海洋污染
Author: [美] 朱迪思·s.韦斯
Date: 2020-08-14T16:00:00+00:00
Keywords: 科普
Description: 如今，像化学污染、工业污染和农业污染的海洋污染形式众多，且污染源众多。近几年，原油泄露、未处理污水、富营养化、外来物种入侵、重金属、土地酸化、放射性物质、海洋垃圾、和过度捕捞等重大问题不断出现在公众视野。虽然海洋污染一直是备受关注的话题，但近期常在环境、经济以及政治辩论的领域中出现。科学家和非科学家仍对海洋污染感到震惊。各种各样的海洋污染源，以及可能给环境和健康所造成的伤害使人们感到沮丧。 在本书中，作者朱迪思·S.韦斯从多个角度谈及海洋污染，每个角度都进行了阐述。作者从海洋污染的来源和历史谈起，讨论常见污染物，讨论他们为什么有害、为什么会引起争议，我们怎样做才能防止他们破坏我们的水生生物系统。本书还回答了埃克森·瓦尔迪兹号石油泄漏事件到底发生了什么，为什么有害藻类的大量繁殖使得人们忧心忡忡等问题。此外，本书仅涉及海洋污染的主要污染物，如药品、个人护理产品和金属纳米粒子。作者阐述了这些物质如何进入水中，进而入侵食物链，最后进入人体内。随着气候变化和酸化对海洋污染程度的影响，我们应学习如何在地区和全球减少海洋污染。
Publisher: 华中科技大学出版社
Rights: Copyrights as per source stories

