何劍鋒 張 芳

①研究員，②副研究員，國(guó)家海洋局極地科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)極地研究中心，上海 200136

隨著全球變暖的加劇，北冰洋環(huán)境正在發(fā)生快速變化，水溫升高、夏季海冰覆蓋面積和海冰儲(chǔ)量下降、淡水輸入增加、鹽度下降、海水酸化現(xiàn)象初現(xiàn)，導(dǎo)致原本依托海冰生存的北冰洋生態(tài)系統(tǒng)遭受前所未有的沖擊。已有研究表明，與冰相關(guān)生物的生存狀況正在惡化，初級(jí)生產(chǎn)者個(gè)體呈現(xiàn)小型化趨勢(shì)，冰藻減少影響底棲生物產(chǎn)量，亞北極種入侵。由于北極環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)變化遠(yuǎn)超預(yù)期，而人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)、特別是北冰洋中心區(qū)的了解非常有限，如何盡快建立觀測(cè)體系、加強(qiáng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的了解、預(yù)測(cè)潛在的變化成為未來的重要課題。

1 北冰洋環(huán)境的快速變化

北冰洋有著地球上最為獨(dú)特的海洋生境：極晝和極夜更替、寬闊陸架環(huán)繞的深海盆、海冰的長(zhǎng)消循環(huán)變化、以及中心海域常年海冰覆蓋等。數(shù)十年來、尤其是最近5年，隨著全球變暖的加劇，北冰洋的環(huán)境正在發(fā)生著快速變化。

北極正在升溫，1980年以來北極的年平均升溫要比地球的其他地區(qū)高出1倍，而2005年以來北極表面氣溫比1880年有歷史記錄以來的任何時(shí)候都高［1］。北極最大的地表氣溫升溫出現(xiàn)在秋季、夏末海冰消失的海域，表明這些海域在夏季吸收了比以往更多的熱量。多余的能量在秋季以熱量的形式散發(fā)，進(jìn)一步促進(jìn)了北極低層大氣的升溫。目前對(duì)海冰與氣候間的反饋強(qiáng)度還無(wú)法很好地定量，導(dǎo)致對(duì)北極海冰和環(huán)境變化的幅度和速率預(yù)測(cè)存在極大的不確定性。

北極夏季海冰覆蓋面積以每10年9.3%的速率遞減（圖1）。2011年9月9日海冰面積達(dá)到了年度最小值（4.33×106km2），為有歷史記錄以來的次低值，僅比2007年歷史最低值多了0.16×106km2，比1979—2000年平均值低了31%（2.08×106km2）。過去的5個(gè)夏季（2007—2011）北冰洋經(jīng)歷了由衛(wèi)星記錄數(shù)據(jù)以來的5個(gè)最低值（圖1），顯示該海域夏季融冰加速，其中最大的變化在于北冰洋海冰向中心海盆退縮，而加拿大北極群島間的海冰則逐漸消失。2009—2011年夏季海冰主要分布在北冰洋中心區(qū)、格陵蘭島東側(cè)和加拿大北極群島的北部邊緣，并且阿拉斯加和西伯利亞北部的弧狀冰緣的海冰覆蓋不再致密。2010年夏季中國(guó)第4次北極考察觀測(cè)的結(jié)果顯示，北冰洋中心海域（80°N以北）海冰的覆蓋率僅為7成［2］，即使是在北極點(diǎn)附近仍可見大片的無(wú)冰海域（圖2，見彩插一），這與以往夏季冰緣和海冰蓋內(nèi)部都是致密的冰結(jié)構(gòu)形成鮮明反差。海冰的實(shí)際變化速率遠(yuǎn)高于2007年政府間氣候變化委員會(huì)（IPCC）的模型預(yù)測(cè)，北冰洋在未來的30～40年內(nèi)、甚至在2035年左右就將出現(xiàn)夏季無(wú)冰的狀態(tài)［1，3］。

圖1 北冰洋夏季海冰覆蓋面積的年際變化（引自美國(guó)國(guó)家雪冰數(shù)據(jù)中心）

在海冰面積減少的同時(shí)，海冰的厚度也在減薄，2010年中國(guó)第4次北極考察期間測(cè)得的北冰洋中心區(qū)（85°N 以北）海冰厚度僅為1.4～1.6 m［2］。多年冰（multi－year ice）在近些年損失明顯，并且海冰越厚消失的速率越快。最近十年間多年冰的消失速率為此前30年的3倍［4］，而始于2005年的4年以上老冰的損失仍在繼續(xù)，并在2011年夏季達(dá)到最小值，約為1982—2005平均值的19%［5］。

