bibliometrics, briefly introduced the history of the research on marine ecosystems under global change, and reviewed the main progress in studies about the effects of global change on key processes of marine primary production, focusing on the impacts of ocean warming, ocean acidification, and eutrophication and hypoxia. We also summarized the major issues in current studies and proposed future research directions in the field.
Keywords:marine ecosystem;primary production process;ocean warming;ocean acidification;eutrophication and hypoxia


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引用本文
叶幼亭, 史大林. 全球变化对海洋生态系统初级生产关键过程的影响. 植物生态学报, 2020, 44(5): 575-582. DOI: 10.17521/cjpe.2019.0313
YE You-Ting, SHI Da-Lin. Effects of global change on key processes of primary production in marine ecosystems. Chinese Journal of Plant Ecology, 2020, 44(5): 575-582. DOI: 10.17521/cjpe.2019.0313


海洋生态系统是由海洋生物群落及其环境相互作用所构成的自然系统, 其服务功能及生态价值既是地球生命系统的重要支撑组成, 也是社会与环境可持续发展的一项基本要素。海洋生态系统的稳定主要依托于海洋中复杂的生物过程, 而这些过程往往易受海洋环境变化的影响。近半个世纪以来, 海洋和陆地一样面临着前所未有的生态压力, 不断加剧的人类活动正对海洋生态系统产生深远的影响, 例如, 大气二氧化碳(CO2)浓度的上升就是一个关键的问题。CO2浓度的上升会导致海洋暖化和酸化(Doney et al., 2009)。暖化会引起海水层化加剧、海洋缺氧区扩增以及环流模式改变等(Keeling et al., 2010), 而酸化则会导致海水碳酸盐系统改变等化学变化, 进而影响生物的生理活动以及群落的结构功能等, 最终对海洋生态系统产生一系列的影响。此外, 人类活动干扰导致的海水富营养化以及由此引发的赤潮及海洋缺氧等问题也给海洋生态系统带来了严峻的挑战。迄今为止, 围绕气候变化和人类活动对海洋生态系统的影响, 国际上开展了大量的研究工作并取得了一定的进展。本文将通过文献计量的方法分析国内外的研究现状, 简要回顾该研究领域的发展简史, 聚焦海洋暖化、海洋酸化和富营养化与缺氧这三个核心研究方向, 重点阐述其对海洋生态系统初级生产的关键过程的影响, 总结已取得的重要进展以及存在的主要问题, 最后提出前沿展望。

1 国内外研究现状

利用Clarivate Analytics公司的Web of Science 数据库检索, 对1981-2018年发表的有关全球气候变化对海洋生态系统影响的论文进行统计分析。分析结果表明, 1981-2006年, 相关工作的开展较为缓慢, 自2007年起, 发表的论文数量呈现明显的上升趋势, 并在2016年超过400篇(图1), 这反映了近年来国际学术界对该研究领域的重视程度日益提升。中国在发展经济的同时也积极参与相关研究, 2002年起陆续发表了一系列研究工作, 2010年后相关文章发表量持续增加, 至2018年论文发表总量达272篇, 位居世界第七、亚洲之首(图2)。在此期间美国发表论文总量为1 435篇, 远高于位居第二和第三位的澳大利亚与英国, 这表明美国依旧是该研究领域最活跃的群体。进一步对“全球气候变化对海洋生态系统影响”的各核心方向进行的统计分析表明, 与“全球变暖对海洋生态系统的影响”相关的SCI论文数量自1981年以来逐年增加, 尤其是2008-2015年,SCI论文数量呈现明显的递增趋势。自2015年后, 论文发表数量达到一个相对稳定的状态, 年发表量在30-40篇, 这在一定程度上反映了全球变暖对海洋生态系统影响的相关研究在国际上的发展态势(图3A)。而中国相关论文发表开始于2007年, 每年发表量自2013年起呈现波动性增长(图3B)。从发表该研究领域相关SCI论文的地区分布来看, 美国居首位, 发表总量为188篇; 英国、澳大利亚分别位居第二、三位; 中国紧随其后, 位居亚洲之首, 表明了中国科学家对该领域研究的关注和贡献, 但与美国相比, 仍存在一定差距(图4)。

图1

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图11981-2018年发表的与“全球变化对海洋生态系统的影响”相关的SCI论文数。查询数据库: Web of Science; 查询关键词: TI = ((climate AND change) AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary))或TI = ((global AND warming) AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary))或TI = ((ocean AND acidification) AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary))或TI = ((eutrophication AND hypoxia) AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary))。

Fig. 1Number of SCI papers published between 1981 and 2018 related to “the impacts of global change on marine ecosystems”. Database: Web of Science; Key words: TI = ((climate AND change) AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary)) or TI = ((global AND warming) AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary)) or TI = ((ocean AND acidification) AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary)) or TI = ((eutrophication AND hypoxia) AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary)).



图2

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图21981-2018年与“全球变化对海洋生态系统的影响”相关的SCI论文发表量前10国家。

Fig. 2Top 10 countries for SCI papers published between 1981 and 2018 related to “the impacts of global change on marine ecosystems”.



图3

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图31981-2018年发表的与“全球变暖、海洋酸化和富营养化对海洋生态系统的影响”相关的SCI论文数。A, 国际发展态势。B, 中国发展态势。查询数据库: Web of Science; 查询关键词: TI = (climate AND warming) AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary), 或TI = (global AND warming) AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary); TI = (ocean AND acidification) AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary); TI = Eutrophication* AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary), 或TI = Hypoxia* AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary)) , 或TI = Deoxygenation* AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary)。

Fig. 3Number of SCI papers published between 1981 and 2018 related to “the impacts of ocean warming, ocean acidification and eutrophication and hypoxia on marine ecosystems”. A, Development trend of internation. B, Development trend of China. Database: Web of Science; Key wards: TI = (climate AND warming) AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary), or TI = (global AND warming) AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary); TI = (ocean AND acidification) AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary); TI = Eutrophication* AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary), or TI = Hypoxia* AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary)) , or TI = Deoxygenation* AND (marine OR ocean OR coast OR sea OR estuary).



图4

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图41981-2018年与“全球变暖、海洋酸化和富营养化对海洋生态系统的影响”相关的SCI论文发量前10国家。

Fig. 4Top 10 countries for SCI papers published between 1981 and 2018 related to “the impacts of ocean warming, ocean acidification and eutrophication and hypoxia on marine ecosystems”.



围绕“海洋酸化对海洋生态系统的影响”, 国内外开展了大量的研究(图3A), 尤其是自2005年以来, 与该领域相关的SCI论文数量呈现迅猛的增长趋势, 至2013年论文数量达到一个相对稳定期, 平均年发表量在200篇左右。相较于全球变暖对海洋生态系统的影响, 尽管系统性的海洋酸化研究起步较晚, 但年发表论文数量远高于暖化研究, 这在一定程度上反映了“海洋酸化”逐渐成为“全球变化对海洋生态系统影响”研究领域的热点和焦点。中国在海洋酸化影响方面的相关研究紧随国际步伐, 2007年便有相关SCI文章发表, 且每年文章发表量呈现指数增长(图3B)。从该研究领域相关SCI论文的地区分布(图4)来看, 2005-2018年期间, 美国发表总量为687篇, 位居第一, 中国位居第五位, 发表总量为151篇, 虽为亚洲之首, 但与美国和英国相比, 仍有较大差距。

关于“富营养化与缺氧对海洋生态系统的影响”, 该研究领域发表的SCI论文数可见图3A。自1966年以来论文数量逐步增长, 2014年达到一个数量高峰, 之后趋于相对稳定。中国在富营养化方面开展的相关研究起步较早, 但1992-2006年发展缓慢, 仅1992与2002年有相关SCI文章发表, 直至2007年后, 每年文章发表量呈现较大波动性增长。从各国在该领域发表的SCI论文数量(1996-2018年)(图4)来看, 美国仍旧居首位, 发表量为161篇; 中国紧随其后, 居第二位, 发表量为97篇。由于我国人口众多, 城市生活污水以及农业污水排放现象较为严重, 藻华事件频发, 这可能是我国对海洋富营养化与缺氧问题有较高重视程度的原因之一。

2 研究发展简史

对全球气候变化的研究历史最早可以追溯到19世纪。早在19世纪20年代, 科学家就已经发现了几种温室气体, 但并未引起广泛的关注。直到19世纪30年代, 科学家意识到燃烧化石燃料对气候的影响后, 便开展了一系列研究工作。之后随着科学技术的发展, 全球气候变化对生态系统影响的研究于20世纪90年代迎来了黄金期(Weart, 2003), 其中就包括对海洋生态系统影响的研究。以全球气候变化导致的海洋酸化为例, 早在1906年, 针对海洋酸碱性, Moore等(1906)就已经开展了酸碱性对海胆受精卵的生长和细胞分裂的影响研究; 1951年, Rubey总结了早期酸化的研究工作, 为后人的研究提供了理论基础; 1957年, Revelle和Suess首次提出海洋吸收人类排放的CO2会降低海洋的缓冲能力, 引起了科学界对人类活动影响海洋生态系统的重视; 1966年, Broecker和Takahashi首次报道了海水CO32-的浓度, 并提出其将随着海水CO2浓度的升高而降低; 1978年, Brewer提出利用总碱度和溶解无机碳的浓度校正海水中的CO2系统; 1993年硼同位素等古海洋示踪剂开始被拓展应用于估算海洋化学参数的变化(Spivack et al., 1993); 2001年, Bates第一次利用时间序列数据记录了北大西洋西部海水碳酸盐体系的变化,主要包括海水的CO2浓度、CO2分压以及碱度的变动; 近年来, 利用受控实验评估生物体对海水碳酸盐体系变化响应的论文大量涌现, 与此同时科学家开始通过构建数值模型来预测未来海水碳酸盐系统的变化以及海洋酸化对海洋生物地球化学循环的影响。

在气候变化和人类活动对海洋生态系统的影响的研究进程中, 国际上开展了全球生态系统动力学研究计划(GLOBEC)、全球有害藻华的生态学和海洋学研究计划(GEOHAB)、海洋生物地球化学与海洋生态系统整合研究计划(IMBER)等重大研究计划。这些重大计划推动着人类对气候变化和人类活动对海洋生态系统影响的认知进程。

3 核心方向的重大进展及存在的主要问题

3.1 全球变暖对海洋生态系统的影响

工业革命以来, 人类活动导致大气中CO2浓度急剧上升, 大气温度升高了近0.6 ℃, 海水表层的平均温度在一个世纪内也相应地上升了约0.6 ℃ (Hoegh-Guldberg & Bruno, 2010)。由于海洋生物的大多数生理生化过程都与温度密切相关, 因此海水暖化将直接影响到海洋生态系统和生物地球化学过程。

暖化的海水对生物的影响因种而异。对于大多数浮游植物而言, 在适温范围内, 海水暖化会促进其生长(Eppley, 1972), 但不同浮游植物对温度变化的响应程度不同, 因此全球暖化下浮游植物的生态位将发生改变(Xiao et al., 2018)。然而, 对于大多数海洋动物, 暖化将在增加其体内代谢活性的同时加快其能量的消耗, 从而可能导致海洋生物自身生长与繁殖能力的下降(P?rtner & Knust, 2007)。这些个体生理生化过程的变化会进一步改变种群的大小、时空分布格局与营养级水平, 最终引起群落结构与功能的改变(Bruno et al., 2003; Hyrenbach & Veit, 2003)。从海洋生态系统的层面上来看, 全球变暖会改变海洋的初级生产力, 影响生态系统的稳定性。近期我国科学家采用模型估算发现, 1948-2007年, 全球气候变暖导致海洋水体层化加剧, 使得北大西洋、北太平洋和印度洋初级生产力分别降低了40%、24%和25% (Wang et al., 2017)。倘若暖化现象一直持续, 到2100年, 海洋初级生产力将可能进一步减少20% (Steinacher et al., 2010)。此外, 已有研究表明, 海水温度升高1 ℃, 珊瑚即会出现白化现象(Hoegh- Guldberg et al., 2007), 这会导致珊瑚礁生态系统多样性降低, 严重时会引发珊瑚礁系统的崩溃(Donner, 2009)。海水暖化除了通过温度增加而对海洋生态系统产生直接影响外, 还会造成海洋层化加剧、缺氧区扩增等, 从而间接地对海洋生态系统产生一系列影响(Keeling et al., 2010; Wang et al., 2017)。