目录
总序
序言
致谢

1 关于海洋环境及其污染问题
海洋环境是什么？

海洋生态系统和食物链的基础是什么？

为什么要关注海洋的状态？

致污物是什么？致污物和污染物有区别吗？

海洋环境污染的主要源头是什么？

陆源污染进入海洋的主要途径是什么？

哪些污染物是从空气中进入海洋的？

水中的物体会造成污染吗？

水产养殖业是如何造成污染的？

污染物一旦进入水体，会发生怎样的变化？

化学品是如何危害海洋生物的？

毒性是什么？

除了使生物致死之外，污染物还有什么影响？

如何测定毒性程度？

田野调查是怎么探究毒性的？

为什么有些物种会比别的物种对污染更敏感？

哪些法律约束海洋污染？

为什么有些污染物在被禁用之后依然困扰着我们？

全世界的海洋污染到底有多严重？

2 营养物质
为什么生命体必需的营养物质被当成了污染物？

这些营养物质从何而来？

污水处理厂是如何运作的？

合流制排水系统是什么？

集中型动物饲养经营是什么？

过剩的营养物质有什么影响？什么是富营养化？

富营养化对海草有什么影响？

富营养化对珊瑚礁有什么影响？

死区是什么？

营养物质过剩会损害盐沼吗？

富营养化的现象有多严重？

有害藻华是什么？

哪些是有害藻类？

有害藻华现象的发生有多频繁？

如何减少农田径流？

如何减少城市和郊区的雨水径流？

人们应如何应对合流制排水系统的溢流？

什么技术可以减少水体富营养化的危害？

未来的水体富营养化情况会怎样？

3 海洋垃圾
为什么海洋垃圾的量如此之大？

海洋垃圾从哪里来？

海洋垃圾的主要成分是什么？

海洋中的塑料会发生什么？它们能降解吗？

怎样测定海洋垃圾的数量？

到底有多少海洋垃圾？

为什么垃圾会在海洋中间大片聚集？

海洋垃圾还会积聚在何处？

海洋垃圾确实大煞风景，它们会对海洋生物构成危害吗？

废弃渔具会引发什么问题？

海洋中最大的垃圾是什么？

海洋垃圾会危害人类健康吗？

人类能对这种情况做什么？清理垃圾能起作用吗？

公共环境教育怎么样？

在减少海洋垃圾方面有没有相关的法律？

新技术会减少海洋垃圾问题吗？

4 石油及相关化学品污染物
石油的组成成分是什么？

什么是多环芳烃？

海洋中石油的主要来源是什么？

泄漏之后的石油会怎样？

“埃克森·瓦尔迪兹”号油轮究竟发生了什么？

这次事故发生的原因是什么？

发生石油泄漏事故后，政府采取了哪些措施来保护海岸线？

泄漏的石油最终是怎么被清理干净的？

是否有为了预防石油泄漏事故而出台的新政策？

墨西哥湾井喷事件是怎么回事？

墨西哥湾井喷事件发生之后采取了怎样的应对措施？

为什么使用分散剂的争议这么大？

石油和分散剂发生了什么反应？

这次事故对海湾生态的总体影响是什么样的？

泄漏的石油会对海岸线造成什么影响？

泄漏出来的石油是如何危害海鸟和海洋哺乳动物的？

石油泄漏事故会对其他海洋动物产生什么毒性作用？

石油泄漏事故的影响会持续多久？

那些遭受石油污染影响的海鸟和海獭可以获救吗？

如何将泄漏的石油清理干净？

过去几十年来石油泄漏事故发生的趋势是怎样的？

5 金属污染物
金属污染物的主要来源是什么？

哪些地方是重度汞污染区域？

不同化学形态的金属是如何对环境产生影响的？

金属比较容易在什么样的环境中积聚？

不同的金属都有哪些毒性作用？

海洋生物如何保护自己免受有毒金属的影响？

海味品中不断增加的金属含量会对人类造成危害吗？

金属污染的未来趋势是怎样的？

我们应该如何减少金属污染？

自然衰减是什么？

什么是覆盖技术？

密封式海洋倾倒是什么？

什么是金属物质的生物修复？

植物修复是什么？

6 农药和工业有机化学品污染
海洋环境中的农药从何而来？

这些化学品进入水体后会发生什么反应？

《寂静的春天》具有怎样的重要性？

有哪些新型的农药？

“第三代农药”是什么？

如何监管农药的使用？

什么是有害生物综合治理？

农药对非目标生物有哪些影响？

什么是内分泌干扰？

什么是生物标志物？

农药中的化学品会对种群数量产生什么影响？

农药中的化学品会对群落产生什么影响？

海洋生物怎样抵抗这些毒效应？

农药污染的未来趋势是怎样的？

多氯联苯是什么？

多氯联苯是如何进入海洋环境中的？

二噁英是什么？

二噁英都是如何进入海洋环境中的？

二噁英会产生什么影响？

多氯联苯和二噁英会对食用海味品的人构成威胁吗？

我们应该如何应对有机化学品污染？

7 新的问题
我们开始了解的其他种类的污染物有哪些？

为什么药物和个人护理产品会成为新的环境问题？

面对药物和个人护理产品污染，我们能做些什么？

多溴联苯醚是什么？为什么说它会成为海洋污染物？

氟化物会导致什么环境问题？

烷基酚会对环境造成什么影响？

纳米粒子是什么？它会对环境造成什么影响？

现有的法律法规是否足以保护海洋生物、

野生动物和人类免受这些新型污染物质的危害？技术上有什么进步吗？

海洋噪声污染是什么？

海洋噪声具有哪些种类？

海洋噪声污染会产生什么环境问题？

我们应该怎样应对海洋噪声污染？

我们目前是否对海洋中的放射性物质存在担忧呢？

海洋光污染是什么？

我们应该怎样应对海洋光污染？

8 生物积累和生物放大
什么是生物积累和生物放大？

金属物质一旦被吸收进生物体内会发生什么？

金属物质会储存在生物体内的哪些地方？它们又是如何储存的？

生物体如何吸收有机污染物？

生物如何代谢有机污染物？

哪些海洋生物可以用来作为化学物质的生物积累作用和放大效应的监测器？

食用可能被污染的海味品会给人类带来什么影响？

什么是水俣病？

现在海味品中还存在汞污染的问题吗？

从牡蛎壳中提取的补钙剂存在金属污染的情况吗？

食用含有有机污染物的海味品会导致什么问题？

海味品中会出现被二噁英污染的问题吗？

鱼油补充剂里面也会含有污染物吗？

食用体内积聚有害藻华毒素的鱼类和贝类是怎样导致人类患上疾病的？

麻痹性贝毒是什么？

腹泻性贝毒是什么？

神经性贝毒是什么？

记忆丧失性贝毒是什么？

雪卡毒素中毒是怎么回事？

如何避免发生海洋毒素中毒事件？

9 气候变化与海洋酸化
导致全球变暖和气候变迁的原因是什么？

气候变化给海洋带来了哪些问题？

为什么珊瑚礁那么容易受到影响呢？

气候变化对极地地区有什么影响？

气候变化会影响物种分布吗？

气候变化会给水产养殖带来影响吗？

气候变化会改变动物的体积大小吗？

气候变化会给捕食者和猎物之间的关系带来影响吗？

海平面上升会带来什么？

为什么海平面上升的速度超过了预期？

我们该如何应对海平面上升？

pH是什么？

海洋酸化是什么？

海洋酸化会带来什么问题？

海洋的pH以前就没发生过变化吗？

为什么现在跟以前不一样？海洋生物能否适应现在的变化？

哪些物种最易受海洋酸化的影响？

生物怎样保护自己免受海洋变暖和酸化的影响？

海洋酸化会给经济带来什么影响？

如何减少海洋酸化所带来的影响？

10 生物污染
海洋中的微生物污染是如何而来的？

如何检测微生物污染？

接触水体中的这些微生物可能会引起什么疾病？

如何判断某一片海域是否可以游泳？

什么是物种入侵？

这些海洋入侵物种是如何到新环境中去的？

哪些鱼类具有入侵性？它们会造成什么危害？

入侵性的栉水母是什么样的？它们会造成什么危害？

哪些蟹类具有入侵性？它们会造成什么危害？

哪些附着生物具有入侵性？它们会造成哪些危害？

哪些海草具有入侵性？它们会造成什么危害？

哪些沼泽植物具有入侵性？它们会造成什么危害？

外来物种能对环境产生有益作用吗？

如何防止生物入侵现象的发生？

在生物入侵现象发生之后，我们可以做什么？

当外来物种的数量已经很庞大的时候，我们能做什么？

可以通过吃掉它们的方式来控制生物入侵吗？

11 控制和减少污染
什么是海洋健康指数？

什么是海洋法？

什么是《国际防止船舶造成污染公约》？

《伦敦公约》是什么？

美国哪些国家法律有助于改善水质？

美国国家海洋大气局在美国扮演着什么样的角色？

欧洲如何应对海洋污染？

目前有哪些成功的案例？

我们该怎么减少水产养殖业所带来的污染？

什么是“绿色化学”？

考虑到气候变化对海洋环境的威胁如此之大，

各个国家和国际社会有什么对策去抑制它吗？

美国地方政府和州政府可以采取哪些措施来减少污染？

个人能够做哪些事来减少海洋污染？

海洋污染的总体状况和未来趋势如何？

参考文献

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版权信息：

书名：海洋污染

作者：朱迪·S·思·韦斯著；吴旭，张翼译

出版社：华中科技大学出版社

出版日期：2020年8月

ISBN：9787568060110

版权所有  侵权必究

总序

欲厦之高，必牢其基础。一个国家，如果全民科学素质不高，不可能成为一个科技强国。提高我国全民科学素质，是实现中华民族伟大复兴的中国梦的客观需要。长期以来，我一直倡导培养年轻人的科学人文精神，就是提倡既要注重年轻人正确的价值观和思想的塑造，又要培养年轻人对自然的探索精神，使他们成为既懂人文、富于人文精神，又懂科技、具有科技能力和科学精神的人，从而做到“物格而后知至，知至而后意诚，意诚而后心正，心正而后身修，身修而后家齐，家齐而后国治，国治而后天下平。

”科学普及是提高全民科学素质的一个重要方式。习近平总书记提出：“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼，要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置。”这一讲话历史性地将科学普及提高到了国家科技强国战略的高度，充分地显示了科普工作的重要地位和意义。华中科技大学出版社翻译出版“牛津科普读本”，引进国外优秀的科普作品，这是一件非常有意义的工作。所以，当他们邀请我为这套书作序时，我欣然同意。

