综述：气候干预对海洋生态系统的潜在影响

《REVIEWS OF GEOPHYSICS》：Potential Impacts of Climate Interventions on Marine Ecosystems

本综述系统评估了碳移除（CDR）与太阳辐射调控（SRM）两类气候干预策略对海洋生态系统的潜在影响。文章指出，在当前减排努力不足的背景下，气候干预虽可能缓解升温压力，但会通过改变温度、光照、营养盐循环及碳酸盐化学等关键过程，对海洋食物网、生物多样性及渔业资源产生复杂且不确定的连锁效应。作者强调，亟需通过模型改进与多学科合作，量化不同干预路径的权衡关系，以制定低风险方案。

　　

1 引言

全球升温对海洋生态系统、生物多样性及渔业构成显著威胁。现有减缓措施难以将升温控制在《巴黎协定》设定的1.5°C或2°C目标以内，因此，旨在通过大规模环境调控减缓气候变暖的气候干预措施受到日益关注。气候干预主要包括两类：碳移除（CDR）通过降低大气CO₂浓度从根源上缓解升温；太阳辐射调控（SRM）则通过反射阳光降低地表温度，但无法解决CO₂根本问题。海洋作为地球气候调节和全球粮食安全的关键载体，其生态系统对干预措施的响应尚存高度不确定性。本综述系统梳理了海洋CDR与SRM的潜在生态影响，指出干预措施可能改变海洋食物系统、生物多样性及生态功能，其效应因具体路径、规模及区域背景而异。因此，亟需开展路径特异性影响评估，以量化不同干预情景下的权衡关系，优先推广低风险路径。

2 无干预情景下海洋生态系统的预期影响

若无干预措施，持续升温、脱氧及酸化将重塑全球海洋环境。地球系统模型（ESM）模拟显示，表层水温上升和pH下降的趋势明确，但净初级生产力（NPP）、氧含量和硝酸盐浓度等关键生态驱动因子的区域变化仍存在较大不确定性。预计北极地区因海冰减少和层化增强，NPP将增加；而其他区域平均NPP可能下降。海洋酸化将损害钙化生物（如珊瑚、翼足类）的生存能力，导致珊瑚礁净钙化率下降甚至为负。气候变化还引发物种分布偏移，导致海洋消费者生物量平均减少约19%（高排放情景），区域性生物多样性丧失加剧，尤其对特有物种和海洋哺乳类构成高风险。

3 碳移除（CDR）

3.1 生物性CDR方法

生物性CDR通过培育海洋生物质（如微藻铁肥、大型海藻养殖）或陆源生物质海沉，利用光合作用将CO₂转化为有机碳并储存于深海。微藻铁肥可提升赤道等缺铁海域的初级生产力，但可能引发有害藻华（如伪菱形藻产毒），并因营养盐“掠夺效应”减少下游区域生产力。大型海藻养殖会释放大量溶解有机质（DOM），改变局部食物网结构；其沉降过程可能输运附生生物，扰动中深层及底栖生态系统。生物质分解释放DIC和消耗O₂，可能导致局部缺氧，并可能产生温室气体（如N₂O、CH₄）。选址于孤立的深海缺氧盆地可减少对底栖动物的直接冲击，但需评估化学产物对周边生态的长期影响。

3.2 非生物性CDR方法

海洋碱度增强（OAE）是主要非生物CDR手段，通过添加碱性物质（如硅酸盐、电化学产物）提升海洋碳汇能力。碱度添加初期会短暂降低海水中CO₂和HCO₃^?浓度，升高pH和CO₃^2?浓度，可能抑制部分浮游植物光合作用，但总体初级生产力表现稳健。均衡后，海水碳酸盐系统恢复，pH轻微升高，有利于钙化生物（如球石藻）生长。若使用橄榄石等矿物源碱度，会释放铁和硅酸盐，可能促进硅藻增殖，改变浮游植物群落结构。然而，矿物中的痕量金属（如镍）可能对某些生物产生毒性。电化学来源的碱度纯度较高，生态风险相对较低。

3.3 不同CDR方法的生态影响比较

生物性CDR通过营养盐添加、生物质生成与传输、耗氧分解等途径扰动生态系统；非生物性CDR则主要通过碳酸盐系统变化和伴生污染物产生影响。模型对许多关键过程（如痕量金属效应、底栖生态响应）的模拟能力仍不足。部署相关基础设施（如船舶散布、沿岸反应器）可能增加噪声污染、物种入侵风险及栖息地破坏。

4 太阳辐射调控（SRM）

4.1 平流层气溶胶注入（SAI）

SAI通过向平流层注入气溶胶（如硫酸盐）反射阳光，模拟火山喷发后的冷却效应。模型模拟表明，SAI可有效降低全球平均温度，但可能引发区域气候异常（如降水格局改变）、延迟极地臭氧层恢复，并因终止风险导致急剧升温。海洋方面，SAI增强CO₂溶解度，提升海洋碳汇，但同时加剧深海酸化。其对珊瑚礁等钙化生态系统的保护作用有限，因为冷却无法抵消Ω_arag下降带来的酸化压力。

4.2 海洋云亮化（MCB）

MCB通过喷射海盐气溶胶亮化海洋层云，增强云层反照率。其冷却效应具有高度区域异质性，可能通过改变光照和温度影响浮游植物生产力。例如，在大堡礁区域的模拟显示，MCB结合热耐受珊瑚引入可缓解热白化，但需配合捕食者控制才能显效。MCB对光限制生物行为及营养盐输送的间接效应尚不明确。

4.3 SRM的生态影响总结

SRM虽可缓解升温，但无法解决海洋酸化问题，甚至可能因冷却加剧表层Ω_arag下降。光照减少可能影响视觉捕食者觅食效率，而环流改变会扰动物种分布与渔业资源。目前模型对SRM生态响应的模拟尚不充分，尤其缺乏对食物网和渔业影响的量化研究。

5 当前模型在评估生态影响中的局限

地球系统模型（ESM）对浮游植物群落结构、营养盐循环及钙化过程等关键生态驱动因子的模拟存在较大不确定性。区域模型虽能解析小尺度过程，但难以升尺度评估全球效应。海洋生态系统模型（MEM）在功能群分辨率、种间相互作用及垂直迁移等方面表现不足，且多依赖ESM输出的温度与初级生产力数据，难以捕捉酸化和脱氧等直接生理影响。模型改进需结合协同设计，融入用户需求以提升预测实用性。

6 协同设计促进更有效的气候干预研究

气候模型生产者与用户（如政策制定者、资源管理者）间的沟通隔阂可能导致模型误用。通过协同设计可确保模型结构、实验设计与结果解读更贴合应用需求，提升模型的可用性与可信度。例如，在区域干预项目（如澳大利亚大堡礁修复计划）中，整合实地监测与模型模拟有助于优化管理策略。

7 讨论

气候干预需在碳封存潜力、渔业可持续性及生态风险间取得平衡。当前CDR规模远未达到气候目标要求，且海洋干预的生态影响复杂并存在交互作用（如SRM与CDR的复合效应）。需建立透明的监测、报告与验证（MRV）体系，制定全球行为准则，以负责任地推进干预研究。渔业管理等跨学科经验可为气候治理提供借鉴，通过多方参与制定低风险路径。

8 结论

气候干预可能减轻部分气候风险，但也会对海洋生态产生重大不确定性。当前模型尚未完全捕捉生态系统的复杂响应机制。未来需通过 rigorous 研究、模型开发与包容性治理，全面评估干预措施对生态与社会的影响，为决策提供科学依据。