由于研究条件的限制, 相对于陆地生态系统, 全球变暖对海洋生态系统影响的研究仍然较为有限。已开展的研究一方面缺少对海洋生态系统长时间尺度的观测和实验, 另一方面缺少全球变暖与其他海洋环境问题(如海洋酸化、缺氧、营养盐降低、光照改变等)协同影响的系统性综合考查, 这些值得重点关注的科学问题有待进一步的工作予以探究。

3.2 海洋酸化对海洋生态系统的影响

由于空气和海水之间持续的气体交换, 工业革命以来大气CO2浓度的急剧上升引起表层海水碳酸盐系统发生显著改变, 包括海水中的CO2、H+ (pH下降)和HCO3-浓度的升高以及CO32-浓度的下降, 即“海洋酸化” (Caldeira & Wickett, 2003; Doney et al., 2009)。迄今为止, 表层海水的pH较工业革命之前(约8.21)已经降低了约0.1个单位, 预计到2100年其将继续下降到约7.7 (Doney et al., 2009)。该酸化速率高于过去3亿年间的任何一个时期(H?nisch et al., 2012), 必将对海洋生态系统产生影响。因此, 海洋酸化不仅引起科学界的广泛关注, 政府间海洋学委员会、海洋研究科学委员会等国际组织也已将其列为国际合作的重点领域。

当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数。因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011)。已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015)。除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响。例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017)。此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长。除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013)。对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005)。海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响。Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学。 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响。

目前国际上对海洋酸化的研究取得了一定的进展, 尤其是近年来越来越多的研究开始关注温度、光照、营养盐条件等其他环境因子的变化与海洋酸化耦合的影响(Shi et al., 2015; Hutchins & Boyd, 2016)。然而, 以下几个关键科学问题仍然有待各个国家、学术组织之中的科学家通过加强合作交流以及在个体-种群-群落-生态系统等尺度上开展整合研究而予以阐明。

(1)海水CO2浓度升高及pH下降分别通过什么机制影响不同的生物代谢过程?

(2)短期的生理学响应在多大程度上决定生物对酸化的长期适应性?

(3)如何对接受控实验与现场观测, 实现从微观分子机理到宏观生态格局的融合?不同生物个体所受的影响在生态系统水平上将如何体现?

(4)不同海洋生态系统的结构和功能变化趋势如何?

3.3 富营养化与缺氧对海洋生态系统的影响

由于人类社会的快速发展, 污水排放的增多对海洋生态系统产生了一系列的影响。以工农业污水排放为例, 大量的氮磷营养盐向海水排放, 引起了沿海水域的富营养化现象, 导致生物营养结构变化、藻华频发以及低氧区的形成(Diaz & Rosenberg, 2008)。这些变化相互作用, 共同影响着海洋生态系统的结构与功能(Cloern, 2001)。

海水富营养化会刺激浮游植物和大型藻类的生长, 增加海洋CO2的捕获量, 但过高的浮游植物生物量, 会降低光的穿透性, 影响水下生物的生长。此外, 营养盐比例的不平衡会改变浮游植物群落组成, 可能由此促进有毒藻类大量繁殖, 导致藻华的爆发(Hallegraeff, 2010; Flynn et al., 2015)。有害藻类的大量繁殖不仅会导致鱼类和贝类等中毒死亡, 还会扩大海水的缺氧区(Rosenthal, 1985; Naylor et al., 2000; Rabalais et al., 2010)。有研究表明, 1969-2009年期间, 由于人类活动的干扰, 大洋缺氧区的面积大小呈现递增趋势(Rabalais et al., 2010)。以墨西哥北部湾缺氧区为例, 其面积从1985年的40 km2左右扩大到2015年的22 000 km2 (Sen Gupta et al., 1996; Bianchi et al., 2010; Turner & Rabalais, 2017)。Neumann等(2012)的模型预测显示, 大洋季节性缺氧的持续时间将在21世纪末增加一倍。低氧会阻碍氮的硝化过程, 影响浮游植物对氮营养盐的吸收, 从而改变海洋初级生产力(Codispoti et al., 2001; Gruber, 2004), 并且不完全的硝化过程会导致温室气体N2O产量增多, 加快全球气候变暖的进程(Codispoti et al., 2001; Jin & Gruber, 2003; Nevison et al., 2003)。此外, 低氧会导致有氧呼吸生物向外迁徙, 降低系统的生物多样性, 对系统物质循环与能量的流动产生影响, 破坏海洋生态系统的稳定性(Breitburg et al., 2009)。

富营养化与缺氧问题一直是海洋生态学的研究热点, 但由于缺氧区具有时间和空间变异特征且生态效应复杂, 目前在缺氧区的地理分布、形成机理、生物群落结构等方面的认识相对匮乏, 尤其对富营养化及其导致的缺氧在海洋生态系统水平上的生态效应缺乏系统综合的认知, 未来亟待进一步研究。

4 前沿方向展望及建议优先领域

随着科学技术手段的发展以及重要科学理论的建立, 在“气候变化和人类活动对海洋生态系统的影响”方面, 国际上开展了多项重要的研究工作并取得了突破性的进展。然而, 已开展的工作多是针对某一科学问题的独立研究, 从宏观层面对海洋生态系统的全球变化响应尚缺乏系统深入的科学认识, 建议今后需要着重推进以下几个方面的工作。

(1)自然的气候效应与人为活动干扰引起的气候效应之间的相互作用将如何影响海洋生态系统的结构与功能?

(2)如何甄别气候变化驱动与非气候变化驱动的环境因子的变化对海洋生态系统的影响?

(3)全球变化下, 生物的响应和适应在海洋生态系统的演变中分别扮演着怎样的角色?

(4)如何运用模型更加精确地预测全球气候变化下的海洋生态系统的变化及稳定性?

(5)气候变化对海洋生态系统结构与功能的影响会如何影响人类社会的发展?

5 小结

海洋和大气不断进行热量和气体的交换。气候系统在不同的时间尺度上自然变动, 而人类活动则会干扰自然变动, 导致海洋生态系统发生一系列物理、化学和生物的连锁反应, 使海洋生态系统的平衡遭到破坏。例如, 全球变暖导致的海水暖化会改变海洋环流, 减少海冰面积, 加剧海水层化, 影响海洋生物的生长与代谢等; 海洋酸化会影响光合作用、固氮作用以及钙化生物的钙化作用等关键的生物生理过程, 引起物种间相互作用的时空变化, 改变群落组成结构等; 富营养化会导致藻华爆发与缺氧区扩增, 继而导致海洋生物群落发生演替, 某些底栖生物种类减少等。这些变化将综合影响海洋生态系统的初级生产力, 改变海洋生态系统对气候的调节能力, 最终将对人类的发展造成影响。针对这些热点问题, 国际上开展了一系列的研究工作, 并取得了突破性的进展。近几十年来, 我国科学家积极响应, 围绕全球变化对海洋生态系统的影响开展了大量工作, 并取得了一定进展, 我国海洋科技整体水平在同期也得到了快速提升。然而, 总体而言, 我国海洋科学研究的基础较为薄弱, 海洋科技的高端人才缺乏, 科技经费投入不足, 硬件平台设施偏弱, 与先进国家相比仍存在较大差距。因此, 在加快建设海洋强国的战略指引下, 在应对全球变化这一人类命运共同体的共同挑战中, 我国需进一步加大对海洋科学人才培养的力度, 不断壮大中青年科研人才队伍, 特别是对领军人才的培养; 其次, 推进海洋科研基础设施的建设, 提升技术方法和仪器设备的研发能力; 与此同时, 继续加强与国际同行之间的交流与合作, 学习国外先进经验, 形成自身研究特色, 为全球气候变化下的海洋生态系统研究贡献出更多的力量。



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文献年度倒序
文中引用次数倒序
被引期刊影响因子

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Hong H, Shen R, Zhang F, Wen Z, Chang S, Lin W, Kranz SA, Luo YW, Kao SJ, Morel FMM, Shi D (2017). The complex effects of ocean acidification on the prominent N2-fixing cyanobacterium Trichodesmium
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DOI:10.1126/science.aal2981URLPMID:28450383 [本文引用: 1]
Acidification of seawater caused by anthropogenic carbon dioxide (CO2) is anticipated to influence the growth of dinitrogen (N2)-fixing phytoplankton, which contribute a large fraction of primary production in the tropical and subtropical ocean. We found that growth and N2-fixation of the ubiquitous cyanobacterium Trichodesmium decreased under acidified conditions, notwithstanding a beneficial effect of high CO2 Acidification resulted in low cytosolic pH and reduced N2-fixation rates despite elevated nitrogenase concentrations. Low cytosolic pH required increased proton pumping across the thylakoid membrane and elevated adenosine triphosphate production. These requirements were not satisfied under field or experimental iron-limiting conditions, which greatly amplified the negative effect of acidification.

H?nisch B, Ridgwell A, Schmidt DN, Thomas E, Gibbs SJ, Sluijs A, Zeebe R, Kump L, Martindale RC, Greene SE, Kiessling W, Ries J, Zachos JC, Royer DL, Barker S, Marchitto Jr TM, Moyer R, Pelejero C, Ziveri P, Foster GL, Williams B (2012). The geological record of ocean acidification
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DOI:10.1038/ncomms12358URLPMID:27510545 [本文引用: 1]
In the absence of migration, species persistence depends on adaption to a changing environment, but whether and how adaptation to global change is altered by community diversity is not understood. Community diversity may prevent, enhance or alter how species adapt to changing conditions by influencing population sizes, genetic diversity and/or the fitness landscape experienced by focal species. We tested the impact of community diversity on adaptation by performing a reciprocal transplant experiment on grasses that evolved for 14 years under ambient and elevated CO2, in communities of low or high species richness. Using biomass as a fitness proxy, we find evidence for local adaptation to elevated CO2, but only for plants assayed in a community of similar diversity to the one experienced during the period of selection. Our results indicate that the biological community shapes the very nature of the fitness landscape within which species evolve in response to elevated CO2.

Kroeker KJ, Kordas RL, Crim R, Hendriks IE, Ramajo L, Singh GS, Duarte CM, Gattuso JP (2013). Impacts of ocean acidification on marine organisms: quantifying sensitivities and interaction with warming
Global Change Biology, 19, 1884-1896.

DOI:10.1111/gcb.12179URLPMID:23505245 [本文引用: 2]
Ocean acidification represents a threat to marine species worldwide, and forecasting the ecological impacts of acidification is a high priority for science, management, and policy. As research on the topic expands at an exponential rate, a comprehensive understanding of the variability in organisms' responses and corresponding levels of certainty is necessary to forecast the ecological effects. Here, we perform the most comprehensive meta-analysis to date by synthesizing the results of 228 studies examining biological responses to ocean acidification. The results reveal decreased survival, calcification, growth, development and abundance in response to acidification when the broad range of marine organisms is pooled together. However, the magnitude of these responses varies among taxonomic groups, suggesting there is some predictable trait-based variation in sensitivity, despite the investigation of approximately 100 new species in recent research. The results also reveal an enhanced sensitivity of mollusk larvae, but suggest that an enhanced sensitivity of early life history stages is not universal across all taxonomic groups. In addition, the variability in species' responses is enhanced when they are exposed to acidification in multi-species assemblages, suggesting that it is important to consider indirect effects and exercise caution when forecasting abundance patterns from single-species laboratory experiments. Furthermore, the results suggest that other factors, such as nutritional status or source population, could cause substantial variation in organisms' responses. Last, the results highlight a trend towards enhanced sensitivity to acidification when taxa are concurrently exposed to elevated seawater temperature.

Mackey KRM, Morris JJ, Morel FMM, Kranz SA (2015). Response of photosynthesis to ocean acidification
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DOI:10.1126/science.1135471URLPMID:17204649 [本文引用: 1]
A cause-and-effect understanding of climate influences on ecosystems requires evaluation of thermal limits of member species and of their ability to cope with changing temperatures. Laboratory data available for marine fish and invertebrates from various climatic regions led to the hypothesis that, as a unifying principle, a mismatch between the demand for oxygen and the capacity of oxygen supply to tissues is the first mechanism to restrict whole-animal tolerance to thermal extremes. We show in the eelpout, Zoarces viviparus, a bioindicator fish species for environmental monitoring from North and Baltic Seas (Helcom), that thermally limited oxygen delivery closely matches environmental temperatures beyond which growth performance and abundance decrease. Decrements in aerobic performance in warming seas will thus be the first process to cause extinction or relocation to cooler waters.