人类社会目前正面临许多的困难和危机，例如，环境污染、大气污染、海洋污染、生态失衡、气候变暖、生物多样性危机、病毒肆虐、能源危机、粮食短缺等，这其中许多问题和危机的解决，有赖于人类的共同努力，尤其是科学技术的发展。而科学技术的发展不仅仅是科研人员的事情，也与公众密切相关。大量的事实表明，如果公众对科学探索、技术创新了解不深入，甚至有误解，最终会影响科学自身的发展。科普是连接科学和公众的桥梁。这套“牛津科普读本”，着眼于全球现实问题，多方位、多角度地聚焦全人类的生存与发展，包括流行病、能源问题、核安全、气候变化、环境保护、外来生物入侵等，都是现代社会公众普遍关注的社会公共议题、前沿问题、切身问题，选题新颖，时代感强，内容先进，相信读者一定会喜欢。

科普是一种创造性的活动，也是一门艺术。科技发展日新月异，科技名词不断涌现，新一轮科技革命和产业变革方兴未艾，如何用通俗易懂的语言、生动形象的比喻，引人入胜地向公众讲述枯燥抽象的原理和专业深奥的知识，从而激发读者对科学的兴趣和探索，理解科技知识，掌握科学方法，领会科学思想，培养科学精神，需要创造性的思维、艺术性的表达。这套“牛津科普读本”采用“一问一答”的编写方式，分专题先介绍有关的基本概念、基本知识，然后解答公众所关心的问题，内容通俗易懂、简明扼要。正所谓“善学者必善问”，“一问一答”可以较好地触动读者的好奇心，引起他们求知的兴趣，产生共鸣，我以为这套书很好地抓住了科普的本质，令人称道。

王国维曾就诗词创作写道：“诗人对宇宙人生，须入乎其内，又须出乎其外。入乎其内，故能写之。出乎其外，故能观之。入乎其内，故有生气。出乎其外，故有高致。”科普的创作也是如此。科学分工越来越细，必定“隔行如隔山”，要将深奥的专业知识转化为通俗易懂的内容，专家最有资格，而且能保证作品的质量。这套“牛津科普读本”的作者都是该领域的一流专家，包括诺贝尔奖获得者、一些发达国家的国家科学院院士等，译者也都是我国各领域的专家、大学教授，这套书可谓是名副其实的“大家小书”。这也从另一个方面反映出出版社的编辑们对这套“牛津科普读本”进行了尽心组织、精心策划、匠心打造。

我期待这套书能够成为科普图书百花园中一道亮丽的风景线。

是为序。

杨叔子

（序言作者系中国科学院院士、华中科技大学原校长）

序言

许多人都不希望再从日报上读到类似2010年墨西哥湾“深水地平线”钻井平台石油泄漏事故的报道，这场事故在当时持续了好几个月。1989年“埃克森·瓦尔迪兹”(Exxon Valdez)号油轮在阿拉斯加威廉王子湾发生石油泄漏事件后，鸟类与海獭被石油禁锢在海面的画面同样让人触目惊心。幸好这样大规模的事故很少发生。类似当地鱼类死亡、海滩上充斥着垃圾和海藻，或是海水因为藻华而变色等现象，也使人们意识到了海洋污染的问题。然而并不是所有的海洋污染都如此明显。海洋中同样存在许多只能被复杂的化学分析技术探测到的污染问题，而这些污染问题往往不那么显而易见。在这种情况下，某些不那么为人所知的污染问题将有可能对人类或是海洋生物造成伤害。

过度捕捞、栖息地丧失和污染问题正在威胁着海洋环境。引起关注的新型污染物既包括某些刚出现的污染物，又包括多种过去已存在却没引起关注的污染物。某些原本被用来以很小的剂量作用于水体的药剂就属于这类污染物。众所周知，大量的海洋垃圾，主要是塑料，随着潮水冲刷着海滩，海洋俨然成了收纳垃圾的“垃圾桶”。2014年3月和4月，搜救队寻找马来西亚航空公司MH370航班的残骸时，发现海洋里满是垃圾，海洋垃圾成了当时的新闻头条。当搜救队准备打捞疑似失事飞机的残骸时，他们发现那些所谓的“飞机残骸”是一些随洋流漂流的垃圾。

巨大的噪声对海洋动物，尤其是哺乳动物的伤害也引起了人们的广泛关注。许多鲸鱼在沙滩搁浅也可能与海洋噪声有关。近些年来大气中的二氧化碳浓度不断增加，由此带来的海洋酸化问题也引起越来越多的关注。虽然对此人们关注的焦点是海洋酸化会使贝壳受损，但同时也发现了海洋酸化对海洋生物生理机理和行为的影响。然而，也许范围最广和最严重的海洋污染是由于排放了过多的营养物质而带来的富营养化问题。这些过多的营养物质会促使发生藻华现象并使海洋中的溶解氧含量降低。随着海洋中的富营养化区域和“死区”越来越多，许多持久性有机污染物已经被禁用并不再生产。然而，这些有机污染物仍有部分在沉积物和海洋生物中积累。另外，石油泄漏事件发生的频率在过往的10余年中也逐渐降低。除了减少这些历史性污染物的排放，美国环境保护署通过《超级基金法》，并设立“超级基金”解决费用负担问题，人们也开始尝试用物理方法去清除一些美国河口重点有毒物质检测点的重度污染沉积物。

这本书和本系列的其他图书一样，受众是包括决策者、自然主义者、环境主义者、学生和一些其他领域的科学家在内的普罗大众。我希望这本书可以帮助大众更好地理解相关话题的知识，期待关于如何减少海洋污染的讨论能得到更多受过良好教育人士的支持。这本书里有可见的和不可见的海洋污染的种类，还包括它们的来源，它们对环境的作用以及我们去清除它们的方法。本书章节按照污染种类进行组织和排列。除了介绍常规种类的海洋污染物之外，我们在生物污染的部分添加了关于如何应对外来物种入侵的章节，虽然外来物种入侵一般不被认为是一种污染。这本书里还有一章是讲气候变化(全球变暖、海平面上升和海洋酸化)以及气候变化对海洋生物的影响。每个章节都包含了一些读者可能思考过的问题，如污染物对人类健康的潜在影响；还有一些读者或许从未思考过的问题，如污染物在海洋中的迁移转化规律、污染物对海洋生物的影响、海洋生物如何应对各种污染物等。我希望这些问题的答案都会使您感兴趣并对您有所帮助。也许这些答案将会吸引您去探索那些更深层次的问题。最后一章展望了处理海洋污染的未来前景，并对有关管制污染的国际和国家法律法规、国家和政府如何减少污染物，以及个人可以采取的减少污染物的措施进行了相关介绍。本书对于如何减少海洋污染提供了许多有益的建议。