近年來北極海冰最小覆蓋面積的顯著減小和陸地淡水輸入的增加導(dǎo)致了北極溫鹽躍層的明顯變化，夏季鹽躍層得到進(jìn)一步加強(qiáng)，而海冰的減少也增加北冰洋對(duì)太陽(yáng)光能量的吸收。北冰洋最為明顯的增溫出現(xiàn)在2007年夏季，從2008年至今夏季升溫并沒有明顯的年際變化。相比20世紀(jì)70年代，近年歐亞海盆區(qū)鹽度上升而加拿大海盆鹽度下降，波弗特渦（Beaufort Gyre）海域則出現(xiàn)了最大的淡水異常。2008年3～4月份對(duì)加拿大海盆和馬卡若夫海盆的觀測(cè)顯示，淡水總量增加了8500km3，導(dǎo)致海表動(dòng)力學(xué)形態(tài)以及波弗特渦表面地轉(zhuǎn)流和淡水輸運(yùn)的重大變化［6］。

與此同時(shí)，受大氣中CO2濃度增加和海冰融化的影響，在北冰洋中心區(qū)次表層［7］、楚科奇海陸架區(qū)［8］和加拿大北極群島外流北極水［9］中都發(fā)現(xiàn)了海洋酸化現(xiàn)象。無(wú)冰海域面積的增加提高了海洋對(duì)大氣中CO2的吸收，而上層海洋的淡化降低了堿度、無(wú)機(jī)碳和鈣離子的濃度。楚科奇海夏季浮游植物高產(chǎn)量驅(qū)動(dòng)有機(jī)碳的向下輸送，沉降至海底的有機(jī)物分解CO2將增加海水次表層的CO2分壓，并導(dǎo)致海水pH值下降，這種季節(jié)性的生物影響進(jìn)一步放大了海洋因吸收人類排放的CO2造成海洋酸化的影響［8］。

2 北冰洋生態(tài)系統(tǒng)特征

圖3（見彩插一）為北冰洋生態(tài)系統(tǒng)示意圖。北冰洋主要由生長(zhǎng)在冰底的冰藻和水體中的浮游植物通過光合作用吸收CO2和提供生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)產(chǎn)量，為浮游動(dòng)物提供食物來源。春季冰緣浮游植物水華（phytoplankton bloom）是北冰洋初級(jí)生產(chǎn)的主要貢獻(xiàn)者。浮游動(dòng)物作為食物被魚類攝食，而魚類為海豹等高營(yíng)養(yǎng)級(jí)動(dòng)物提供食物來源。北極鱈是北冰洋食物網(wǎng)的一個(gè)關(guān)鍵物種，這一豐富的魚類是浮游生物和大型動(dòng)物間的主要紐帶。北極陸架區(qū)存在一個(gè)豐富的底棲生物區(qū)系（圖4，見彩插一），而最近包含大量全球底棲生物量分布的評(píng)估也證實(shí)了原有的結(jié)論，即北極陸架海域的生物量要高于低緯海域。冰藻、浮游植物和其他生物碎屑沉降至海底，為底棲動(dòng)物提供食物來源。

北冰洋生態(tài)系統(tǒng)與中、低緯度海洋生態(tài)系統(tǒng)最顯著的差異在于：北冰洋因海冰的常年存在，支撐了一個(gè)與冰密切相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)。北冰洋全年有冰的歷史延續(xù)了至少80萬(wàn)年，造就了一個(gè)適應(yīng)冰區(qū)環(huán)境的生態(tài)系統(tǒng)，例如：冰藻能在低溫的冰內(nèi)生存并在浮游植物很低的季節(jié)為浮游動(dòng)物提供寶貴的食物來源，有的浮游植物種類能在極夜完全無(wú)光的冰下水體環(huán)境通過混合營(yíng)養(yǎng)（吸收水體中的溶解有機(jī)碳而不是傳統(tǒng)意義上的通過光合作用吸收CO2）的方式而生存；北極鱈的血液中存在抗凍蛋白，防止低溫下血液的凝結(jié)和確保在冰區(qū)運(yùn)動(dòng)自如；北極熊、海象、環(huán)紋海豹和北極露脊鯨等北極標(biāo)志性海洋哺乳動(dòng)物依托海冰平臺(tái)產(chǎn)崽、休息和遷移；北極熊毛色與冰雪環(huán)境一致，確保能在冰雪環(huán)境中隱蔽自己，而黑色的皮膚則能盡可能多地吸收陽(yáng)光的熱量；獨(dú)角鯨、白鯨和北極露脊鯨能在冰下活動(dòng)，并能在廣袤的海冰蓋中尋找到冰裂隙進(jìn)行呼吸；環(huán)紋海豹和髯海豹通過在海冰打呼吸孔呼吸并上冰休息；海象在海底捕食的間隙依托浮冰進(jìn)行休息。