P?rtner HO, Langenbuch M (2005). Synergistic effects of temperature extremes, hypoxia, and increases in CO2 on marine animals: from earth history to global change
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Wang X, Cheng H, Che H, Sun J, Lu H, Qiang M, Hua T, Zhu B, Li H, Ma W, Lang L, Jiao L, Li D (2017). Modern dust aerosol availability in northwestern China
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DOI:10.1038/s41598-017-09458-wURLPMID:28821858 [本文引用: 2]
The sources of modern dust aerosols and their emission magnitudes are fundamental for linking dust with climate and environment. Using field sample data, wind tunnel experiments and statistical analysis, we determined the contributions of wadis, gobi (stony desert), lakebeds, riverbeds, and interdunes to modern dust aerosol availability in the three important potential dust sources including the Tarim Basin, Qaidam Basin, and Ala Shan Plateau of China. The results show that riverbeds are the dominant landscape for modern dust aerosol availabilities in the Qaidam Basin, while wadis, gobi, and interdunes are the main landscapes over the Ala Shan Plateau and Tarim Basin. The Ala Shan Plateau and Tarim Basin are potential dust sources in northwestern China, while the Qaidam Basin is not a major source of the modern dust aerosols nowadays, and it is not acting in a significant way to the Loess Plateau presently. Moreover, most of modern dust aerosol emissions from China originated from aeolian processes with low intensities rather than from major dust events.

Weart SR (2003). The Discovery of Global Warming. Harvard University Press, Cambridge, USA.
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Xiao W, Wang L, Laws E, Xie Y, Chen J, Liu X, Chen B, Huang B (2018). Realized niches explain spatial gradients in seasonal abundance of phytoplankton groups in the South China Sea
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The diversity and coevolution of Rubisco, plastids, pyrenoids, and chloroplast- based CO2-concentrating mechanisms in algae
1
1998

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

Interannual variability of oceanic CO2 and biogeochemical properties in the Western North Atlantic subtropical gyre
1
2001

... 对全球气候变化的研究历史最早可以追溯到19世纪.早在19世纪20年代, 科学家就已经发现了几种温室气体, 但并未引起广泛的关注.直到19世纪30年代, 科学家意识到燃烧化石燃料对气候的影响后, 便开展了一系列研究工作.之后随着科学技术的发展, 全球气候变化对生态系统影响的研究于20世纪90年代迎来了黄金期(Weart, 2003), 其中就包括对海洋生态系统影响的研究.以全球气候变化导致的海洋酸化为例, 早在1906年, 针对海洋酸碱性, Moore等(1906)就已经开展了酸碱性对海胆受精卵的生长和细胞分裂的影响研究; 1951年, Rubey总结了早期酸化的研究工作, 为后人的研究提供了理论基础; 1957年, Revelle和Suess首次提出海洋吸收人类排放的CO2会降低海洋的缓冲能力, 引起了科学界对人类活动影响海洋生态系统的重视; 1966年, Broecker和Takahashi首次报道了海水CO32-的浓度, 并提出其将随着海水CO2浓度的升高而降低; 1978年, Brewer提出利用总碱度和溶解无机碳的浓度校正海水中的CO2系统; 1993年硼同位素等古海洋示踪剂开始被拓展应用于估算海洋化学参数的变化(Spivack et al., 1993); 2001年, Bates第一次利用时间序列数据记录了北大西洋西部海水碳酸盐体系的变化,主要包括海水的CO2浓度、CO2分压以及碱度的变动; 近年来, 利用受控实验评估生物体对海水碳酸盐体系变化响应的论文大量涌现, 与此同时科学家开始通过构建数值模型来预测未来海水碳酸盐系统的变化以及海洋酸化对海洋生物地球化学循环的影响. ...

The science of hypoxia in the Northern Gulf of Mexico: a review
1
2010

... 海水富营养化会刺激浮游植物和大型藻类的生长, 增加海洋CO2的捕获量, 但过高的浮游植物生物量, 会降低光的穿透性, 影响水下生物的生长.此外, 营养盐比例的不平衡会改变浮游植物群落组成, 可能由此促进有毒藻类大量繁殖, 导致藻华的爆发(Hallegraeff, 2010; Flynn et al., 2015).有害藻类的大量繁殖不仅会导致鱼类和贝类等中毒死亡, 还会扩大海水的缺氧区(Rosenthal, 1985; Naylor et al., 2000; Rabalais et al., 2010).有研究表明, 1969-2009年期间, 由于人类活动的干扰, 大洋缺氧区的面积大小呈现递增趋势(Rabalais et al., 2010).以墨西哥北部湾缺氧区为例, 其面积从1985年的40 km2左右扩大到2015年的22 000 km2 (Sen Gupta et al., 1996; Bianchi et al., 2010; Turner & Rabalais, 2017).Neumann等(2012)的模型预测显示, 大洋季节性缺氧的持续时间将在21世纪末增加一倍.低氧会阻碍氮的硝化过程, 影响浮游植物对氮营养盐的吸收, 从而改变海洋初级生产力(Codispoti et al., 2001; Gruber, 2004), 并且不完全的硝化过程会导致温室气体N2O产量增多, 加快全球气候变暖的进程(Codispoti et al., 2001; Jin & Gruber, 2003; Nevison et al., 2003).此外, 低氧会导致有氧呼吸生物向外迁徙, 降低系统的生物多样性, 对系统物质循环与能量的流动产生影响, 破坏海洋生态系统的稳定性(Breitburg et al., 2009). ...

Hypoxia, nitrogen, and fisheries: integrating effects across local and global landscapes
1
2009

... 海水富营养化会刺激浮游植物和大型藻类的生长, 增加海洋CO2的捕获量, 但过高的浮游植物生物量, 会降低光的穿透性, 影响水下生物的生长.此外, 营养盐比例的不平衡会改变浮游植物群落组成, 可能由此促进有毒藻类大量繁殖, 导致藻华的爆发(Hallegraeff, 2010; Flynn et al., 2015).有害藻类的大量繁殖不仅会导致鱼类和贝类等中毒死亡, 还会扩大海水的缺氧区(Rosenthal, 1985; Naylor et al., 2000; Rabalais et al., 2010).有研究表明, 1969-2009年期间, 由于人类活动的干扰, 大洋缺氧区的面积大小呈现递增趋势(Rabalais et al., 2010).以墨西哥北部湾缺氧区为例, 其面积从1985年的40 km2左右扩大到2015年的22 000 km2 (Sen Gupta et al., 1996; Bianchi et al., 2010; Turner & Rabalais, 2017).Neumann等(2012)的模型预测显示, 大洋季节性缺氧的持续时间将在21世纪末增加一倍.低氧会阻碍氮的硝化过程, 影响浮游植物对氮营养盐的吸收, 从而改变海洋初级生产力(Codispoti et al., 2001; Gruber, 2004), 并且不完全的硝化过程会导致温室气体N2O产量增多, 加快全球气候变暖的进程(Codispoti et al., 2001; Jin & Gruber, 2003; Nevison et al., 2003).此外, 低氧会导致有氧呼吸生物向外迁徙, 降低系统的生物多样性, 对系统物质循环与能量的流动产生影响, 破坏海洋生态系统的稳定性(Breitburg et al., 2009). ...

Direct observation of the oceanic CO2 increase
1
1978

... 对全球气候变化的研究历史最早可以追溯到19世纪.早在19世纪20年代, 科学家就已经发现了几种温室气体, 但并未引起广泛的关注.直到19世纪30年代, 科学家意识到燃烧化石燃料对气候的影响后, 便开展了一系列研究工作.之后随着科学技术的发展, 全球气候变化对生态系统影响的研究于20世纪90年代迎来了黄金期(Weart, 2003), 其中就包括对海洋生态系统影响的研究.以全球气候变化导致的海洋酸化为例, 早在1906年, 针对海洋酸碱性, Moore等(1906)就已经开展了酸碱性对海胆受精卵的生长和细胞分裂的影响研究; 1951年, Rubey总结了早期酸化的研究工作, 为后人的研究提供了理论基础; 1957年, Revelle和Suess首次提出海洋吸收人类排放的CO2会降低海洋的缓冲能力, 引起了科学界对人类活动影响海洋生态系统的重视; 1966年, Broecker和Takahashi首次报道了海水CO32-的浓度, 并提出其将随着海水CO2浓度的升高而降低; 1978年, Brewer提出利用总碱度和溶解无机碳的浓度校正海水中的CO2系统; 1993年硼同位素等古海洋示踪剂开始被拓展应用于估算海洋化学参数的变化(Spivack et al., 1993); 2001年, Bates第一次利用时间序列数据记录了北大西洋西部海水碳酸盐体系的变化,主要包括海水的CO2浓度、CO2分压以及碱度的变动; 近年来, 利用受控实验评估生物体对海水碳酸盐体系变化响应的论文大量涌现, 与此同时科学家开始通过构建数值模型来预测未来海水碳酸盐系统的变化以及海洋酸化对海洋生物地球化学循环的影响. ...

Calcium carbonate precipitation on the Bahama Banks
1
1966

... 对全球气候变化的研究历史最早可以追溯到19世纪.早在19世纪20年代, 科学家就已经发现了几种温室气体, 但并未引起广泛的关注.直到19世纪30年代, 科学家意识到燃烧化石燃料对气候的影响后, 便开展了一系列研究工作.之后随着科学技术的发展, 全球气候变化对生态系统影响的研究于20世纪90年代迎来了黄金期(Weart, 2003), 其中就包括对海洋生态系统影响的研究.以全球气候变化导致的海洋酸化为例, 早在1906年, 针对海洋酸碱性, Moore等(1906)就已经开展了酸碱性对海胆受精卵的生长和细胞分裂的影响研究; 1951年, Rubey总结了早期酸化的研究工作, 为后人的研究提供了理论基础; 1957年, Revelle和Suess首次提出海洋吸收人类排放的CO2会降低海洋的缓冲能力, 引起了科学界对人类活动影响海洋生态系统的重视; 1966年, Broecker和Takahashi首次报道了海水CO32-的浓度, 并提出其将随着海水CO2浓度的升高而降低; 1978年, Brewer提出利用总碱度和溶解无机碳的浓度校正海水中的CO2系统; 1993年硼同位素等古海洋示踪剂开始被拓展应用于估算海洋化学参数的变化(Spivack et al., 1993); 2001年, Bates第一次利用时间序列数据记录了北大西洋西部海水碳酸盐体系的变化,主要包括海水的CO2浓度、CO2分压以及碱度的变动; 近年来, 利用受控实验评估生物体对海水碳酸盐体系变化响应的论文大量涌现, 与此同时科学家开始通过构建数值模型来预测未来海水碳酸盐系统的变化以及海洋酸化对海洋生物地球化学循环的影响. ...

Inclusion of facilitation into ecological theory
1
2003

... 暖化的海水对生物的影响因种而异.对于大多数浮游植物而言, 在适温范围内, 海水暖化会促进其生长(Eppley, 1972), 但不同浮游植物对温度变化的响应程度不同, 因此全球暖化下浮游植物的生态位将发生改变(Xiao et al., 2018).然而, 对于大多数海洋动物, 暖化将在增加其体内代谢活性的同时加快其能量的消耗, 从而可能导致海洋生物自身生长与繁殖能力的下降(P?rtner & Knust, 2007).这些个体生理生化过程的变化会进一步改变种群的大小、时空分布格局与营养级水平, 最终引起群落结构与功能的改变(Bruno et al., 2003; Hyrenbach & Veit, 2003).从海洋生态系统的层面上来看, 全球变暖会改变海洋的初级生产力, 影响生态系统的稳定性.近期我国科学家采用模型估算发现, 1948-2007年, 全球气候变暖导致海洋水体层化加剧, 使得北大西洋、北太平洋和印度洋初级生产力分别降低了40%、24%和25% (Wang et al., 2017).倘若暖化现象一直持续, 到2100年, 海洋初级生产力将可能进一步减少20% (Steinacher et al., 2010).此外, 已有研究表明, 海水温度升高1 ℃, 珊瑚即会出现白化现象(Hoegh- Guldberg et al., 2007), 这会导致珊瑚礁生态系统多样性降低, 严重时会引发珊瑚礁系统的崩溃(Donner, 2009).海水暖化除了通过温度增加而对海洋生态系统产生直接影响外, 还会造成海洋层化加剧、缺氧区扩增等, 从而间接地对海洋生态系统产生一系列影响(Keeling et al., 2010; Wang et al., 2017). ...

