海洋酸化(Ocean acidification)指的是海水pH逐年降低的现象,主要来源于人类活动导致的二氧化碳排放量的增加,是目前备受人们关注的全球性问题。其中海洋酸化对海洋生物及生态系统的影响是目前热点的研究内容之一。海洋酸化与渔业资源关系密切。海洋酸化对物种的影响多样,物种本身也对海洋酸化存在复杂的响应;上升到渔业生态学层面,海洋酸化可能造成渔业种群崩溃,群落和生态系统结构变化,同时给渔业经济和社会带来不利的影响。为此,本研究首先从宏观入手,进行海洋酸化情况下全球各国专属经济区捕捞产业潜在风险评估;继而选取渔业资源丰富且受海洋酸化影响较为严重的区域(东白令海大陆架海域)作为研究对象,研究东白令海大陆架海域近年来海洋酸化的时空变化趋势,分析海洋酸化下主要物种的空间上的变动及资源丰度的变动,结合生态系统模型分析捕捞和海洋酸化对海域生态系统及各种类渔业的影响,并进行应对策略分析。研究可为渔业科学及管理者研究海洋酸化乃至气候变化对渔业的影响提供基础。研究的主要结论为:(1)海洋酸化情况下全球各国专属经济区海洋捕捞产业潜在风险评估。利用气候模型预测的两种情景下(ssp1-2.6情景和ssp5-8.5情景,分别代表了未来海洋酸化发生的最缓和和最剧烈的情况)2050-2054年海水表层pH数据,及全球沿海国产量和社会经济上与捕捞产业的相关指标,构建了海洋酸化情况下全球各国专属经济区海洋捕捞产业潜在风险评估模型,对21世纪中叶(2050-2054年)全球各国专属经济区海洋捕捞产业受到的潜在风险进行评估。风险评估模型包括了与海洋酸化相关的危害度,与捕捞产量及捕捞结构相关的暴露度,以及与社会、经济和渔业产业适应能力相关的脆弱度。研究结果表明,在未来的海洋酸化发展下,发展水平较高的低脆弱度的国家和地区可能会受到极低至中等的风险;发展水平较低的高脆弱度的国家和地区可能会受到中等至高的风险;捕捞量较大及产量结构中含有较高的软体动物和甲壳类的高暴露度的国家和地区会受到中等至高的风险。不同的国家应该依据各国不同的渔业特征制定自己的应对策略。研究表明,海洋酸化下的捕捞产业的潜在风险主要还是来源于捕捞结构、经济因素以及渔业产业对产业结构和产能变化时的适应能力。(2)东白令海大陆架水域海洋酸化时空变动及影响因素。以文石饱和度(Aragonite saturation,Ωar)作为海洋酸化指标,结合时空因子(年、月、经纬度)、海表面温度(Sea surface temperature,SST)、海表面盐度(Sea surface salinity,SSS)和叶绿素a浓度(chlorophyll-a,chl-a)等数据,研究白令海大陆架水域海洋酸化时空变化规律及其影响因素。研究发现,1998-2014年间(除冬季,11-次年2月)白令海大陆架海域海洋酸化时空变动趋势为:Ωar的年下降速率为0.0037个单位,其下降存在波动;月份上,海域Ωar的变动趋势为随着月份先上升(3-5月)随后下降(5-10月),3-4月和秋季(10月)容易发生酸化现象;海域海洋酸化的程度存在空间上的差异,呈现由近岸向外海减弱的趋势,易发生酸化情况的区域为近岸区域。分析表明,白令海大陆架海域海洋酸化变动在时空上存在差异,但Ωar的季节性变动(月份的影响)要强于年间变动,影响该区域海洋酸化的因素还包含了淡水的流入、温度和生物因素等因子。该研究结论将有助于海洋酸化对渔业资源、海洋生态系统影响评价及其机制的研究。(3)海水pH变动对东白令海大陆架区域渔业资源栖息地变化的关系。基于1982-2014年东白令海大陆架底层拖网的调查数据及底层海水pH数据,利用相关性分析和适宜性指数模型,分析目前海洋酸化的变动下,海域中147个物种(鱼类、甲壳类和软体动物)的空间分布及栖息地(分布重心和栖息地面积)的变化。研究发现,东白令海大陆架海域底层pH的空间分布呈现从近岸到外海逐渐降低的趋势,2005-2014年与1982-1991年相比,海域的底层pH下降了0-0.07个单位,其中内部水域下降的幅度较大,而外海和北部区域pH下降幅度较小,鱼类、甲壳类和软体动物的栖息地pH也是逐年下降的,这分别导致了研究中27.78%的鱼类,37.93%的甲壳类和15.38%的软体动物分布重心的改变,其中大多数种类都是往pH下降程度较低的外海和北部偏移;同时,目前底层海水pH的下降还会影响研究中19.70%的鱼类,27.58%的甲壳类和32.69%的软体动物栖息地面积的变动。通过分析物种的适宜性指数曲线的分布形式,发现了四种形式:适应性指数存在着一定范围;随着pH下降,适应性指数上升;随着pH下降,适应性指数下降;随着pH下降,适应性指数开始下降缓慢随后下降迅速。