值得一提的是，由于海冰的覆蓋導(dǎo)致海洋藻類無(wú)法獲取足夠的陽(yáng)光進(jìn)行光合作用，北冰洋中心區(qū)被認(rèn)為是地球上產(chǎn)量最低的海域，初級(jí)產(chǎn)量?jī)H為14 g／（cm2·a）。在海冰覆蓋期間，冰藻產(chǎn)量起著重要的貢獻(xiàn)，可為大洋和底棲生物區(qū)系提供重要的食物來源，同時(shí)冰藻在春季的釋放可以成為浮游植物水華的種子［10］。冰藻產(chǎn)量對(duì)總產(chǎn)量的貢獻(xiàn)在陸架海域最低（10%），而在北冰洋中心區(qū)可超過50%［11］。

北極和亞北極海域有超過420種魚類、其中在漁場(chǎng)出現(xiàn)的超過160種。北極海域吸引著20個(gè)屬的44種海鳥到北極繁殖，其中14種環(huán)北極分布，多數(shù)種類數(shù)量以百萬(wàn)計(jì)［12］。北冰洋與冰相關(guān)的哺乳動(dòng)物包括：海象、環(huán)紋海豹、髯海豹、環(huán)斑海豹、斑海豹、豎琴海豹、冠海豹、北極露脊鯨、白鯨、獨(dú)角鯨和北極熊等。

北極生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于人類、特別是北極的土著居民具有重要意義。最新統(tǒng)計(jì)顯示，人類在1950—2006年間很可能已在北極海域捕獲了近100萬(wàn)t的魚類［13］。海豹和鯨也是當(dāng)?shù)赝林用竦氖澄飦碓粗唬渲邪⒗辜拥貐^(qū)對(duì)鯨的年捕獲量為該地區(qū)總量的0.4%～3.6%，對(duì)海豹的捕獲比例為2.7%～5.0%。

3 環(huán)境變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響

此前已有分析顯示，北冰洋環(huán)境快速變化將顯著影響生態(tài)系統(tǒng)，包括與冰相關(guān)食物鏈將在部分海域消失并被較低緯度海洋物種所替代、總初級(jí)生產(chǎn)力有望增加并為人類帶來更多的漁獲量、以及以海冰作為棲息和捕食場(chǎng)所的大型哺乳動(dòng)物的生存前景堪憂［14］。海冰的迅速消失和環(huán)境的快速變化留給了北冰洋生物更少的時(shí)間去適應(yīng)馬上就要面臨的新環(huán)境，北冰洋生態(tài)系統(tǒng)正在重建一個(gè)新的、未知的、需適應(yīng)更高水溫和更少海冰的系統(tǒng)。海洋生態(tài)系統(tǒng)的變化很可能包括短期的種群變化和長(zhǎng)期的群落重建（若海冰消退持續(xù)）。