Anthropogenic carbon and ocean pH
1
2003

... 由于空气和海水之间持续的气体交换, 工业革命以来大气CO2浓度的急剧上升引起表层海水碳酸盐系统发生显著改变, 包括海水中的CO2、H+ (pH下降)和HCO3-浓度的升高以及CO32-浓度的下降, 即“海洋酸化” (Caldeira & Wickett, 2003; Doney et al., 2009).迄今为止, 表层海水的pH较工业革命之前(约8.21)已经降低了约0.1个单位, 预计到2100年其将继续下降到约7.7 (Doney et al., 2009).该酸化速率高于过去3亿年间的任何一个时期(H?nisch et al., 2012), 必将对海洋生态系统产生影响.因此, 海洋酸化不仅引起科学界的广泛关注, 政府间海洋学委员会、海洋研究科学委员会等国际组织也已将其列为国际合作的重点领域. ...

Atmospheric CO2 stabilization and ocean acidification
1
2008

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

Our evolving conceptual model of the coastal eutrophication problem
1
2001

... 由于人类社会的快速发展, 污水排放的增多对海洋生态系统产生了一系列的影响.以工农业污水排放为例, 大量的氮磷营养盐向海水排放, 引起了沿海水域的富营养化现象, 导致生物营养结构变化、藻华频发以及低氧区的形成(Diaz & Rosenberg, 2008).这些变化相互作用, 共同影响着海洋生态系统的结构与功能(Cloern, 2001). ...

The oceanic fixed nitrogen and nitrous oxide budgets: moving targets as we enter the anthropocene?
2
2001

... 海水富营养化会刺激浮游植物和大型藻类的生长, 增加海洋CO2的捕获量, 但过高的浮游植物生物量, 会降低光的穿透性, 影响水下生物的生长.此外, 营养盐比例的不平衡会改变浮游植物群落组成, 可能由此促进有毒藻类大量繁殖, 导致藻华的爆发(Hallegraeff, 2010; Flynn et al., 2015).有害藻类的大量繁殖不仅会导致鱼类和贝类等中毒死亡, 还会扩大海水的缺氧区(Rosenthal, 1985; Naylor et al., 2000; Rabalais et al., 2010).有研究表明, 1969-2009年期间, 由于人类活动的干扰, 大洋缺氧区的面积大小呈现递增趋势(Rabalais et al., 2010).以墨西哥北部湾缺氧区为例, 其面积从1985年的40 km2左右扩大到2015年的22 000 km2 (Sen Gupta et al., 1996; Bianchi et al., 2010; Turner & Rabalais, 2017).Neumann等(2012)的模型预测显示, 大洋季节性缺氧的持续时间将在21世纪末增加一倍.低氧会阻碍氮的硝化过程, 影响浮游植物对氮营养盐的吸收, 从而改变海洋初级生产力(Codispoti et al., 2001; Gruber, 2004), 并且不完全的硝化过程会导致温室气体N2O产量增多, 加快全球气候变暖的进程(Codispoti et al., 2001; Jin & Gruber, 2003; Nevison et al., 2003).此外, 低氧会导致有氧呼吸生物向外迁徙, 降低系统的生物多样性, 对系统物质循环与能量的流动产生影响, 破坏海洋生态系统的稳定性(Breitburg et al., 2009). ...

... O产量增多, 加快全球气候变暖的进程(Codispoti et al., 2001; Jin & Gruber, 2003; Nevison et al., 2003).此外, 低氧会导致有氧呼吸生物向外迁徙, 降低系统的生物多样性, 对系统物质循环与能量的流动产生影响, 破坏海洋生态系统的稳定性(Breitburg et al., 2009). ...

Spreading dead zones and consequences for marine ecosystems
1
2008

... 由于人类社会的快速发展, 污水排放的增多对海洋生态系统产生了一系列的影响.以工农业污水排放为例, 大量的氮磷营养盐向海水排放, 引起了沿海水域的富营养化现象, 导致生物营养结构变化、藻华频发以及低氧区的形成(Diaz & Rosenberg, 2008).这些变化相互作用, 共同影响着海洋生态系统的结构与功能(Cloern, 2001). ...

Ocean acidification: the other CO2 problem
3
2009

... 海洋生态系统是由海洋生物群落及其环境相互作用所构成的自然系统, 其服务功能及生态价值既是地球生命系统的重要支撑组成, 也是社会与环境可持续发展的一项基本要素.海洋生态系统的稳定主要依托于海洋中复杂的生物过程, 而这些过程往往易受海洋环境变化的影响.近半个世纪以来, 海洋和陆地一样面临着前所未有的生态压力, 不断加剧的人类活动正对海洋生态系统产生深远的影响, 例如, 大气二氧化碳(CO2)浓度的上升就是一个关键的问题.CO2浓度的上升会导致海洋暖化和酸化(Doney et al., 2009).暖化会引起海水层化加剧、海洋缺氧区扩增以及环流模式改变等(Keeling et al., 2010), 而酸化则会导致海水碳酸盐系统改变等化学变化, 进而影响生物的生理活动以及群落的结构功能等, 最终对海洋生态系统产生一系列的影响.此外, 人类活动干扰导致的海水富营养化以及由此引发的赤潮及海洋缺氧等问题也给海洋生态系统带来了严峻的挑战.迄今为止, 围绕气候变化和人类活动对海洋生态系统的影响, 国际上开展了大量的研究工作并取得了一定的进展.本文将通过文献计量的方法分析国内外的研究现状, 简要回顾该研究领域的发展简史, 聚焦海洋暖化、海洋酸化和富营养化与缺氧这三个核心研究方向, 重点阐述其对海洋生态系统初级生产的关键过程的影响, 总结已取得的重要进展以及存在的主要问题, 最后提出前沿展望. ...

... 由于空气和海水之间持续的气体交换, 工业革命以来大气CO2浓度的急剧上升引起表层海水碳酸盐系统发生显著改变, 包括海水中的CO2、H+ (pH下降)和HCO3-浓度的升高以及CO32-浓度的下降, 即“海洋酸化” (Caldeira & Wickett, 2003; Doney et al., 2009).迄今为止, 表层海水的pH较工业革命之前(约8.21)已经降低了约0.1个单位, 预计到2100年其将继续下降到约7.7 (Doney et al., 2009).该酸化速率高于过去3亿年间的任何一个时期(H?nisch et al., 2012), 必将对海洋生态系统产生影响.因此, 海洋酸化不仅引起科学界的广泛关注, 政府间海洋学委员会、海洋研究科学委员会等国际组织也已将其列为国际合作的重点领域. ...

... ).迄今为止, 表层海水的pH较工业革命之前(约8.21)已经降低了约0.1个单位, 预计到2100年其将继续下降到约7.7 (Doney et al., 2009).该酸化速率高于过去3亿年间的任何一个时期(H?nisch et al., 2012), 必将对海洋生态系统产生影响.因此, 海洋酸化不仅引起科学界的广泛关注, 政府间海洋学委员会、海洋研究科学委员会等国际组织也已将其列为国际合作的重点领域. ...

Coping with commitment: projected thermal stress on coral reefs under different future scenarios
1
2009

... 暖化的海水对生物的影响因种而异.对于大多数浮游植物而言, 在适温范围内, 海水暖化会促进其生长(Eppley, 1972), 但不同浮游植物对温度变化的响应程度不同, 因此全球暖化下浮游植物的生态位将发生改变(Xiao et al., 2018).然而, 对于大多数海洋动物, 暖化将在增加其体内代谢活性的同时加快其能量的消耗, 从而可能导致海洋生物自身生长与繁殖能力的下降(P?rtner & Knust, 2007).这些个体生理生化过程的变化会进一步改变种群的大小、时空分布格局与营养级水平, 最终引起群落结构与功能的改变(Bruno et al., 2003; Hyrenbach & Veit, 2003).从海洋生态系统的层面上来看, 全球变暖会改变海洋的初级生产力, 影响生态系统的稳定性.近期我国科学家采用模型估算发现, 1948-2007年, 全球气候变暖导致海洋水体层化加剧, 使得北大西洋、北太平洋和印度洋初级生产力分别降低了40%、24%和25% (Wang et al., 2017).倘若暖化现象一直持续, 到2100年, 海洋初级生产力将可能进一步减少20% (Steinacher et al., 2010).此外, 已有研究表明, 海水温度升高1 ℃, 珊瑚即会出现白化现象(Hoegh- Guldberg et al., 2007), 这会导致珊瑚礁生态系统多样性降低, 严重时会引发珊瑚礁系统的崩溃(Donner, 2009).海水暖化除了通过温度增加而对海洋生态系统产生直接影响外, 还会造成海洋层化加剧、缺氧区扩增等, 从而间接地对海洋生态系统产生一系列影响(Keeling et al., 2010; Wang et al., 2017). ...

Temperature and phytoplankton growth in the sea
1
1972

... 暖化的海水对生物的影响因种而异.对于大多数浮游植物而言, 在适温范围内, 海水暖化会促进其生长(Eppley, 1972), 但不同浮游植物对温度变化的响应程度不同, 因此全球暖化下浮游植物的生态位将发生改变(Xiao et al., 2018).然而, 对于大多数海洋动物, 暖化将在增加其体内代谢活性的同时加快其能量的消耗, 从而可能导致海洋生物自身生长与繁殖能力的下降(P?rtner & Knust, 2007).这些个体生理生化过程的变化会进一步改变种群的大小、时空分布格局与营养级水平, 最终引起群落结构与功能的改变(Bruno et al., 2003; Hyrenbach & Veit, 2003).从海洋生态系统的层面上来看, 全球变暖会改变海洋的初级生产力, 影响生态系统的稳定性.近期我国科学家采用模型估算发现, 1948-2007年, 全球气候变暖导致海洋水体层化加剧, 使得北大西洋、北太平洋和印度洋初级生产力分别降低了40%、24%和25% (Wang et al., 2017).倘若暖化现象一直持续, 到2100年, 海洋初级生产力将可能进一步减少20% (Steinacher et al., 2010).此外, 已有研究表明, 海水温度升高1 ℃, 珊瑚即会出现白化现象(Hoegh- Guldberg et al., 2007), 这会导致珊瑚礁生态系统多样性降低, 严重时会引发珊瑚礁系统的崩溃(Donner, 2009).海水暖化除了通过温度增加而对海洋生态系统产生直接影响外, 还会造成海洋层化加剧、缺氧区扩增等, 从而间接地对海洋生态系统产生一系列影响(Keeling et al., 2010; Wang et al., 2017). ...

Ocean acidification with (de)eutrophication will alter future phytoplankton growth and succession
1
2015

... 海水富营养化会刺激浮游植物和大型藻类的生长, 增加海洋CO2的捕获量, 但过高的浮游植物生物量, 会降低光的穿透性, 影响水下生物的生长.此外, 营养盐比例的不平衡会改变浮游植物群落组成, 可能由此促进有毒藻类大量繁殖, 导致藻华的爆发(Hallegraeff, 2010; Flynn et al., 2015).有害藻类的大量繁殖不仅会导致鱼类和贝类等中毒死亡, 还会扩大海水的缺氧区(Rosenthal, 1985; Naylor et al., 2000; Rabalais et al., 2010).有研究表明, 1969-2009年期间, 由于人类活动的干扰, 大洋缺氧区的面积大小呈现递增趋势(Rabalais et al., 2010).以墨西哥北部湾缺氧区为例, 其面积从1985年的40 km2左右扩大到2015年的22 000 km2 (Sen Gupta et al., 1996; Bianchi et al., 2010; Turner & Rabalais, 2017).Neumann等(2012)的模型预测显示, 大洋季节性缺氧的持续时间将在21世纪末增加一倍.低氧会阻碍氮的硝化过程, 影响浮游植物对氮营养盐的吸收, 从而改变海洋初级生产力(Codispoti et al., 2001; Gruber, 2004), 并且不完全的硝化过程会导致温室气体N2O产量增多, 加快全球气候变暖的进程(Codispoti et al., 2001; Jin & Gruber, 2003; Nevison et al., 2003).此外, 低氧会导致有氧呼吸生物向外迁徙, 降低系统的生物多样性, 对系统物质循环与能量的流动产生影响, 破坏海洋生态系统的稳定性(Breitburg et al., 2009). ...