致谢

感谢我的丈夫，佩德里克·韦斯(Peddrick Weis)博士。作为我在海洋污染领域的研究伙伴，他在我撰写这本书期间给了很多有用的建议，他对于数据处理的帮助使我受益匪浅。感谢蕾切尔·卡森(Rachel Carson)，她所写的有关海洋生物的书培养了我对海洋生物的兴趣。她所著的《寂静的春天》(Silent Spring)更是激起了我对污染问题的研究兴趣。感谢约翰·温伯格(John Vernberg)和威诺纳·温伯格(Winona Vernberg)夫妇、安东尼·卡拉布雷塞(Anthony Calabrese)和弗雷德·图尔贝里(Fred Thurberg)，他们整理了从20世纪70年代到20世纪80年代的有关海洋污染的文献，正是这些文献对我早年的研究起到了指导性的作用。在我实验室工作的多位研究污染相关问题的研究生和博士后也对这本书的付梓奉献良多。

感谢牛津大学出版社的杰里米·刘易斯(Jeremy Lewis)，在写作过程中，他的鼓励与建议给了我很大的帮助。同样也很感谢与我在减少海洋和其他地方污染方面合作过的政府和非政府组织向我提供的帮助。

1  关于海洋环境及其污染问题

海洋环境是什么？

本书中所提到的海洋环境中的“海洋”不仅包括海洋，也包括河口(如海湾)，即海水被来自河流和小溪，有时甚至是地下水的淡水冲淡的沿海地区。大部分污染物都集中在浅海，因为浅海往往靠近城市中心和其他人类聚居地，这些地方的海洋环境比较容易被污染。

海洋生态系统和食物链的基础是什么？

海洋生态学是生态学的一个分支，研究生活在海洋、浅海和海岸上的生物之间的相互关系。生物体在这些相互关系里扮演了生产者、消费者和分解者的角色。植物作为初级生产者吸收水和二氧化碳，并利用太阳光通过光合作用合成有机物(糖类)，这是食物链的第一步。初级消费者是以这些植物为食的食草动物，二级消费者是以这些食草动物为食的食肉动物，三级消费者是以这些二级消费者为食的食肉动物。微生物（比如细菌和真菌）作为分解者将植物和动物的排泄物和尸体中的有机物降解成无机物，这些无机物最终将会被生产者重复使用。分解者在生态循环中扮演着至关重要的角色，它们大都集中在海底的沙子或淤泥里。生产者的数量比消费者的多，一级消费者的数量比二级消费者的多，整体呈现一个金字塔式的结构。因为食物链每进一级都有大量的能量丧失，所以食物链顶端的生物（例如鲨鱼）都是稀少的动物。

海洋中最重要的生产者是被称为“浮游植物”的微型单细胞浮游光合生物，它们种类繁多。浮游植物是海洋食物链的基础，支撑着海洋里的其他生命。它们在海洋中分布广泛、数量庞大，由于需要进行光合作用，它们只会在水面上或阳光可以穿透的水体中出现，因为光对于光合作用是必不可少的。浮游植物是那些被称为“浮游动物”的小型浮游生物的食物。浮游动物种类繁多，既包括一些小型动物，还包括处于幼年期的大一点的动物，如蛤和螃蟹。这些大一点的动物在进入成年期后就会逐渐潜入海底生活。“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米”。在海底生活的生物被称为“海底生物”，一些海底生物通过过滤来获得浮游生物作为食物，而另一些海底生物则会食用下沉到海底的腐烂的动植物残渣，这些残渣被称为“碎屑”。

人们在浅海区和河口发现了更多种类的初级生产者，类似海藻这样的大型藻类或是诸如海草这样生活在海底的根系植物，它们利用渗透进海水中的阳光产生养料。这些初级生产者会被各种各样的生物利用，但大多数最终都会腐烂，成为碎屑，见图1.1。

图1.1  显示不同营养级的海洋食物网

来源：维基百科。

为什么要关注海洋的状态？

几个世纪以来，人们一直以为海洋是如此之大，以至于人们所做的任何事情都不可能对海洋产生影响。然而，与此相反，事实证明，我们人类的行为已经影响海洋很多年了。早在1951年，蕾切尔·卡森在《环绕我们的海洋》(The Sea Around Us)一书中写道：“我们人类不可能像对陆地那样对海洋肆意索取”，但是她随后又改变了自己的观点。现在我们都知道，许多鱼类种群的数量因为过度捕捞而大幅下降，气候变暖正在导致两极的冰川融化并使海平面上升，许多海域充斥着塑料瓶、塑料袋、气球和破渔网之类的垃圾。我们曾目睹过石油泄漏的灾难；我们发现，因为人造化学品的微妙影响，海洋动物开始出现异常；我们还发现，排放进水中的废物使大面积沿海地区的水缺少氧气，进而导致一部分海洋生物的死亡。