3.1 初級(jí)產(chǎn)量

利用1997—2009年間衛(wèi)星遙感獲得的海洋表層葉綠素a含量數(shù)據(jù)分析表明，北冰洋包括哈德森灣、格陵蘭近海和喀拉海在內(nèi)的約11%的海域出現(xiàn)了年度峰值時(shí)間提前現(xiàn)象，這些海域與夏初（6月）海冰密集度就已下降的區(qū)域基本一致［15］。在有的區(qū)域，年度浮游植物峰值出現(xiàn)的時(shí)間提前了50天，從9月提前到了7月初，這將對(duì)該海域的食物鏈和碳循環(huán)產(chǎn)生重要影響［15］。受無(wú)冰區(qū)面積增加和無(wú)冰區(qū)季節(jié)延長(zhǎng)的雙重影響，北冰洋浮游植物初級(jí)產(chǎn)量在1998—2009年間增加了約20%，其中在喀拉海（＋70%）和西伯利亞海（＋135%）最為顯著［16］。值得關(guān)注的是，有模式研究顯示，盡管生物產(chǎn)量在北極陸架呈上升趨勢(shì)，但在白令海則出現(xiàn)下降趨勢(shì)［17］。這可能是由于春季海冰的快速消融，導(dǎo)致為北極海洋動(dòng)物提供主要食物來源、隨融冰而北撤的冰緣在白令海停留的時(shí)間縮短。

海冰的提前消退會(huì)導(dǎo)致浮游植物水華的提前，但同時(shí)也會(huì)縮短冰藻的生長(zhǎng)時(shí)間，這種變化會(huì)對(duì)大洋和底棲群落的碳流和能流產(chǎn)生影響［18］。浮游植物水華的群落構(gòu)成同樣顯示了可觀測(cè)到的變化。隨著北冰洋的淡化（鹽度下降）和所導(dǎo)致的營(yíng)養(yǎng)鹽補(bǔ)充的下降，在加拿大海盆觀測(cè)到了微微型浮游植物超過微型浮游植物占據(jù)優(yōu)勢(shì)的報(bào)道［19］，顯示出浮游植物種類個(gè)體的小型化趨勢(shì)。初級(jí)生產(chǎn)者個(gè)體變小通常會(huì)導(dǎo)致向大型生物的碳流下降，即作為食物的利用率下降；同時(shí)，海冰融化造成的上表層鹽度的下降強(qiáng)化了溫鹽躍層、減少了下層對(duì)上表層的營(yíng)養(yǎng)鹽補(bǔ)充，將使上表層因營(yíng)養(yǎng)鹽耗竭而影響初級(jí)產(chǎn)量，顯示北冰洋中心區(qū)不同于陸架區(qū)，目前的環(huán)境變化趨勢(shì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)并不十分有利。

3.2 海冰生物和浮游生物

海冰生物區(qū)完全依托海冰生境而生存。海冰消融過程會(huì)沖刷冰內(nèi)生物、并增加因鹽度變化引起滲透壓變化的壓力。有研究表明，冰脊（ice ridge）是海冰動(dòng)物和冰下端足類的聚集地，因而成為這些動(dòng)物躲避夏季快速融冰負(fù)面影響的庇護(hù)所［20］。然而由于多年冰比例的持續(xù)下降，這樣的生境在北冰洋也逐漸在減少。海冰快速融化除了可能降低冰藻產(chǎn)量外，也會(huì)造成群落結(jié)構(gòu)的變化。例如，通常生長(zhǎng)在多年冰冰底、可伸入冰下水體數(shù)米的北極直鏈藻，隨著多年冰比例的減少，其貢獻(xiàn)率也將隨之下降；而適應(yīng)淡水和半咸水的種類出現(xiàn)在夏季海冰表面融池和海冰內(nèi)部的概率在增加。

近期的研究顯示，海水溫度的增加對(duì)浮游動(dòng)物的生長(zhǎng)率和攝食率有正面影響。實(shí)驗(yàn)研究表明，春季和夏季的升溫會(huì)導(dǎo)致浮游生物呼吸活動(dòng)的增加［21］，這些變化減少了有機(jī)碳向海底的輸送。夏季的快速融冰和海冰覆蓋面積的減少，會(huì)造成冰藻對(duì)北冰洋初級(jí)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)減弱以及浮游植物貢獻(xiàn)的進(jìn)一步增強(qiáng)，意味著初級(jí)產(chǎn)量對(duì)海底的貢獻(xiàn)減弱，這將有利于在水體活動(dòng)的魚類和其他動(dòng)物而不利于底棲魚類和以海底生物為食的哺乳動(dòng)物的生存。

隨著陸地淡水輸入的增加和海水的增溫，一些亞北極海洋種類已開始出現(xiàn)在北極。中國(guó)第4次北極科學(xué)考察期間在接近陸架的加拿大海盆區(qū)首次發(fā)現(xiàn)了聚球藻——一類喜溫性的藍(lán)細(xì)菌［1］。同時(shí)，海洋酸化會(huì)影響含碳酸鈣以及含幾丁質(zhì)的浮游生物（包括幼體），從而導(dǎo)致群落結(jié)構(gòu)的變化。