The Ocean Carbon Cycle and Climate
1
2004

... 海水富营养化会刺激浮游植物和大型藻类的生长, 增加海洋CO2的捕获量, 但过高的浮游植物生物量, 会降低光的穿透性, 影响水下生物的生长.此外, 营养盐比例的不平衡会改变浮游植物群落组成, 可能由此促进有毒藻类大量繁殖, 导致藻华的爆发(Hallegraeff, 2010; Flynn et al., 2015).有害藻类的大量繁殖不仅会导致鱼类和贝类等中毒死亡, 还会扩大海水的缺氧区(Rosenthal, 1985; Naylor et al., 2000; Rabalais et al., 2010).有研究表明, 1969-2009年期间, 由于人类活动的干扰, 大洋缺氧区的面积大小呈现递增趋势(Rabalais et al., 2010).以墨西哥北部湾缺氧区为例, 其面积从1985年的40 km2左右扩大到2015年的22 000 km2 (Sen Gupta et al., 1996; Bianchi et al., 2010; Turner & Rabalais, 2017).Neumann等(2012)的模型预测显示, 大洋季节性缺氧的持续时间将在21世纪末增加一倍.低氧会阻碍氮的硝化过程, 影响浮游植物对氮营养盐的吸收, 从而改变海洋初级生产力(Codispoti et al., 2001; Gruber, 2004), 并且不完全的硝化过程会导致温室气体N2O产量增多, 加快全球气候变暖的进程(Codispoti et al., 2001; Jin & Gruber, 2003; Nevison et al., 2003).此外, 低氧会导致有氧呼吸生物向外迁徙, 降低系统的生物多样性, 对系统物质循环与能量的流动产生影响, 破坏海洋生态系统的稳定性(Breitburg et al., 2009). ...

Ocean climate change, phytoplankton community responses, and harmful algal blooms: a formidable predictive challenge
1
2010

... 海水富营养化会刺激浮游植物和大型藻类的生长, 增加海洋CO2的捕获量, 但过高的浮游植物生物量, 会降低光的穿透性, 影响水下生物的生长.此外, 营养盐比例的不平衡会改变浮游植物群落组成, 可能由此促进有毒藻类大量繁殖, 导致藻华的爆发(Hallegraeff, 2010; Flynn et al., 2015).有害藻类的大量繁殖不仅会导致鱼类和贝类等中毒死亡, 还会扩大海水的缺氧区(Rosenthal, 1985; Naylor et al., 2000; Rabalais et al., 2010).有研究表明, 1969-2009年期间, 由于人类活动的干扰, 大洋缺氧区的面积大小呈现递增趋势(Rabalais et al., 2010).以墨西哥北部湾缺氧区为例, 其面积从1985年的40 km2左右扩大到2015年的22 000 km2 (Sen Gupta et al., 1996; Bianchi et al., 2010; Turner & Rabalais, 2017).Neumann等(2012)的模型预测显示, 大洋季节性缺氧的持续时间将在21世纪末增加一倍.低氧会阻碍氮的硝化过程, 影响浮游植物对氮营养盐的吸收, 从而改变海洋初级生产力(Codispoti et al., 2001; Gruber, 2004), 并且不完全的硝化过程会导致温室气体N2O产量增多, 加快全球气候变暖的进程(Codispoti et al., 2001; Jin & Gruber, 2003; Nevison et al., 2003).此外, 低氧会导致有氧呼吸生物向外迁徙, 降低系统的生物多样性, 对系统物质循环与能量的流动产生影响, 破坏海洋生态系统的稳定性(Breitburg et al., 2009). ...

The impact of climate change on the world’s marine ecosystems
1
2010

... 工业革命以来, 人类活动导致大气中CO2浓度急剧上升, 大气温度升高了近0.6 ℃, 海水表层的平均温度在一个世纪内也相应地上升了约0.6 ℃ (Hoegh-Guldberg & Bruno, 2010).由于海洋生物的大多数生理生化过程都与温度密切相关, 因此海水暖化将直接影响到海洋生态系统和生物地球化学过程. ...

Coral reefs under rapid climate change and ocean acidification
1
2007

... 暖化的海水对生物的影响因种而异.对于大多数浮游植物而言, 在适温范围内, 海水暖化会促进其生长(Eppley, 1972), 但不同浮游植物对温度变化的响应程度不同, 因此全球暖化下浮游植物的生态位将发生改变(Xiao et al., 2018).然而, 对于大多数海洋动物, 暖化将在增加其体内代谢活性的同时加快其能量的消耗, 从而可能导致海洋生物自身生长与繁殖能力的下降(P?rtner & Knust, 2007).这些个体生理生化过程的变化会进一步改变种群的大小、时空分布格局与营养级水平, 最终引起群落结构与功能的改变(Bruno et al., 2003; Hyrenbach & Veit, 2003).从海洋生态系统的层面上来看, 全球变暖会改变海洋的初级生产力, 影响生态系统的稳定性.近期我国科学家采用模型估算发现, 1948-2007年, 全球气候变暖导致海洋水体层化加剧, 使得北大西洋、北太平洋和印度洋初级生产力分别降低了40%、24%和25% (Wang et al., 2017).倘若暖化现象一直持续, 到2100年, 海洋初级生产力将可能进一步减少20% (Steinacher et al., 2010).此外, 已有研究表明, 海水温度升高1 ℃, 珊瑚即会出现白化现象(Hoegh- Guldberg et al., 2007), 这会导致珊瑚礁生态系统多样性降低, 严重时会引发珊瑚礁系统的崩溃(Donner, 2009).海水暖化除了通过温度增加而对海洋生态系统产生直接影响外, 还会造成海洋层化加剧、缺氧区扩增等, 从而间接地对海洋生态系统产生一系列影响(Keeling et al., 2010; Wang et al., 2017). ...

The effect of ocean acidification on calcifying organisms in marine ecosystems: an organism-to-ecosystem perspective
1
2010

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

The complex effects of ocean acidification on the prominent N2-fixing cyanobacterium Trichodesmium
1
2017

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

The geological record of ocean acidification
1
2012

... 由于空气和海水之间持续的气体交换, 工业革命以来大气CO2浓度的急剧上升引起表层海水碳酸盐系统发生显著改变, 包括海水中的CO2、H+ (pH下降)和HCO3-浓度的升高以及CO32-浓度的下降, 即“海洋酸化” (Caldeira & Wickett, 2003; Doney et al., 2009).迄今为止, 表层海水的pH较工业革命之前(约8.21)已经降低了约0.1个单位, 预计到2100年其将继续下降到约7.7 (Doney et al., 2009).该酸化速率高于过去3亿年间的任何一个时期(H?nisch et al., 2012), 必将对海洋生态系统产生影响.因此, 海洋酸化不仅引起科学界的广泛关注, 政府间海洋学委员会、海洋研究科学委员会等国际组织也已将其列为国际合作的重点领域. ...

Marine phytoplankton and the changing ocean iron cycle
1
2016

... 目前国际上对海洋酸化的研究取得了一定的进展, 尤其是近年来越来越多的研究开始关注温度、光照、营养盐条件等其他环境因子的变化与海洋酸化耦合的影响(Shi et al., 2015; Hutchins & Boyd, 2016).然而, 以下几个关键科学问题仍然有待各个国家、学术组织之中的科学家通过加强合作交流以及在个体-种群-群落-生态系统等尺度上开展整合研究而予以阐明. ...

Ocean warming and seabird communities of the southern California Current System (1987-98): response at multiple temporal scales
1
2003

... 暖化的海水对生物的影响因种而异.对于大多数浮游植物而言, 在适温范围内, 海水暖化会促进其生长(Eppley, 1972), 但不同浮游植物对温度变化的响应程度不同, 因此全球暖化下浮游植物的生态位将发生改变(Xiao et al., 2018).然而, 对于大多数海洋动物, 暖化将在增加其体内代谢活性的同时加快其能量的消耗, 从而可能导致海洋生物自身生长与繁殖能力的下降(P?rtner & Knust, 2007).这些个体生理生化过程的变化会进一步改变种群的大小、时空分布格局与营养级水平, 最终引起群落结构与功能的改变(Bruno et al., 2003; Hyrenbach & Veit, 2003).从海洋生态系统的层面上来看, 全球变暖会改变海洋的初级生产力, 影响生态系统的稳定性.近期我国科学家采用模型估算发现, 1948-2007年, 全球气候变暖导致海洋水体层化加剧, 使得北大西洋、北太平洋和印度洋初级生产力分别降低了40%、24%和25% (Wang et al., 2017).倘若暖化现象一直持续, 到2100年, 海洋初级生产力将可能进一步减少20% (Steinacher et al., 2010).此外, 已有研究表明, 海水温度升高1 ℃, 珊瑚即会出现白化现象(Hoegh- Guldberg et al., 2007), 这会导致珊瑚礁生态系统多样性降低, 严重时会引发珊瑚礁系统的崩溃(Donner, 2009).海水暖化除了通过温度增加而对海洋生态系统产生直接影响外, 还会造成海洋层化加剧、缺氧区扩增等, 从而间接地对海洋生态系统产生一系列影响(Keeling et al., 2010; Wang et al., 2017). ...

Effects of CO2 on marine fish: larvae and adults
1
2004

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

Offsetting the radiative benefit of ocean iron fertilization by enhancing N2O emissions
1
2003

... 海水富营养化会刺激浮游植物和大型藻类的生长, 增加海洋CO2的捕获量, 但过高的浮游植物生物量, 会降低光的穿透性, 影响水下生物的生长.此外, 营养盐比例的不平衡会改变浮游植物群落组成, 可能由此促进有毒藻类大量繁殖, 导致藻华的爆发(Hallegraeff, 2010; Flynn et al., 2015).有害藻类的大量繁殖不仅会导致鱼类和贝类等中毒死亡, 还会扩大海水的缺氧区(Rosenthal, 1985; Naylor et al., 2000; Rabalais et al., 2010).有研究表明, 1969-2009年期间, 由于人类活动的干扰, 大洋缺氧区的面积大小呈现递增趋势(Rabalais et al., 2010).以墨西哥北部湾缺氧区为例, 其面积从1985年的40 km2左右扩大到2015年的22 000 km2 (Sen Gupta et al., 1996; Bianchi et al., 2010; Turner & Rabalais, 2017).Neumann等(2012)的模型预测显示, 大洋季节性缺氧的持续时间将在21世纪末增加一倍.低氧会阻碍氮的硝化过程, 影响浮游植物对氮营养盐的吸收, 从而改变海洋初级生产力(Codispoti et al., 2001; Gruber, 2004), 并且不完全的硝化过程会导致温室气体N2O产量增多, 加快全球气候变暖的进程(Codispoti et al., 2001; Jin & Gruber, 2003; Nevison et al., 2003).此外, 低氧会导致有氧呼吸生物向外迁徙, 降低系统的生物多样性, 对系统物质循环与能量的流动产生影响, 破坏海洋生态系统的稳定性(Breitburg et al., 2009). ...