研究发现,要分析pH变动下的渔业资源栖息地变化,要尤其关注物种的pH适宜范围。(4)海水pH变动对东白令大陆架海域渔业资源丰度变动的关系。研究基于1982-2014年东白令海大陆架底层拖网的调查数据,结合海水pH数据,利用动态回归模型对其中鱼类、甲壳类和软体动物的资源变动进行探究。通过模型分析,发现目前鱼类、软体动物和甲壳类各有40.63%、36.8%和33.33%的种类的资源丰度变动受到海水pH变动的影响;模拟和预测分析表明,pH变动对各物种资源丰度的影响存在种类的特异性,其中对软体动物(不包含头足类)和甲壳类均易产生负的影响;其次物种资源丰度在pH下降的时候的反应不同(包含了上升、下降和先上升后下降三种)。pH的变动可通过直接的升高或降低以及改变物种适宜栖息地范围而对渔业资源丰度的变动产生影响。同时分析发现,仅单独分析pH对物种的影响是不够的,后续还应结合食物网、及物种生活史上的信息以详细分析影响。(5)海洋酸化下东白令海大陆架海域渔业生态系统模拟研究。研究结合东白令海大陆架海域的实际食物网情况(捕食和被捕食关系),利用Ecopath模型构建2005-2014年海域相应的渔业生态系统;同时使用Ecosim模型模拟海洋酸化带来的甲壳类和软体动物额外死亡率的情况下,2015-2100年海域渔业资源量及其对应渔业产量的变化和生态系统变化;从受影响的渔业资源出发,模拟该如何调整捕捞策略(捕捞死亡率)以维持渔业及生态系统的稳定。研究发现,除了中上层渔获种类的资源量和捕捞量,海洋酸化对该生态系统的总资源量和总捕捞量及其他渔业资源量和捕捞量都存在下降的趋势,其中海洋酸化对蟹类的影响最为严重,2100年与2015年相比,未来的海洋酸化可能造成海域蟹类的资源量下降11.65%-26.80%,总产量下降18.03%-39.43%;海洋酸化还会带来海域生物多样性的减少,渔获物的平均营养级增加但是整体生态系统资源量还是往低营养级偏移的模式(高营养级生物资源量减少的多,低营养级生物资源量减少的少),表明生态系统群落结构在海洋酸化下正在发生改变;捕捞因素和海洋酸化对生物的效应可能是对立的,也可以是协同的,协同效应中,由于食物网因素(捕食和被捕食关系),两者的结合可能加剧(如太平洋鳕鱼和软体动物)对资源量的负效应或减缓对资源量的负效应(如虾类和蟹类);应对策略分析表明,在海洋酸化下,渔业能够在一定程度上通过调整捕捞死亡率进行应对,要同时注重海洋酸化直接影响的物种以及通过食物网间接影响的物种,通过降低捕捞死亡率来补偿海洋酸化带来的死亡率,这样能够延缓海洋酸化对海洋生物及海洋生态系统的影响,保持海洋生态系统的稳定。(6)主要结论。海洋酸化对各沿海国渔业的影响随着其捕捞结构、经济因素以及渔业产业对产业结构和产能变化时的适应能力而异。在东白令海大陆架水域,目前已经发生了海域酸化的情况。对该海域的渔业资源进行分析发现,物种的空间分布和资源丰度的时间变化受海洋酸化影响随种类而异,随着其适宜pH的范围的不同而异,其中软体动物和甲壳类最容易受到海域酸化的影响;结合生态系统食物网因素后,海洋酸化会通过食物网因素对其它种类造成影响,将捕捞因素和海洋酸化相结合,它们对物种的效应呈现对立和协同两种;另外海洋酸化还可能造成生态系统群落结构的改变。分析表明渔业产业在应对海洋酸化上,应做以下到几个方面(1)加强科学研究。科学研究不仅包括单鱼种方面的研究还包括了多物种生态系统层面上的研究,以了解在海洋酸化下哪些种类容易受到影响,从而能够指导渔业捕捞上该如何调整捕捞结构(如捕捞努力量或捕捞死亡系数)以在一定的目标下降低对海洋酸化的暴露度;具体上,渔业在进行应对时,要同时注重海洋酸化直接影响的物种以及通过食物网间接影响的物种,实际操作中,需根据不同物种的反应,具体减少捕捞死亡率,这虽然会带来捕捞量的下降,但是在后续几年由于资源自身的恢复能力,资源量上升能够补偿捕捞死亡率下降带来的影响,捕捞量增加,这种方式下通过对生态系统中海洋酸化相关联生物的养护,降低捕捞死亡率来补偿海洋酸化带来的死亡率,能够延缓海洋酸化对海洋生物及海洋生态系统的影响,保持海洋生态系统的稳定;(2)经济层面上,减少对捕捞甲壳类和软体动物类产品的依赖性,转而发展相应的水产养殖业;(3)社会层面及适应性上,发展国家整体的经济,加强教育,提升就业率及就业的可选择性;(4)对海洋酸化的动态持续监测,监测的重点包括了海水酸化参数(如pH)的变化及物种的反应,从而能够及时地调整适宜的策略。