3.3 魚類和鳥類

適度升溫將有利于鱈魚和鯡魚的生長(zhǎng)，因?yàn)檩^高的溫度和較少的海冰會(huì)使它們的食物更為豐富。但是，由于北極經(jīng)歷的是地球上最劇烈和最快的升溫，這種變化可能超出了適度升溫的范疇，無(wú)法保證進(jìn)一步升溫的北極海域仍然是鱈魚等北極當(dāng)?shù)胤N的合適棲息地。模式研究顯示，隨著海冰的融化和海水的升溫，北冰洋將迎來全球海洋最強(qiáng)烈的外來魚類物種、特別是東北大西洋物種的入侵，豐富度會(huì)增加2.5倍。當(dāng)然，由于北極海域一年中能夠提供食物的時(shí)間要短于相對(duì)低緯的海域，因而能夠北遷的魚類須能適應(yīng)長(zhǎng)期食物短缺的狀態(tài)，實(shí)際情況有待進(jìn)一步觀測(cè)驗(yàn)證。

水溫的升高有利于魚類攝食范圍的擴(kuò)大和亞北極種類的北遷，對(duì)漁業(yè)活動(dòng)總體而言是有利的。用初級(jí)生產(chǎn)力的方法可估算潛在漁獲量隨水溫的變化情況，結(jié)果顯示未來北極的潛在漁獲量可能增加70%，其中巴倫支海及其附近海域增加一倍，而楚科奇海和波弗特海約增加50%。

影響海鳥分布的最主要因素是魚類等食物的分布狀況。海鳥需要適合的懸崖和其他棲息地筑巢，而巢穴要接近可供大量鳥類覓食的食物源。一旦食物源遷移或受到干擾，鳥類將被迫在不太理想的地區(qū)筑巢或飛行更遠(yuǎn)的距離去覓食。出現(xiàn)任何一種情況將很可能降低產(chǎn)量，最終導(dǎo)致種群數(shù)量的下降。海鳥的棲息地同樣出現(xiàn)了北移的現(xiàn)象，但目前無(wú)法確認(rèn)是否都與海冰的消退有關(guān)。就長(zhǎng)期而言，海冰覆蓋狀況的改變必然會(huì)影響羅斯鷗、象牙鷗和厚嘴海鴉等與冰相關(guān)的種類的分布［12］。

3.4 哺乳動(dòng)物

海冰變化導(dǎo)致的初級(jí)和次級(jí)產(chǎn)量的變化讓我們不得不考慮在一個(gè)更加溫暖、無(wú)冰時(shí)間更長(zhǎng)的環(huán)境中，北極海洋哺乳動(dòng)物能否繼續(xù)獲得足夠的食物以及與更加適應(yīng)較高溫度種類的競(jìng)爭(zhēng)［22］。海冰更早在陸架海域消失意味著底棲群落產(chǎn)量的下降，會(huì)影響海象和灰鯨等以底棲生物為食的動(dòng)物的生存。海冰的變化同樣影響食物組成，含脂豐富的食物種類將被含脂較低的喜溫種類所替代，會(huì)降低大多數(shù)現(xiàn)有的北極露脊鯨、獨(dú)角鯨、環(huán)紋海豹等海洋哺乳動(dòng)物在短暫夏季所需脂肪的補(bǔ)充能力［22］。

由于海冰消融，海象被迫大量前往楚科奇海沿岸。其中2011年在海冰最少的9月，海冰的消失導(dǎo)致1～2萬(wàn)頭海象轉(zhuǎn)場(chǎng)阿拉斯加陸地。擁擠導(dǎo)致更多幼崽死亡，而成體要獲取食物也需要耗費(fèi)更多能量［23］。亞北極魚類和海洋哺乳動(dòng)物出現(xiàn)北移的跡象，這將直接影響以海冰作為棲息地的，如海象等，物種的生存空間。對(duì)太平洋海象的環(huán)境影響和人類壓力綜合潛在影響評(píng)價(jià)顯示了明顯的種群惡化傾向［24］。