Ocean deoxygenation in a warming world
2
2010

... 海洋生态系统是由海洋生物群落及其环境相互作用所构成的自然系统, 其服务功能及生态价值既是地球生命系统的重要支撑组成, 也是社会与环境可持续发展的一项基本要素.海洋生态系统的稳定主要依托于海洋中复杂的生物过程, 而这些过程往往易受海洋环境变化的影响.近半个世纪以来, 海洋和陆地一样面临着前所未有的生态压力, 不断加剧的人类活动正对海洋生态系统产生深远的影响, 例如, 大气二氧化碳(CO2)浓度的上升就是一个关键的问题.CO2浓度的上升会导致海洋暖化和酸化(Doney et al., 2009).暖化会引起海水层化加剧、海洋缺氧区扩增以及环流模式改变等(Keeling et al., 2010), 而酸化则会导致海水碳酸盐系统改变等化学变化, 进而影响生物的生理活动以及群落的结构功能等, 最终对海洋生态系统产生一系列的影响.此外, 人类活动干扰导致的海水富营养化以及由此引发的赤潮及海洋缺氧等问题也给海洋生态系统带来了严峻的挑战.迄今为止, 围绕气候变化和人类活动对海洋生态系统的影响, 国际上开展了大量的研究工作并取得了一定的进展.本文将通过文献计量的方法分析国内外的研究现状, 简要回顾该研究领域的发展简史, 聚焦海洋暖化、海洋酸化和富营养化与缺氧这三个核心研究方向, 重点阐述其对海洋生态系统初级生产的关键过程的影响, 总结已取得的重要进展以及存在的主要问题, 最后提出前沿展望. ...

... 暖化的海水对生物的影响因种而异.对于大多数浮游植物而言, 在适温范围内, 海水暖化会促进其生长(Eppley, 1972), 但不同浮游植物对温度变化的响应程度不同, 因此全球暖化下浮游植物的生态位将发生改变(Xiao et al., 2018).然而, 对于大多数海洋动物, 暖化将在增加其体内代谢活性的同时加快其能量的消耗, 从而可能导致海洋生物自身生长与繁殖能力的下降(P?rtner & Knust, 2007).这些个体生理生化过程的变化会进一步改变种群的大小、时空分布格局与营养级水平, 最终引起群落结构与功能的改变(Bruno et al., 2003; Hyrenbach & Veit, 2003).从海洋生态系统的层面上来看, 全球变暖会改变海洋的初级生产力, 影响生态系统的稳定性.近期我国科学家采用模型估算发现, 1948-2007年, 全球气候变暖导致海洋水体层化加剧, 使得北大西洋、北太平洋和印度洋初级生产力分别降低了40%、24%和25% (Wang et al., 2017).倘若暖化现象一直持续, 到2100年, 海洋初级生产力将可能进一步减少20% (Steinacher et al., 2010).此外, 已有研究表明, 海水温度升高1 ℃, 珊瑚即会出现白化现象(Hoegh- Guldberg et al., 2007), 这会导致珊瑚礁生态系统多样性降低, 严重时会引发珊瑚礁系统的崩溃(Donner, 2009).海水暖化除了通过温度增加而对海洋生态系统产生直接影响外, 还会造成海洋层化加剧、缺氧区扩增等, 从而间接地对海洋生态系统产生一系列影响(Keeling et al., 2010; Wang et al., 2017). ...

Adaptation to elevated CO2 in different biodiversity contexts
1
2016

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

Impacts of ocean acidification on marine organisms: quantifying sensitivities and interaction with warming
2
2013

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

... ; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

Response of photosynthesis to ocean acidification
1
2015

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

End of century ocean warming and acidification effects on reproductive success in a temperate marine copepod
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2012

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

Carbonate-sensitive phytotransferrin controls high-affinity iron uptake in diatoms
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2018

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

On the effects of alkalies and acids, and of alkaline and acid salts, upon growth and cell division in the fertilized eggs of Echinus esculentus —A study in relationship to the causation of malignant disease
1
1906

... 对全球气候变化的研究历史最早可以追溯到19世纪.早在19世纪20年代, 科学家就已经发现了几种温室气体, 但并未引起广泛的关注.直到19世纪30年代, 科学家意识到燃烧化石燃料对气候的影响后, 便开展了一系列研究工作.之后随着科学技术的发展, 全球气候变化对生态系统影响的研究于20世纪90年代迎来了黄金期(Weart, 2003), 其中就包括对海洋生态系统影响的研究.以全球气候变化导致的海洋酸化为例, 早在1906年, 针对海洋酸碱性, Moore等(1906)就已经开展了酸碱性对海胆受精卵的生长和细胞分裂的影响研究; 1951年, Rubey总结了早期酸化的研究工作, 为后人的研究提供了理论基础; 1957年, Revelle和Suess首次提出海洋吸收人类排放的CO2会降低海洋的缓冲能力, 引起了科学界对人类活动影响海洋生态系统的重视; 1966年, Broecker和Takahashi首次报道了海水CO32-的浓度, 并提出其将随着海水CO2浓度的升高而降低; 1978年, Brewer提出利用总碱度和溶解无机碳的浓度校正海水中的CO2系统; 1993年硼同位素等古海洋示踪剂开始被拓展应用于估算海洋化学参数的变化(Spivack et al., 1993); 2001年, Bates第一次利用时间序列数据记录了北大西洋西部海水碳酸盐体系的变化,主要包括海水的CO2浓度、CO2分压以及碱度的变动; 近年来, 利用受控实验评估生物体对海水碳酸盐体系变化响应的论文大量涌现, 与此同时科学家开始通过构建数值模型来预测未来海水碳酸盐系统的变化以及海洋酸化对海洋生物地球化学循环的影响. ...

Effect of aquaculture on world fish supplies
1
2000

... 海水富营养化会刺激浮游植物和大型藻类的生长, 增加海洋CO2的捕获量, 但过高的浮游植物生物量, 会降低光的穿透性, 影响水下生物的生长.此外, 营养盐比例的不平衡会改变浮游植物群落组成, 可能由此促进有毒藻类大量繁殖, 导致藻华的爆发(Hallegraeff, 2010; Flynn et al., 2015).有害藻类的大量繁殖不仅会导致鱼类和贝类等中毒死亡, 还会扩大海水的缺氧区(Rosenthal, 1985; Naylor et al., 2000; Rabalais et al., 2010).有研究表明, 1969-2009年期间, 由于人类活动的干扰, 大洋缺氧区的面积大小呈现递增趋势(Rabalais et al., 2010).以墨西哥北部湾缺氧区为例, 其面积从1985年的40 km2左右扩大到2015年的22 000 km2 (Sen Gupta et al., 1996; Bianchi et al., 2010; Turner & Rabalais, 2017).Neumann等(2012)的模型预测显示, 大洋季节性缺氧的持续时间将在21世纪末增加一倍.低氧会阻碍氮的硝化过程, 影响浮游植物对氮营养盐的吸收, 从而改变海洋初级生产力(Codispoti et al., 2001; Gruber, 2004), 并且不完全的硝化过程会导致温室气体N2O产量增多, 加快全球气候变暖的进程(Codispoti et al., 2001; Jin & Gruber, 2003; Nevison et al., 2003).此外, 低氧会导致有氧呼吸生物向外迁徙, 降低系统的生物多样性, 对系统物质循环与能量的流动产生影响, 破坏海洋生态系统的稳定性(Breitburg et al., 2009). ...

Extremes of temperature, oxygen and blooms in the Baltic Sea in a changing climate
1
2012

... 海水富营养化会刺激浮游植物和大型藻类的生长, 增加海洋CO2的捕获量, 但过高的浮游植物生物量, 会降低光的穿透性, 影响水下生物的生长.此外, 营养盐比例的不平衡会改变浮游植物群落组成, 可能由此促进有毒藻类大量繁殖, 导致藻华的爆发(Hallegraeff, 2010; Flynn et al., 2015).有害藻类的大量繁殖不仅会导致鱼类和贝类等中毒死亡, 还会扩大海水的缺氧区(Rosenthal, 1985; Naylor et al., 2000; Rabalais et al., 2010).有研究表明, 1969-2009年期间, 由于人类活动的干扰, 大洋缺氧区的面积大小呈现递增趋势(Rabalais et al., 2010).以墨西哥北部湾缺氧区为例, 其面积从1985年的40 km2左右扩大到2015年的22 000 km2 (Sen Gupta et al., 1996; Bianchi et al., 2010; Turner & Rabalais, 2017).Neumann等(2012)的模型预测显示, 大洋季节性缺氧的持续时间将在21世纪末增加一倍.低氧会阻碍氮的硝化过程, 影响浮游植物对氮营养盐的吸收, 从而改变海洋初级生产力(Codispoti et al., 2001; Gruber, 2004), 并且不完全的硝化过程会导致温室气体N2O产量增多, 加快全球气候变暖的进程(Codispoti et al., 2001; Jin & Gruber, 2003; Nevison et al., 2003).此外, 低氧会导致有氧呼吸生物向外迁徙, 降低系统的生物多样性, 对系统物质循环与能量的流动产生影响, 破坏海洋生态系统的稳定性(Breitburg et al., 2009). ...

Global distribution of N2O and the ΔN2O-AOU yield in the subsurface ocean
1
2003

... 海水富营养化会刺激浮游植物和大型藻类的生长, 增加海洋CO2的捕获量, 但过高的浮游植物生物量, 会降低光的穿透性, 影响水下生物的生长.此外, 营养盐比例的不平衡会改变浮游植物群落组成, 可能由此促进有毒藻类大量繁殖, 导致藻华的爆发(Hallegraeff, 2010; Flynn et al., 2015).有害藻类的大量繁殖不仅会导致鱼类和贝类等中毒死亡, 还会扩大海水的缺氧区(Rosenthal, 1985; Naylor et al., 2000; Rabalais et al., 2010).有研究表明, 1969-2009年期间, 由于人类活动的干扰, 大洋缺氧区的面积大小呈现递增趋势(Rabalais et al., 2010).以墨西哥北部湾缺氧区为例, 其面积从1985年的40 km2左右扩大到2015年的22 000 km2 (Sen Gupta et al., 1996; Bianchi et al., 2010; Turner & Rabalais, 2017).Neumann等(2012)的模型预测显示, 大洋季节性缺氧的持续时间将在21世纪末增加一倍.低氧会阻碍氮的硝化过程, 影响浮游植物对氮营养盐的吸收, 从而改变海洋初级生产力(Codispoti et al., 2001; Gruber, 2004), 并且不完全的硝化过程会导致温室气体N2O产量增多, 加快全球气候变暖的进程(Codispoti et al., 2001; Jin & Gruber, 2003; Nevison et al., 2003).此外, 低氧会导致有氧呼吸生物向外迁徙, 降低系统的生物多样性, 对系统物质循环与能量的流动产生影响, 破坏海洋生态系统的稳定性(Breitburg et al., 2009). ...

Ecosystem effects of ocean acidification in times of ocean warming: a physiologist’s view
1
2008

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

Climate change affects marine fishes through the oxygen limitation of thermal tolerance
1
2007

... 暖化的海水对生物的影响因种而异.对于大多数浮游植物而言, 在适温范围内, 海水暖化会促进其生长(Eppley, 1972), 但不同浮游植物对温度变化的响应程度不同, 因此全球暖化下浮游植物的生态位将发生改变(Xiao et al., 2018).然而, 对于大多数海洋动物, 暖化将在增加其体内代谢活性的同时加快其能量的消耗, 从而可能导致海洋生物自身生长与繁殖能力的下降(P?rtner & Knust, 2007).这些个体生理生化过程的变化会进一步改变种群的大小、时空分布格局与营养级水平, 最终引起群落结构与功能的改变(Bruno et al., 2003; Hyrenbach & Veit, 2003).从海洋生态系统的层面上来看, 全球变暖会改变海洋的初级生产力, 影响生态系统的稳定性.近期我国科学家采用模型估算发现, 1948-2007年, 全球气候变暖导致海洋水体层化加剧, 使得北大西洋、北太平洋和印度洋初级生产力分别降低了40%、24%和25% (Wang et al., 2017).倘若暖化现象一直持续, 到2100年, 海洋初级生产力将可能进一步减少20% (Steinacher et al., 2010).此外, 已有研究表明, 海水温度升高1 ℃, 珊瑚即会出现白化现象(Hoegh- Guldberg et al., 2007), 这会导致珊瑚礁生态系统多样性降低, 严重时会引发珊瑚礁系统的崩溃(Donner, 2009).海水暖化除了通过温度增加而对海洋生态系统产生直接影响外, 还会造成海洋层化加剧、缺氧区扩增等, 从而间接地对海洋生态系统产生一系列影响(Keeling et al., 2010; Wang et al., 2017). ...