海洋生态系统对海洋和陆地环境的健康都很重要。海岸栖息地的生物生产力约占全部海洋生物生产力的1/3，一些河口生态系统（如盐沼、海草、红树林）可以算是地球上较多产的地区。另外，别的海洋生态系统，如珊瑚礁，为地球上最多样的海洋生态圈提供食物和庇护所。海洋在碳、氮、磷和其他重要化学元素的循环中起到了关键的作用。沿海水域和深海远洋的人类活动都改变了海洋的化学系统，其中对碳元素、氮元素和影响生物功能的溶解氧的影响最为显著。过去几十年来的污染、海岸栖息地的破坏和过度捕捞都对海洋环境和生物多样性造成了毁灭性的影响。全世界日益增长的对海味品的需求支撑着某些沿海地区经济发展的同时，也使很多鱼类种群的数量大幅减少。在此之上，气候变化对海洋的影响也远远超过了我们现在的认知。越来越多的科学证据证明，污染对海洋环境具有非常严重甚至灾难般的影响。我们最为关注的一些化学污染物在环境中分布广泛且持续增多，并且容易在生物体内聚集，只要很低的浓度，它们就会对环境造成破坏。有毒的化学物质种类很多且数量巨大，并且通常很难被发现。

致污物是什么？致污物和污染物有区别吗？

致污物(contaminant)是一些生物、化学、物理物质或能源，通常在环境中不存在或很少存在，并且当其浓度达到一定值时，会对生物体产生不利影响。所以当致污物达到了一定的浓度，它就成了污染物(pollutant)。污染物可能是像金属这种自然界中原本就有却过量的物质，也可能是人造的物质。污染物可以按照来源、对生物的影响、特征(比如毒性)或是在环境中的持久性进行分类。有毒化学品数量巨大，分布广泛，对它们进行监测的成本也非常高昂。

海洋环境污染的主要源头是什么？

陆源污染物有营养元素、沉积物、病原体，以及潜在的有毒化学物质，包括金属、农药、工业产品和药品。这些从陆地来的污染物对河口和沿海水域都造成了污染。工业革命以来，从工厂、污水处理厂和农田中排放出来的越来越多的物质最终都进入海洋生态系统中。但对于海洋来说，污染却不仅仅来自陆地。那些引起高度关注的事故，如阿拉斯加“埃克森·瓦尔迪兹”号油轮的石油泄漏事件和墨西哥湾“深水地平线”钻井平台事故就分别是运油船石油泄漏和海洋中的钻井平台爆炸污染了海洋。这些事故得到了广泛报道，并引起了公众对海洋污染的高度关注。别的水源污染可能就难以引人注目了，包括从船舶排放废物、从船舶浸出防污涂料，以及从木质舱壁和船坞桩中浸出木材防腐剂（如杂酚油或铬化砷酸铜）。饲养鲑鱼之类的水产养殖作业所带来的鱼类废料、食物残渣、抗寄生虫化学品和抗生素也会使附近水域遭受污染。对于海洋来说，污染物同样也可能来自大气。例如，煤的燃烧过程会使金属汞以气体的形式进入大气中，随后汞又会沉降到海洋中。化石燃料燃烧带来的氮氧化合物也是一种气体污染物，它们沉降到海洋之后就会造成海洋污染。

陆源污染进入海洋的主要途径是什么？

“海洋倾倒”指的是驳船将物体机械性地倾倒入海洋中。20世纪70年代以前，在美国，往海洋中倾倒工业垃圾、核废物、污水和许多其他种类的废物是合法的，直到20世纪70年代初，美国才对其进行管制。然而，此后不合法的倾倒现象依然随处可见。人们逐渐在公共海滩上发现了来自下水道微生物的污染废物，以及一些令人讨厌的物品，如皮下注射器和卫生棉条敷贴器，由此反对向海洋中倾倒污水、污物的运动在美国得到了一定的支持。海洋中的大部分化学性污染都是通过管道而不是通过倾倒方式进入水中的。虽然大部分污染物(合法的)来自工业区和居民区，但也有一部分污染物来自农业区。工厂和污水处理厂通过管道向接收水域中排放废料，这样的污染源称为“点源”。点源可以由环境保护机构监测和管理。1977年美国《清洁水法》（Clean  Water Act，CWA）通过以来，在控制点源污染方面已取得了很大进步。有些历史比较悠久的城市通常采用合流制排水系统(combined sewer system)——住宅和工厂通向污水处理厂的污水管道和雨水道相连。遇到暴雨时，水量往往超出污水处理厂的处理能力，导致所有东西未经处理就流入水中。这些污水中的细菌污染甚至会导致海滩因为卫生原因而关闭。

近几十年来，人们开始把关注点从点源污染转移到径流扩散和大气沉积(称为“非点源”)上来。下雨期间，污染物被雨水从土壤、街道、建筑工地等处冲刷进许多地方的水体中，大气中的污染物也会随雨水沉降。这种污染并不好应对。农场、道路、城市或自然风景区中的非点源污染大部分都不受控制，这些地区也是持续性污染的主要源头(见图1.2)。如果不是直接流入城市污水处理厂的话，雨水就会直接流入水体中，携带着包括沉积物、油脂、多环芳烃和铁轨上的重金属在内的许多污染物。

图1.2  农村和城镇地区的非点源径流污染

来源：佩德里克·韦斯博士。

哪些污染物是从空气中进入海洋的？

海洋中大部分的汞、二氧化碳和放射性同位素都来自大气。一些像多氯联苯这样的有机污染物从大气沉降到进入海洋之前会经历一个漫长的输送过程。

水中的物体会造成污染吗？

船舶上的防污涂料是有毒的，旨在减少藤壶和藻类等生物附着在船体上。该防污涂料释放出来的化合物会阻止这些浮游状态的生物附着在船体上。然而这些化合物对附近其他生物也有毒害作用。三丁基锡是过去使用最广泛的防污涂料，现在已经在世界上的大部分地区被禁止使用了(我们将在以后的章节中来具体讨论这一情况)。铜也被用作防污涂料，它因为对藻类和软体动物有毒害作用而被当作一种灭藻剂和软体动物杀灭剂。由于三丁基锡被禁用了，一些新的化学品被研发出来用来代替三丁基锡。Irgarol(2-叔丁氨基-4-环丙氨基-6-甲硫基-s-三嗪)作为一种新的防污涂料被普遍使用，它对非目标生物的毒性作用也很大。在码头周围的水体和沉积物中发现的Irgarol的剂量足以改变那里的浮游植物群落。人们也在水体和沉积物中发现了另一种防污抗微生物剂——敌草隆。