對(duì)北極熊的觀測(cè)表明，北極19個(gè)亞群中有7個(gè)亞群出現(xiàn)了數(shù)量下降的趨勢(shì)，其中西哈德森灣和南波弗特海兩個(gè)亞群數(shù)量減少可以確信是氣候變化導(dǎo)致海冰減少的結(jié)果。海冰季節(jié)性可利用程度的改變已影響到了西哈德森灣北極熊的生存以及南波弗特海北極熊的生存和繁殖率［25－26］。若北極的海冰儲(chǔ)量持續(xù)下降，預(yù)期其他一些亞群也將受到失去棲息地和減少獲取與冰相關(guān)的海豹等食物的威脅。2008年夏季中國(guó)第3次北極考察期間，北冰洋高緯海域考察沿途北極熊的頻繁出現(xiàn)，反映了由于海冰面積減少導(dǎo)致了北冰洋北極熊活動(dòng)區(qū)域被極大壓縮的殘酷現(xiàn)實(shí)（圖5，見彩插一）。

最近的一個(gè)對(duì)氣候變化對(duì)北極海洋哺乳動(dòng)物的評(píng)估顯示，北極露脊鯨、北極熊和海象成為最容易受影響的動(dòng)物。評(píng)估同時(shí)顯示亞北極哺乳動(dòng)物會(huì)在犧牲真正北極種類中獲益。

3.5 底棲生物

近期部分北極海域底棲生物量的變化，反應(yīng)了與區(qū)域海冰消失有關(guān)的能量流動(dòng)類型的變化。由于海水增溫，生命周期長(zhǎng)、生長(zhǎng)緩慢的種類會(huì)被生長(zhǎng)較快、適應(yīng)較高水溫的種類替代。同樣地，一些底棲生物的分布界限向北延伸很可能與增暖的棲息地有關(guān)。一個(gè)明顯的例子是在白令海東南海域和加拿大北大西洋具有漁業(yè)價(jià)值的雪蟹。最近在巴倫支海出現(xiàn)了一個(gè)雪蟹種群，而在西波弗特海陸坡也發(fā)現(xiàn)了達(dá)到捕撈要求的個(gè)體［23］。被認(rèn)為是挪威南方海洋種的1600種底棲生物中在1997—2010年間有565種向北擴(kuò)散，平均的北擴(kuò)距離為750～1000km。過去10～30年間底棲生物生物量的變化包括：白令海部分海域的底內(nèi)動(dòng)物生物量下降，而白令海和楚科奇海部分海域底表動(dòng)物生物量上升，弗朗姆海峽深水底表動(dòng)物生物量下降，而斯瓦爾巴峽灣系統(tǒng)則沒有明顯變化［23］。

海冰減少所導(dǎo)致的冰藻產(chǎn)量減少，會(huì)降低水體對(duì)海底有機(jī)碳的輸出而對(duì)現(xiàn)有底棲生物群落產(chǎn)生負(fù)面影響。與此同時(shí)，北冰洋海域受酸化的影響將增加，對(duì)貝殼類底棲生物以及依賴陸架海域生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)物同樣存在潛在的負(fù)面影響。

4 其他潛在影響

除了自然環(huán)境的影響外，其他因素，如人類活動(dòng)或活動(dòng)導(dǎo)致的環(huán)境污染都會(huì)影響到北冰洋生態(tài)系統(tǒng)。例如：在夏季無(wú)冰期間，人類在北極的船運(yùn)業(yè)務(wù)以及石油勘探行為將會(huì)大大增加，這將對(duì)當(dāng)?shù)匚锓N造成嚴(yán)重威脅；工業(yè)發(fā)展會(huì)導(dǎo)致海洋哺乳動(dòng)物改變他們的遷移模式，北極露脊鯨在聽到遠(yuǎn)岸鉆井聲音時(shí)會(huì)改變行進(jìn)路線；鳥類容易受到溢油、過度捕撈、纏繞漁網(wǎng)以及其他事故的影響；污染也容易減弱鳥蛋強(qiáng)度、減少繁殖成功率；工業(yè)和社會(huì)發(fā)展造成的環(huán)境污染影響部分種類健康；人類對(duì)哺乳動(dòng)物和鳥類的捕殺等。并且，亞極地種類的入侵也可能把一些新的疾病帶至北極種群或生物群落。