Synergistic effects of temperature extremes, hypoxia, and increases in CO2 on marine animals: from earth history to global change
1
2005

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

Dynamics and distribution of natural and human- caused hypoxia
2
2010

... 海水富营养化会刺激浮游植物和大型藻类的生长, 增加海洋CO2的捕获量, 但过高的浮游植物生物量, 会降低光的穿透性, 影响水下生物的生长.此外, 营养盐比例的不平衡会改变浮游植物群落组成, 可能由此促进有毒藻类大量繁殖, 导致藻华的爆发(Hallegraeff, 2010; Flynn et al., 2015).有害藻类的大量繁殖不仅会导致鱼类和贝类等中毒死亡, 还会扩大海水的缺氧区(Rosenthal, 1985; Naylor et al., 2000; Rabalais et al., 2010).有研究表明, 1969-2009年期间, 由于人类活动的干扰, 大洋缺氧区的面积大小呈现递增趋势(Rabalais et al., 2010).以墨西哥北部湾缺氧区为例, 其面积从1985年的40 km2左右扩大到2015年的22 000 km2 (Sen Gupta et al., 1996; Bianchi et al., 2010; Turner & Rabalais, 2017).Neumann等(2012)的模型预测显示, 大洋季节性缺氧的持续时间将在21世纪末增加一倍.低氧会阻碍氮的硝化过程, 影响浮游植物对氮营养盐的吸收, 从而改变海洋初级生产力(Codispoti et al., 2001; Gruber, 2004), 并且不完全的硝化过程会导致温室气体N2O产量增多, 加快全球气候变暖的进程(Codispoti et al., 2001; Jin & Gruber, 2003; Nevison et al., 2003).此外, 低氧会导致有氧呼吸生物向外迁徙, 降低系统的生物多样性, 对系统物质循环与能量的流动产生影响, 破坏海洋生态系统的稳定性(Breitburg et al., 2009). ...

... ).有研究表明, 1969-2009年期间, 由于人类活动的干扰, 大洋缺氧区的面积大小呈现递增趋势(Rabalais et al., 2010).以墨西哥北部湾缺氧区为例, 其面积从1985年的40 km2左右扩大到2015年的22 000 km2 (Sen Gupta et al., 1996; Bianchi et al., 2010; Turner & Rabalais, 2017).Neumann等(2012)的模型预测显示, 大洋季节性缺氧的持续时间将在21世纪末增加一倍.低氧会阻碍氮的硝化过程, 影响浮游植物对氮营养盐的吸收, 从而改变海洋初级生产力(Codispoti et al., 2001; Gruber, 2004), 并且不完全的硝化过程会导致温室气体N2O产量增多, 加快全球气候变暖的进程(Codispoti et al., 2001; Jin & Gruber, 2003; Nevison et al., 2003).此外, 低氧会导致有氧呼吸生物向外迁徙, 降低系统的生物多样性, 对系统物质循环与能量的流动产生影响, 破坏海洋生态系统的稳定性(Breitburg et al., 2009). ...

Carbon concentrating mechanisms in eukaryotic marine phytoplankton
1
2011

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

Carbon dioxide exchange between atmosphere and ocean and the question of an increase of atmospheric CO2 during the past decades
1
1957

... 对全球气候变化的研究历史最早可以追溯到19世纪.早在19世纪20年代, 科学家就已经发现了几种温室气体, 但并未引起广泛的关注.直到19世纪30年代, 科学家意识到燃烧化石燃料对气候的影响后, 便开展了一系列研究工作.之后随着科学技术的发展, 全球气候变化对生态系统影响的研究于20世纪90年代迎来了黄金期(Weart, 2003), 其中就包括对海洋生态系统影响的研究.以全球气候变化导致的海洋酸化为例, 早在1906年, 针对海洋酸碱性, Moore等(1906)就已经开展了酸碱性对海胆受精卵的生长和细胞分裂的影响研究; 1951年, Rubey总结了早期酸化的研究工作, 为后人的研究提供了理论基础; 1957年, Revelle和Suess首次提出海洋吸收人类排放的CO2会降低海洋的缓冲能力, 引起了科学界对人类活动影响海洋生态系统的重视; 1966年, Broecker和Takahashi首次报道了海水CO32-的浓度, 并提出其将随着海水CO2浓度的升高而降低; 1978年, Brewer提出利用总碱度和溶解无机碳的浓度校正海水中的CO2系统; 1993年硼同位素等古海洋示踪剂开始被拓展应用于估算海洋化学参数的变化(Spivack et al., 1993); 2001年, Bates第一次利用时间序列数据记录了北大西洋西部海水碳酸盐体系的变化,主要包括海水的CO2浓度、CO2分压以及碱度的变动; 近年来, 利用受控实验评估生物体对海水碳酸盐体系变化响应的论文大量涌现, 与此同时科学家开始通过构建数值模型来预测未来海水碳酸盐系统的变化以及海洋酸化对海洋生物地球化学循环的影响. ...

Enhanced biological carbon consumption in a high CO2 ocean
1
2007

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

Carbon dioxide limitation of marine phytoplankton growth rates
1
1993

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

Reduced calcification of marine plankton in response to increased atmospheric CO2
1
2000

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

Constraints and perspectives in aquaculture development
1
1985

... 海水富营养化会刺激浮游植物和大型藻类的生长, 增加海洋CO2的捕获量, 但过高的浮游植物生物量, 会降低光的穿透性, 影响水下生物的生长.此外, 营养盐比例的不平衡会改变浮游植物群落组成, 可能由此促进有毒藻类大量繁殖, 导致藻华的爆发(Hallegraeff, 2010; Flynn et al., 2015).有害藻类的大量繁殖不仅会导致鱼类和贝类等中毒死亡, 还会扩大海水的缺氧区(Rosenthal, 1985; Naylor et al., 2000; Rabalais et al., 2010).有研究表明, 1969-2009年期间, 由于人类活动的干扰, 大洋缺氧区的面积大小呈现递增趋势(Rabalais et al., 2010).以墨西哥北部湾缺氧区为例, 其面积从1985年的40 km2左右扩大到2015年的22 000 km2 (Sen Gupta et al., 1996; Bianchi et al., 2010; Turner & Rabalais, 2017).Neumann等(2012)的模型预测显示, 大洋季节性缺氧的持续时间将在21世纪末增加一倍.低氧会阻碍氮的硝化过程, 影响浮游植物对氮营养盐的吸收, 从而改变海洋初级生产力(Codispoti et al., 2001; Gruber, 2004), 并且不完全的硝化过程会导致温室气体N2O产量增多, 加快全球气候变暖的进程(Codispoti et al., 2001; Jin & Gruber, 2003; Nevison et al., 2003).此外, 低氧会导致有氧呼吸生物向外迁徙, 降低系统的生物多样性, 对系统物质循环与能量的流动产生影响, 破坏海洋生态系统的稳定性(Breitburg et al., 2009). ...

The impact of ocean acidification on reproduction, early development and settlement of marine organisms
1
2011

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

Geologic history of sea water: an attempt to state the problem
1
1951

... 对全球气候变化的研究历史最早可以追溯到19世纪.早在19世纪20年代, 科学家就已经发现了几种温室气体, 但并未引起广泛的关注.直到19世纪30年代, 科学家意识到燃烧化石燃料对气候的影响后, 便开展了一系列研究工作.之后随着科学技术的发展, 全球气候变化对生态系统影响的研究于20世纪90年代迎来了黄金期(Weart, 2003), 其中就包括对海洋生态系统影响的研究.以全球气候变化导致的海洋酸化为例, 早在1906年, 针对海洋酸碱性, Moore等(1906)就已经开展了酸碱性对海胆受精卵的生长和细胞分裂的影响研究; 1951年, Rubey总结了早期酸化的研究工作, 为后人的研究提供了理论基础; 1957年, Revelle和Suess首次提出海洋吸收人类排放的CO2会降低海洋的缓冲能力, 引起了科学界对人类活动影响海洋生态系统的重视; 1966年, Broecker和Takahashi首次报道了海水CO32-的浓度, 并提出其将随着海水CO2浓度的升高而降低; 1978年, Brewer提出利用总碱度和溶解无机碳的浓度校正海水中的CO2系统; 1993年硼同位素等古海洋示踪剂开始被拓展应用于估算海洋化学参数的变化(Spivack et al., 1993); 2001年, Bates第一次利用时间序列数据记录了北大西洋西部海水碳酸盐体系的变化,主要包括海水的CO2浓度、CO2分压以及碱度的变动; 近年来, 利用受控实验评估生物体对海水碳酸盐体系变化响应的论文大量涌现, 与此同时科学家开始通过构建数值模型来预测未来海水碳酸盐系统的变化以及海洋酸化对海洋生物地球化学循环的影响. ...

Seasonal oxygen depletion in the continental-shelf waters of Louisiana: historical record of benthic foraminifers
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1996

... 海水富营养化会刺激浮游植物和大型藻类的生长, 增加海洋CO2的捕获量, 但过高的浮游植物生物量, 会降低光的穿透性, 影响水下生物的生长.此外, 营养盐比例的不平衡会改变浮游植物群落组成, 可能由此促进有毒藻类大量繁殖, 导致藻华的爆发(Hallegraeff, 2010; Flynn et al., 2015).有害藻类的大量繁殖不仅会导致鱼类和贝类等中毒死亡, 还会扩大海水的缺氧区(Rosenthal, 1985; Naylor et al., 2000; Rabalais et al., 2010).有研究表明, 1969-2009年期间, 由于人类活动的干扰, 大洋缺氧区的面积大小呈现递增趋势(Rabalais et al., 2010).以墨西哥北部湾缺氧区为例, 其面积从1985年的40 km2左右扩大到2015年的22 000 km2 (Sen Gupta et al., 1996; Bianchi et al., 2010; Turner & Rabalais, 2017).Neumann等(2012)的模型预测显示, 大洋季节性缺氧的持续时间将在21世纪末增加一倍.低氧会阻碍氮的硝化过程, 影响浮游植物对氮营养盐的吸收, 从而改变海洋初级生产力(Codispoti et al., 2001; Gruber, 2004), 并且不完全的硝化过程会导致温室气体N2O产量增多, 加快全球气候变暖的进程(Codispoti et al., 2001; Jin & Gruber, 2003; Nevison et al., 2003).此外, 低氧会导致有氧呼吸生物向外迁徙, 降低系统的生物多样性, 对系统物质循环与能量的流动产生影响, 破坏海洋生态系统的稳定性(Breitburg et al., 2009). ...

Interactive effects of light, nitrogen source, and carbon dioxide on energy metabolism in the diatom Thalassiosira pseudonana
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2015

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

... 目前国际上对海洋酸化的研究取得了一定的进展, 尤其是近年来越来越多的研究开始关注温度、光照、营养盐条件等其他环境因子的变化与海洋酸化耦合的影响(Shi et al., 2015; Hutchins & Boyd, 2016).然而, 以下几个关键科学问题仍然有待各个国家、学术组织之中的科学家通过加强合作交流以及在个体-种群-群落-生态系统等尺度上开展整合研究而予以阐明. ...

Effect of ocean acidification on iron availability to marine phytoplankton
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2010

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

Foraminiferal boron isotope ratios as a proxy for surface ocean pH over the past 21 Myr
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1993

... 对全球气候变化的研究历史最早可以追溯到19世纪.早在19世纪20年代, 科学家就已经发现了几种温室气体, 但并未引起广泛的关注.直到19世纪30年代, 科学家意识到燃烧化石燃料对气候的影响后, 便开展了一系列研究工作.之后随着科学技术的发展, 全球气候变化对生态系统影响的研究于20世纪90年代迎来了黄金期(Weart, 2003), 其中就包括对海洋生态系统影响的研究.以全球气候变化导致的海洋酸化为例, 早在1906年, 针对海洋酸碱性, Moore等(1906)就已经开展了酸碱性对海胆受精卵的生长和细胞分裂的影响研究; 1951年, Rubey总结了早期酸化的研究工作, 为后人的研究提供了理论基础; 1957年, Revelle和Suess首次提出海洋吸收人类排放的CO2会降低海洋的缓冲能力, 引起了科学界对人类活动影响海洋生态系统的重视; 1966年, Broecker和Takahashi首次报道了海水CO32-的浓度, 并提出其将随着海水CO2浓度的升高而降低; 1978年, Brewer提出利用总碱度和溶解无机碳的浓度校正海水中的CO2系统; 1993年硼同位素等古海洋示踪剂开始被拓展应用于估算海洋化学参数的变化(Spivack et al., 1993); 2001年, Bates第一次利用时间序列数据记录了北大西洋西部海水碳酸盐体系的变化,主要包括海水的CO2浓度、CO2分压以及碱度的变动; 近年来, 利用受控实验评估生物体对海水碳酸盐体系变化响应的论文大量涌现, 与此同时科学家开始通过构建数值模型来预测未来海水碳酸盐系统的变化以及海洋酸化对海洋生物地球化学循环的影响. ...