码头桩和舱壁这样的木质结构一下水就会被微生物腐蚀，被吃木虫之类的钻木动物，如蛀木水虱和船蛆(实际上是软体动物)破坏。为了防止这样的情况发生，船身会覆盖一些高浓度且有剧毒的化合物（如杂酚油和铬化砷酸铜）。这些物质会从木材中逸出并在环境中积累，导致附近的动植物中毒。

水产养殖业是如何造成污染的？

水产养殖业是饲养海洋生物以供人们食用的产业，相当于在海洋上进行的农业活动。养鱼场，特别是用于开放式养殖鲑鱼，已被发现是当地水域的污染源。数千条鱼集中在开放式网箱中，产生大量的粪便。这些粪便与没有被鱼吃掉的饲料下沉到海底会影响环境、污染水体并导致海底的动植物过度增长。举个例子来说，没有被鱼吃掉的饲料和鱼粪中的营养物质会使当地的藻类过度繁殖，从而导致水体中的氧含量下降，随之产生的氨、甲烷和硫化氢，对很多水生生物都会产生危害。水体中的氧含量过低对海洋生物来说同样是致命的。为了确保产量，很多类型的水产养殖业都使用化学处理方法，如使用抗生素和抗寄生虫化学品等。这些化学品释放到环境中，一旦超过一定的剂量便会对其他生物造成影响。目前水产养殖业中使用的化学品种类繁多，主要还是抗生素和抗寄生虫化学品等药品，以及喷在饲养箱上的像铜这样的防污涂料。在某些地区，如东南亚和南美洲，抗生素的滥用使细菌的耐药性大大增加，进而导致这些细菌对饲养的生物和包括人类在内的其他生物的危害增大。

污染物一旦进入水体，会发生怎样的变化？

洋流和海洋生物可以使污染物重新分布到相当远的地方。然而，沉积物容易与金属结合，许多有机污染物集中在海底沉积物中。在美国，类似滴滴涕(DDT)和多氯联苯这样曾被广泛使用过的化学品现已不再生产。在它们被禁止使用数年之后，残留在海洋沉积物中的这些化学品仍在通过生态循环危害海洋生物。这些含有污染物的沉积物也会影响海底钻井作业，因为钻井作业会将这些污染物从沉积物中释放出来，并使海洋生物暴露在这些污染物中。另一个棘手的问题是，一旦这些原本在海底的污染沉积物上升，应该如何处理它们。正因为要解决这些问题，所以深化航道疏浚作业和清理有毒污染源工作长期拖延。生物会从环境中吸收或积聚这些化学品。这些化学品一旦被生物吸收，就会产生毒性作用。

化学品是如何危害海洋生物的？

化学品会通过水生动物的皮肤、鳃和消化道进入水生动物体内，部分会被水生动物排泄或通过鳃过滤到环境中去。当吸收速度大于排泄速度时，化学品会在生物体内聚集。溶解性低和易与沉积物结合的化学品会在生物体内，尤其是脂肪组织中，积累到很高的浓度。氯化烃类农药、多氯联苯和甲基汞就属于这类低溶解性的有毒物质。它们一旦被水生动物吸收，就不那么容易被代谢和排泄出去。

污染物通过食物网在猎物和捕食者之间转化，这个过程被称为“营养转运”。在这个过程中，某些化学品会越来越集中，这个现象被称为“生物放大效应”。在此过程中，类似多氯联苯、滴滴涕和甲基汞这样的持久性有机化学品往往会聚集，从而发生生物放大效应，导致这些化学品在顶端捕食者的体内积聚到最大量(见图1.3)。在污染区域内，动物从其所吃的每一种受污染的食物中积累有毒化学品。消费者体内的有毒化学品含量会比生产者体内的更高，处在食物链顶端的消费者，比如大型鱼类、吃鱼的鸟类、海洋哺乳动物和人类，其体内有毒化学品的含量会最高。即使像旗鱼和金枪鱼这样生活在远离任何汞污染源的深海远洋的大型鱼类，也会因为生物放大效应，在体内积累很高含量的甲基汞。因此，建议大家还是不要吃太多这种鱼类，尤其是孕妇和儿童。含氯农药、多氯联苯和二噁英也会产生生物放大效应，而除甲基汞之外的金属化合物则不会产生这种效应。

图1.3  污染物通过食物链产生的生物放大效应

来源：《2010全球海洋情况回顾》，WaltherMaria Scheid，德国柏林。

鱼类体内积聚的污染物数量也可能会跟性别有关。卵黄中富含脂肪，可以储存大量的有机污染物。某些雌鱼生产的鱼卵中含有大量的脂溶性化学污染物，它们体内的化学污染物的含量会随着产卵过程而下降。在卵生的鸟类和爬行动物中也存在着污染物从母体转移到胎儿的现象。虽然这种转移会减少这些雌性动物体内的污染物含量，但这会导致后代在出生的时候，其体内就已经含有污染物了，这当然是不好的。

毒性是什么？

有毒物质只需要很小的剂量就会对生物构成危害(几乎所有物质一旦过量就会产生危害)。尽管现在已经有些关于污染物影响海洋生物的实地研究，但毒性作用还是首先要在实验室中进行鉴定(生物测定)。早期关于污染物作用的研究主要是测量其杀伤力的试验。半数致死浓度(LC_50)指的是在96个小时以内导致50%的实验动物死亡的剂量，它被当作基准。诸如美国《联邦杀虫剂、杀菌剂及灭鼠剂法》(Federal Insecticide，Fungicide，and Rodenticide Act，FIFRA)要求使水生生物不受伤害的杀虫剂安全剂量要以半数致死浓度为基准，虽然半数致死浓度基准的生态关联性很小。少数物种需要进行毒性试验——虹鳟鱼、翻车鱼和水蚤，它们分别代表了冷水鱼、温水鱼和甲壳动物，且都是淡水物种。遗憾的是，即便在半数致死浓度已经沿用了大半个世纪的今天，这种测量96个小时之内死亡动物百分比的方法依然被认为是最有效的常规方法，但是这些试验都没有考虑在较长时间内发生的亚致死效应、延迟毒性或物种生活史的差别。因此，了解生物在生理上和行为上与污染物的长期低剂量接触及其后果，对探究自然界的污染物的总体影响是至关重要的。