各國(guó)政府的管理政策和監(jiān)管力度同樣會(huì)影響脆弱的北極海洋生態(tài)系統(tǒng)。對(duì)于很多魚類而言，過度捕撈是一個(gè)主要問題。巴倫支海鱈魚和白令海狹鱈遭受了非常嚴(yán)重的非法捕撈活動(dòng)，對(duì)該種群造成了嚴(yán)重的壓力。而因追逐商業(yè)利益非法捕殺海豹以獲取大量毛皮的案例在俄羅斯和加拿大都常有報(bào)道。

5 結(jié)論與展望

全球變化研究在極地科學(xué)研究中得到了愈來愈多的重視［27］。目前的監(jiān)測(cè)、研究和模擬結(jié)果可以確信北極的冰凍圈正在發(fā)生快速變化，并且這種變化仍將持續(xù)。目前對(duì)北冰洋生態(tài)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)的研究更多地集中在哺乳動(dòng)物和魚類，而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)其他類群的研究則很有限；同時(shí)我們也缺少對(duì)北冰洋中心區(qū)以及廣闊的西伯利亞陸架海域生態(tài)系統(tǒng)的了解［28］。河流淡水輸入和海冰融化導(dǎo)致的淡水增加會(huì)對(duì)北冰洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生何種影響？與冰相關(guān)的生物對(duì)環(huán)境快速變化的適應(yīng)性如何？亞北極海洋種類的入侵如何影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)？北極生態(tài)系統(tǒng)是否會(huì)出現(xiàn)突然崩潰的現(xiàn)象？要回答這些問題，有必要進(jìn)一步提高監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)環(huán)境的物理、化學(xué)和生物學(xué)復(fù)雜的相互作用有一個(gè)更好的了解。機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、衛(wèi)星、考察船以及固定在動(dòng)物和冰上的設(shè)備可采集用于提高數(shù)值模式的數(shù)據(jù)，進(jìn)而研究氣候變化持續(xù)情況下的極地生態(tài)系統(tǒng)未來［29］。同時(shí)需要增強(qiáng)在各個(gè)層面的協(xié)作以應(yīng)對(duì)這種變化，提高對(duì)北冰洋生態(tài)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)和保護(hù)。北極海洋生態(tài)系統(tǒng)正以一種我們還沒有完全理解的方式快速變化，因而我們無(wú)法精確預(yù)測(cè)我們的行動(dòng)后果。盡快建立起監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，開展對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)并開展生物的環(huán)境適應(yīng)性研究，預(yù)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)的變化趨勢(shì)，是我們目前面臨的迫切任務(wù)。

值得欣慰的是，作為對(duì)地球上最為特殊的一類生態(tài)系統(tǒng)——北冰洋生態(tài)系統(tǒng)的潛在變化的研究已引起了國(guó)際社會(huì)的極大重視。由中、美、加、俄、日、韓六國(guó)科學(xué)家組成的北極太平洋扇區(qū)工作組（PAG，Pacific Arctic Group）已先期啟動(dòng)了生物學(xué)監(jiān)測(cè)計(jì)劃（DBO，Distributed Biological Observatory），合作研究海冰消退和環(huán)境變化的生物學(xué)響應(yīng)。其他的國(guó)際監(jiān)測(cè)和研究計(jì)劃包括：北極臨界點(diǎn)計(jì)劃（ATP，Arctic Tipping Point），氣候變化對(duì)北極生態(tài)系統(tǒng)和化學(xué)過程影響計(jì)劃（ICESCAPE，Impacts of Climate Change on the Eco－Systems and Chemistry of the Arctic Pacific Environment）以及環(huán)極生物多樣性監(jiān)測(cè)計(jì)劃（CBMP，Circumpolar Biodiversity Monitoring Program）等。中國(guó)自1999年實(shí)施首次北極科學(xué)考察以來，已依托“雪龍”號(hào)科學(xué)考察船開展了4次北極科學(xué)考察（圖6，見彩插一），北冰洋生態(tài)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境快速變化的響應(yīng)研究已逐漸成為考察主題。中國(guó)計(jì)劃于2012和2014年夏季再度對(duì)快速變化的北冰洋環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)開展系統(tǒng)的科學(xué)考察，相信能在北極海洋生態(tài)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化響應(yīng)的研究領(lǐng)域做出有益的貢獻(xiàn)。

（2012年1月5日收到）

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