污染和气候变化相互作用加剧海岸带生态系统的生态风险
EHS创刊于2015年3月,由中国生态学学会与美国生态学会联合创建,中国生态学学会和中国科学院生态环境研究中心共同主办,是一本开放获取具有国际化水准的生态学专业高级学术期刊。
编者按:近日,Science Advances发表了一篇由南京信息工程大学冯兆忠教授团队发表的文章,阐述对流层臭氧浓度升高会对陆生植物产生负面影响。文章综述了植物生态特征对臭氧的敏感性、臭氧对植物-昆虫交互作用和植物-土壤交互作用的影响,提出植物-土壤交互作用对臭氧的响应会改变土壤微生物群落结构和丰度的观点。最后,作者预测了存在高臭氧暴露风险的主要地区。该成果同时被Science遴选为当周热点论文(This Week in Science),Ecosystem Health and Sustainability主编吕永龙教授受邀在Science上撰文推荐。 Science同时推送了几篇相关的论文,其中有两篇是发表在Ecosystem Health and Sustainability上的。下面介绍的就是由Science推送的发表在EHS上的其中一篇文章,另一篇是“Impact of climate change on biodiversity and associated key ecosystem services in Africa: a systematic review”,发表在Ecosystem Health and Sustainability (2018, 4(9): 225—239),见8月5日推送:综述:气候变化对非洲生物多样性和关键生态系统服务的影响 导 读 污染和气候变化是发展中国家面临的最具挑战性的问题之一,导致了生态系统结构、功能和服务的变化、生产力下降、食物网动态变化以及物种分布的变化,但是对污染和气候变化共同作用所产生的生态风险知之甚少。文章探讨了环境污染与气候变化对中国环渤海地区生态系统健康的直接影响及二者的相互作用关系,综合评价了该地区在4种气候变化情景下的生态风险。研究结果表明,虽然污染导致的生态风险处于下降趋势,但是污染与气候变化之间的相互作用增加了海岸带生态系统的生态风险。目前实施的政策偏重于污染控制,未来应进一步考虑到气候变化与污染的相互影响,以便更好地预测和管理潜在的生态风险。 来自中国科学院生态环境研究中心、英国生态与水文中心、英国詹姆斯霍顿研究所、北京大学、瑞典哥德堡大学、美国奥本大学、美国伍兹霍尔海洋生物实验室生态系统中心、美国哈佛大学的Yonglong Lu、Ruoshi Wang、Andrew C. Johnson、Alan Jenkins、Robert C. Ferrier、Deliang Chen、Hanqin Tian、Jerry Melillo和Aaron M. Ellison等13位学者,通过构建综合风险评价模型,明确了环境污染与气候变化对环渤海地区生态系统健康的影响,评价在不同气候变化情景下该区域的生态风险。研究成果以“Interaction between pollution and climate change augments ecological risk to a coastal ecosystem”为题发表在国际期刊Ecosystem Health and Sustainability (2018, 4(7): 161—168) 上。 文章亮点 已有研究表明,污染和气候变化对生态系统存在动态的交互影响,但对这些压力源的风险预测通常将二者作为相对独立的研究单元。渤海是一个近乎封闭的内海,位于中国东北部,与中国人口最稠密的区域之一接壤。该地区的生态系统服务受到多种压力源的严重影响,渔业等供应服务已受到损害,此外,环境污染和气候变化存在交互作用,正在改变渤海湾生态系统的生物地球化学循环(图1)。为了说明这些综合压力的交互作用,本研究重点研究人为污染与气候变化等多重压力源对海洋和海岸带生态系统带来的影响。 图1 受污染和气候变化影响的海岸带生态系统 (黑色箭头表示污染的影响,红色箭头表示气候变化的影响,蓝色的箭头表示海洋生物地球化学循环过程之间的相互关联) 研究方法 本研究通过构建综合风险模型,估算6种不同的人为胁迫源对渤海9种海洋或海岸带生态系统的综合生态风险。其中,选择氮磷、石油烃(PHs)和重金属作为环境污染风险的胁迫指标,根据本地浮游生物物种的毒性数据,采用区域污染概率生态风险评估方法,将物种敏感度分布函数和暴露浓度分布函数相结合,建立风险累积分布函数,计算PHs和重金属的风险;选择海洋表面温度(SST)、大气CO2浓度和紫外线(UV-B)辐射强度分别作为海洋变暖、海洋酸化和紫外线水平等气候变化风险的胁迫因子,通过它们对海洋浮游植物的影响来计算风险程度。此外,模型通过专家打分法估算6种气候变化和污染胁迫对生态系统的影响差异,采用层次分析矩阵,定量确定污染胁迫与气候变化胁迫的权重。 研究结论 本研究根据1980—2014年渤海区域污染和气候变化相关指标数据,分析了9种不同类型的生态系统,通过生态系统脆弱性权重计算6种不同压力源的风险,并对多个压力源进行整合。结果表明,在污染物方面,PHs在6种风险源中占比最大,研究区近50%的浮游生物受到PHs污染的影响。在生态系统类型方面,陆-水交错带的生态系统对污染的敏感性较高,包括海滩、岩礁和岩质潮间带,表明这些生态系统相对脆弱,易受人为污染干扰。在生态风险方面,污染和气候变化相互作用下会加强彼此带来的生态风险(图2)。 图2 渤海9种生态系统的综合生态风险(1980—2014) A:各种压力源的风险直接相加之和,B:考虑污染和气候变化相互作用的风险之和 本研究假设2100年的污染水平与2014年相同,预测了2100年气候变化风险的4种不同情景。结果表明,与2014年相比,2100年的污染风险在4种情景中有3种会增加,唯一例外是RCP2.6情景(Scenario 3),在该情景中,温室气体排放受到严格控制,污染风险略有下降。在4种情景下,2014年污染风险较低的生态系统在2100年存在更高的风险转移率,说明生态系统的污染风险在气候变化的交互作用下可以放大到更高水平(图3)。 图3 对比2014年,预测4种气候变化情景下2100年污染的影响 研究展望 近年来,尽管污染风险有所降低,但环境中仍存在许多污染物,气候变化则进一步加剧了生态系统的传统压力,来自气候变化和污染的双重干扰可能会导致海岸带生态系统进一步恶化,这些潜在的生态系统变化对管理者和决策者提出了重大挑战。该研究提供了环境污染和气候变化双重压力下的区域性海岸生态系统综合风险的计算方法,指出减少温室气体排放仍然是未来几十年控制全球生态风险的首要任务,对于渤海湾而言,未来最重要的任务是进一步减少PHs污染。同时,在情景分析中,作者预测未来最大的气候变化威胁将是海洋变暖与海洋酸化。另外,在不同情况下,尤其是在极端条件下,各项压力源的影响权重可能有所不同,在未来的研究中应重点考虑这一方面。
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