除了使生物致死之外，污染物还有什么影响？

大量的研究表明，有毒化学品会扰乱生物体的代谢调节和影响免疫系统，并损害它们的繁殖能力。污染物也很容易影响生物的行为、发育和生理机能。了解这些亚致死效应可以帮助我们理解不同化学品转化的机理，以及了解真实世界的生态效应。我们知道，生命的早期过程与阶段(精子、卵子、受精、胚胎发育和幼年期)极易受污染物影响，那么，基于能杀死成年生物的化学品剂量而设置的安全标准并不能保护这些幼小的生命。生物繁殖的激素调节过程会被很多化学品影响，如今我们将这些化学品称为“内分泌干扰物”。生命在早期阶段接触到某些有害物质，这些有害物质的效应不一定会立即显现出来，而是有可能稍后甚至好多年之后才显现出来。因此，探究化学品长时间的延迟效应和间接作用也是非常重要的。现在已经有一些针对这样的生态现实的研究，取得的进展大部分是针对淡水生态系统的。

化学品对个体的影响可能会改变种群的数量并降低种群成长率，减小种群规模，降低出生率，增高死亡率，使群体里的个体更年轻、形态更小，群落的遗传变异性也会因此降低。当群落里的易受污染影响的种类被淘汰，耐污生物种类成为群落的优势种类时，群落的遗传变异性就会降低。这些耐污生物优势物种往往是一些具有耐药性的昆虫和细菌。

毒性作用首先出现在生物化学层面，之后是细胞层面，然后是生物整体层面，再到种群，最终对整个生态圈产生影响。我们观测到最初的生化改变是酶的改变、DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)的改变，或者能够解毒的特殊蛋白质的生成。而在细胞层面，毒性作用表现为染色体被破坏、细胞死亡、细胞结构异常或癌细胞过度增殖。有些化学品会影响免疫系统，使生物更易感染传染性疾病。在生物整体层面，毒性作用会使生物的生理发育、成长行为、繁殖能力都有可能发生改变。如果毒性化学品的含量很高，感染的动植物就可能会死去。

幸运的是，如今很多地方的污染物排放都减少了，有毒废物也被及时清理了，由有毒废物带来的疾病发病率与其他问题也都减少了。可能对污染物的耐受力也消失了。哈得孙河旁边有家排放了数十年含钙物质的电池厂。来自石溪大学(Stony Brook University,又称纽约州立大学石溪分校)的杰弗里·莱文顿(Jeffrey Levinton)和他的同事们发现，生活在电池厂旁边的一块受污染的沼泽底泥里的虫子对钙的耐受性很高。根据美国环境保护署的要求，这里的污染经过很多年才被清理干净。如今，当那些科学家再来这里的时候，他们发现这些虫子经过许多代以后丧失了对钙的耐受性。

如何测定毒性程度？

“剂量决定毒性。”——精确地测量一种化学品发生作用的剂量是十分重要的。污染物通常都是很小剂量的，但即使是百万分之一和十亿分之一这样微小的剂量也可能会对生物产生影响。百万分之一(10-6)是一个很小的数目，10-6或1毫克/升的剂量相当于13.2加仑水里的一滴。10-9或1微克/升相当于十亿分之一，是比10-6更小的数目。包括二噁英和三丁基锡在内的一些化学品在低于10-9的剂量时就会具有毒性。测量这些低浓度的污染物的技术难度和技术成本是非常高的，需要用到诸如原子吸收分光光度计、气相色谱与质谱仪这样的先进仪器。

田野调查是怎么探究毒性的？

综合现场方法与实验室研究是非常重要的，这些可以让我们了解污染物对种群与群落的影响。理论上，田间试验可以将受污染环境的情况调查清楚，但在实际中很难做到。只有在非常严格的条件下，科学家才能进行这样的控制试验，即将已知剂量的化学品排放到环境中，然后观察它们对环境的影响。科学家尝试过使实地研究更接近实验室研究，他们将多个物种共同放置在小容器中模拟微观世界，放置在大容器中模拟生物群落，通过这种方法来探究污染物对群落的影响，并做了很多重复实验去探究在受控条件下的剂量反应关系。通过这些研究，我们可以得知不同物种对污染物的敏感差异性和它们之间的生物交互作用。从这些方法中可以了解到很多东西。然而，向复杂的生物群落中添加已知剂量的特定污染物还是不能完全模拟自然环境的。在自然环境中，生物体会受到不同浓度的不同污染物的影响，这些污染物的浓度会随着时间而变化，有些物种还会进化出对特定污染物的耐受性。因此，生态风险评价和将人造生态环境试验的结果作为现实世界中的实地研究的结论存在着不确定性。

通常情况下，我们很难将某地的环境问题完全归因于特定的污染物，因为一般来说污染环境中常常存在多种污染物。而在某些极端的情况下，一些环境的污染确实可以归因于特定的化学品，比如三丁基锡对欧洲牡蛎的影响(见第8章)。由于三丁基锡造成的影响比较特殊，而其他化学品难以造成如三丁基锡这样的影响，所以三丁基锡与污染的因果关系就比较明显了。

为什么有些物种会比别的物种对污染更敏感？

物种在生理、隔代时间、生命周期上的差异都会造成它们对污染物的敏感性差异，这些差异均会影响它们对污染物作用的最初反应与恢复能力。寿命短且繁殖能力强的物种可以适应不断变化的环境，即便是受污染的环境。由于隔代时间短，这些物种更容易进化出对污染物的耐受性，且其高代谢率可以使污染物更快地排出体外。相反地，那些寿命长、发育慢且后代相对较少的物种进化出对污染物的耐受性的可能性就会比较小。寿命长的物种往往会在食物链的顶端，它们数量稀少，更容易在长时间内在体内积累大量的污染物。缓慢的繁殖速度会使它们的数量难以在种群遭受打击之后快速恢复过来。缓慢的繁殖速度，加上大量污染物的积累会影响这些物种的繁殖。脂溶性污染物质(如多氯联苯和滴滴涕)从母体到卵黄的迁移，会使下一代生物在孵化之前就受到这些化学品的影响。