Projected 21st century decrease in marine productivity: a multi-model analysis
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2010

... 暖化的海水对生物的影响因种而异.对于大多数浮游植物而言, 在适温范围内, 海水暖化会促进其生长(Eppley, 1972), 但不同浮游植物对温度变化的响应程度不同, 因此全球暖化下浮游植物的生态位将发生改变(Xiao et al., 2018).然而, 对于大多数海洋动物, 暖化将在增加其体内代谢活性的同时加快其能量的消耗, 从而可能导致海洋生物自身生长与繁殖能力的下降(P?rtner & Knust, 2007).这些个体生理生化过程的变化会进一步改变种群的大小、时空分布格局与营养级水平, 最终引起群落结构与功能的改变(Bruno et al., 2003; Hyrenbach & Veit, 2003).从海洋生态系统的层面上来看, 全球变暖会改变海洋的初级生产力, 影响生态系统的稳定性.近期我国科学家采用模型估算发现, 1948-2007年, 全球气候变暖导致海洋水体层化加剧, 使得北大西洋、北太平洋和印度洋初级生产力分别降低了40%、24%和25% (Wang et al., 2017).倘若暖化现象一直持续, 到2100年, 海洋初级生产力将可能进一步减少20% (Steinacher et al., 2010).此外, 已有研究表明, 海水温度升高1 ℃, 珊瑚即会出现白化现象(Hoegh- Guldberg et al., 2007), 这会导致珊瑚礁生态系统多样性降低, 严重时会引发珊瑚礁系统的崩溃(Donner, 2009).海水暖化除了通过温度增加而对海洋生态系统产生直接影响外, 还会造成海洋层化加剧、缺氧区扩增等, 从而间接地对海洋生态系统产生一系列影响(Keeling et al., 2010; Wang et al., 2017). ...

Light availability determines susceptibility of reef building corals to ocean acidification
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2013

... 当前, 表层海水中CO2的浓度为10-20 μmol·L-1 (Badger et al., 1998), 低于绝大多数浮游植物中催化固碳反应的关键酶——核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)的半饱和常数.因此, 大多数浮游植物依赖于耗能的CO2浓缩机制(CO2-concentrating mechanism, CCM)以提高胞内RubisCO周围CO2的浓度(Reinfelder, 2011).已有研究表明, 酸化条件下, CO2浓度升高可使CCM下调, 节省能量, 从而对部分浮游植物的生长具有不同程度的促进作用(Riebesell et al., 1993; Mackey et al., 2015).除了CO2浓度升高, 随之降低的海水pH则同样可能对浮游植物产生直接或间接的影响.例如, 近期我国****对海洋优势固氮蓝藻束毛藻(Trichodesmium)开展的研究表明, 海水pH下降导致其固氮酶效率降低, 干扰胞内pH稳态, 影响细胞产能, 且该负效应大于CO2浓度升高所产生的正效应, 故酸化的净效应为抑制束毛藻的固氮作用(Hong et al., 2017).此外, 海水pH下降还可能改变浮游植物对铁、磷等关键营养元素的利用(Shi et al., 2010; McQuaid et al., 2018), 从而间接影响浮游植物生长.除了光合作用和固氮作用外, 海水酸化还会对颗石藻、有孔虫类、珊瑚等钙化生物的钙化作用产生负面影响(Riebesell et al., 2000; Cao & Caldeira, 2008; Hofmann et al., 2010; Kroeker et al., 2013).对于海洋软体动物、棘皮动物、甲壳动物及鱼类等生物而言, 海洋酸化不仅会降低其幼体发育速度和个体大小(Ross et al., 2011), 还会降低部分生物类群的呼吸速率, 扰乱生物体内酸碱平衡, 影响其生长与繁殖(Ishimatsu et al., 2004; P?rtner & Langenbuch, 2005).海洋酸化对生物个体的影响会进一步体现在对海洋生态系统和海洋生物地球化学循环的影响.Riebesell等(2007)通过开展中尺度生态系统(mesocosm) CO2加富实验发现, 与350 mg·kg-1相比, 1 050 mg·kg-1 CO2浓度下的浮游植物群落在12天内多消耗了39%的无机碳, 且浮游植物的C:N从6升高到8, 这一方面将有利于提高生物碳泵的效率, 但另一方面C:N的增加会降低有机物的营养价值, 影响细菌降解与浮游植物繁殖, 改变海洋生态系统的动力学. 此外, 酸化与光辐射(Suggett et al., 2013; Shi et al., 2015; Kleynhans et al., 2016)以及酸化与暖化(P?rtner, 2008; Mayor et al., 2012; Kroeker et al., 2013)之间的耦合作用, 也会从个体、种群、群落等不同水平上对海洋生态系统产生影响. ...

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2017

... 海水富营养化会刺激浮游植物和大型藻类的生长, 增加海洋CO2的捕获量, 但过高的浮游植物生物量, 会降低光的穿透性, 影响水下生物的生长.此外, 营养盐比例的不平衡会改变浮游植物群落组成, 可能由此促进有毒藻类大量繁殖, 导致藻华的爆发(Hallegraeff, 2010; Flynn et al., 2015).有害藻类的大量繁殖不仅会导致鱼类和贝类等中毒死亡, 还会扩大海水的缺氧区(Rosenthal, 1985; Naylor et al., 2000; Rabalais et al., 2010).有研究表明, 1969-2009年期间, 由于人类活动的干扰, 大洋缺氧区的面积大小呈现递增趋势(Rabalais et al., 2010).以墨西哥北部湾缺氧区为例, 其面积从1985年的40 km2左右扩大到2015年的22 000 km2 (Sen Gupta et al., 1996; Bianchi et al., 2010; Turner & Rabalais, 2017).Neumann等(2012)的模型预测显示, 大洋季节性缺氧的持续时间将在21世纪末增加一倍.低氧会阻碍氮的硝化过程, 影响浮游植物对氮营养盐的吸收, 从而改变海洋初级生产力(Codispoti et al., 2001; Gruber, 2004), 并且不完全的硝化过程会导致温室气体N2O产量增多, 加快全球气候变暖的进程(Codispoti et al., 2001; Jin & Gruber, 2003; Nevison et al., 2003).此外, 低氧会导致有氧呼吸生物向外迁徙, 降低系统的生物多样性, 对系统物质循环与能量的流动产生影响, 破坏海洋生态系统的稳定性(Breitburg et al., 2009). ...

Modern dust aerosol availability in northwestern China
2
2017

... 暖化的海水对生物的影响因种而异.对于大多数浮游植物而言, 在适温范围内, 海水暖化会促进其生长(Eppley, 1972), 但不同浮游植物对温度变化的响应程度不同, 因此全球暖化下浮游植物的生态位将发生改变(Xiao et al., 2018).然而, 对于大多数海洋动物, 暖化将在增加其体内代谢活性的同时加快其能量的消耗, 从而可能导致海洋生物自身生长与繁殖能力的下降(P?rtner & Knust, 2007).这些个体生理生化过程的变化会进一步改变种群的大小、时空分布格局与营养级水平, 最终引起群落结构与功能的改变(Bruno et al., 2003; Hyrenbach & Veit, 2003).从海洋生态系统的层面上来看, 全球变暖会改变海洋的初级生产力, 影响生态系统的稳定性.近期我国科学家采用模型估算发现, 1948-2007年, 全球气候变暖导致海洋水体层化加剧, 使得北大西洋、北太平洋和印度洋初级生产力分别降低了40%、24%和25% (Wang et al., 2017).倘若暖化现象一直持续, 到2100年, 海洋初级生产力将可能进一步减少20% (Steinacher et al., 2010).此外, 已有研究表明, 海水温度升高1 ℃, 珊瑚即会出现白化现象(Hoegh- Guldberg et al., 2007), 这会导致珊瑚礁生态系统多样性降低, 严重时会引发珊瑚礁系统的崩溃(Donner, 2009).海水暖化除了通过温度增加而对海洋生态系统产生直接影响外, 还会造成海洋层化加剧、缺氧区扩增等, 从而间接地对海洋生态系统产生一系列影响(Keeling et al., 2010; Wang et al., 2017). ...

... ; Wang et al., 2017). ...

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2003

... 对全球气候变化的研究历史最早可以追溯到19世纪.早在19世纪20年代, 科学家就已经发现了几种温室气体, 但并未引起广泛的关注.直到19世纪30年代, 科学家意识到燃烧化石燃料对气候的影响后, 便开展了一系列研究工作.之后随着科学技术的发展, 全球气候变化对生态系统影响的研究于20世纪90年代迎来了黄金期(Weart, 2003), 其中就包括对海洋生态系统影响的研究.以全球气候变化导致的海洋酸化为例, 早在1906年, 针对海洋酸碱性, Moore等(1906)就已经开展了酸碱性对海胆受精卵的生长和细胞分裂的影响研究; 1951年, Rubey总结了早期酸化的研究工作, 为后人的研究提供了理论基础; 1957年, Revelle和Suess首次提出海洋吸收人类排放的CO2会降低海洋的缓冲能力, 引起了科学界对人类活动影响海洋生态系统的重视; 1966年, Broecker和Takahashi首次报道了海水CO32-的浓度, 并提出其将随着海水CO2浓度的升高而降低; 1978年, Brewer提出利用总碱度和溶解无机碳的浓度校正海水中的CO2系统; 1993年硼同位素等古海洋示踪剂开始被拓展应用于估算海洋化学参数的变化(Spivack et al., 1993); 2001年, Bates第一次利用时间序列数据记录了北大西洋西部海水碳酸盐体系的变化,主要包括海水的CO2浓度、CO2分压以及碱度的变动; 近年来, 利用受控实验评估生物体对海水碳酸盐体系变化响应的论文大量涌现, 与此同时科学家开始通过构建数值模型来预测未来海水碳酸盐系统的变化以及海洋酸化对海洋生物地球化学循环的影响. ...

Realized niches explain spatial gradients in seasonal abundance of phytoplankton groups in the South China Sea
1
2018

... 暖化的海水对生物的影响因种而异.对于大多数浮游植物而言, 在适温范围内, 海水暖化会促进其生长(Eppley, 1972), 但不同浮游植物对温度变化的响应程度不同, 因此全球暖化下浮游植物的生态位将发生改变(Xiao et al., 2018).然而, 对于大多数海洋动物, 暖化将在增加其体内代谢活性的同时加快其能量的消耗, 从而可能导致海洋生物自身生长与繁殖能力的下降(P?rtner & Knust, 2007).这些个体生理生化过程的变化会进一步改变种群的大小、时空分布格局与营养级水平, 最终引起群落结构与功能的改变(Bruno et al., 2003; Hyrenbach & Veit, 2003).从海洋生态系统的层面上来看, 全球变暖会改变海洋的初级生产力, 影响生态系统的稳定性.近期我国科学家采用模型估算发现, 1948-2007年, 全球气候变暖导致海洋水体层化加剧, 使得北大西洋、北太平洋和印度洋初级生产力分别降低了40%、24%和25% (Wang et al., 2017).倘若暖化现象一直持续, 到2100年, 海洋初级生产力将可能进一步减少20% (Steinacher et al., 2010).此外, 已有研究表明, 海水温度升高1 ℃, 珊瑚即会出现白化现象(Hoegh- Guldberg et al., 2007), 这会导致珊瑚礁生态系统多样性降低, 严重时会引发珊瑚礁系统的崩溃(Donner, 2009).海水暖化除了通过温度增加而对海洋生态系统产生直接影响外, 还会造成海洋层化加剧、缺氧区扩增等, 从而间接地对海洋生态系统产生一系列影响(Keeling et al., 2010; Wang et al., 2017). ...




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