哪些法律约束海洋污染？

海洋和基于陆源污染引发的海洋污染，均受到国际、国家、州和地方各级法律法规的管辖。围绕着渔业管理、船运、保护生物多样性和污染，我们达成了若干多边和双边的协议和条款。关于污染的多国条约是《国际防止船舶造成污染公约》（International Convention for the Prevention of Pollution from Ships），通常被称为MARPOL，这项公约规范了向海洋中排放物质的行为。公约的6条附加条款规制了不同方面的污染行为。附加条款Ⅰ涉及海洋石油开采作业和事故产生的石油污染；附加条款Ⅱ主要针对散装运输有毒液体物质(其中罗列并评估了大约250种物质)；附加条款Ⅲ规定了“有害物质”的装运、标记、分类、归档、储存和数量限制的详细标准；附加条款Ⅳ包含了控制污水污染的要求(向海洋中排放污水的船只必须有经过认证的污水处理装置，排放到海洋的污水必须经过认证的系统处理后变为无害状态)；附加条款Ⅴ是关于垃圾排放的，禁止船舶向海洋中倾倒塑料制品；而附加条款Ⅵ则限制了船舶尾气中的硫氧化物与氮氧化物的排放，并禁止向大气中排放臭氧消耗物质。国际海事组织(International Maritime Organization，IMO)承认MARPOL的法律效力，它对船旗国(对船舶进行注册登记，授予船舶国籍，并对其启航或航行水域进行管辖的国家)与港口国(船舶靠岸的国家)都具有规范作用。船旗国与港口国都会对船只进行检查以确保它们符合公约规定，并对违反公约规定的船只进行制裁。在美国，首先承担这项职责的是海岸警卫队。

陆源污染源和海洋污染源一样，都受到各级政府机构的监管。《联合国海洋法公约》(United Nations Convention on the Law of the Sea，UNCLOS)是一项国际公约，涵盖海洋治理的许多方面，包括控制陆源污染的义务。《卡塔赫纳公约》的关于陆地来源与活动所造成污染问题的议定书中关于陆源污染与活动的议定旨在禁止从陆地上向加勒比海中倾倒陆源固体废物。条约包括禁止那些“持久性合成材料和其他物质”危害海洋。这样的条约既提供了一个法律上可强制执行的框架，也提供了一个论坛，各国可以在此论坛交流应对污染的最佳做法和经验。

美国的《清洁水法》旨在控制陆源污染。《清洁水法》禁止在未经许可的情况下向通航水域中排放任何污染物，这些污染物往往是通过管道与人造沟渠的点源排放的。美国环境保护署负责执行这项法案。美国环境保护署的国家污染物排放削减系统(National Pollutant Discharge Elimination System，NPDES)是一项控制水生环境点源污染的许可程序。个人住宅排水管道接入市政系统，共用化粪池系统，这使得个人住宅不再自行排放污水，因而也就不需要NPDES的许可。工业、市政和其他设施若要直接将废水排入地表水中，就必须获得NPDES许可。《清洁水法》同样资助市政建设或升级污水处理系统。美国环境保护署实施了多项污染管控措施，他们为工业污水设定标准，为地表水中大量污染物设立限值标准，除此之外，对受污染的水体加强管控。《清洁水法》的第303条授权州政府界定受污染水域，并计算可进入受污染水域的各种污染物限值。这些限值被称为“最大日负荷总量”(total maximum daily load，TMDL)。2007年，美国加利福尼亚州为了减少排放进洛杉矶河的垃圾数量而设立了日最大负荷量，这项举措最终减少了排放进太平洋的垃圾。我们将在第11章进一步讨论美国《清洁水法》。

为什么有些污染物在被禁用之后依然困扰着我们？

国内法和国际法可以规范和禁止化学品的排放，但持久性污染物(如滴滴涕、多氯联苯和金属)的“污染遗产”在被禁止使用或禁止排放之后，依然会残留在沉积物中长达数十年，这些含有污染物的沉积物会长时间对生物构成危害。此外，还有很多种类的污染物依然没有被禁止生产，我们对非点源污染的管控力度也不够大。每个国家的环境法律和环境标准也不一样。值得庆幸的是，美国《清洁水法》大大提高了美国的水质，并促使许多城市建立或升级了污水处理系统。

全世界的海洋污染到底有多严重？

海洋为人类提供了很多好东西和极大的便利，然而人类的行为却直接或间接地改变和伤害了海洋。几年前，一个大型研究团队出版了《人类对海洋生态系统影响的全球地图》(A Global Map of Human Impact on Marine Ecosystems)一书，这是一本高清的附有大量世界海洋数据的地图集。这本书告诉我们，人类的活动严重改变了全球将近40％的海域，并且只留下了4％的相对原始区域。书中列举了气候变化、过度捕捞和污染等17种人类活动造成的影响结果。作者从各种来源收集数据，并将这些数据用于模型中，这个模型会对人类活动在每平方千米海域造成的影响进行评估。人类活动影响最大的海域是东加勒比海、北海和日本海域，两极附近的海域是受人类活动影响最小的。最易受影响的环境是大陆架、岩礁、珊瑚礁、海草床和海底山。只有小部分珊瑚礁、红树林和海草床相对不受影响。虽然不是所有受影响的海域都是因为受到污染的影响，但大部分海域是。污染的主要类型是营养过剩(富营养化)、海洋垃圾、石油泄漏和有毒污染物的排放。

2  营养物质

为什么生命体必需的营养物质被当成了污染物？

营养物质如氮和磷等的过度排放对水体环境造成了严重的影响。磷的过度排放是淡水环境污染问题的主要原因,而氮的过度排放是海水环境污染问题的主要原因。

这些营养物质从何而来？

污水、食物垃圾，以及从农业区域排放、流出的动物粪便和肥料都是这些营养物质的来源。在陆地上，过量的氮从农田、郊区草坪和牲畜饲养场进入淡水中，再通过地表径流汇聚到河口里，从而改变了水体中的化学环境和生态系统。雨水径流流过地表或像街道、停车场和建筑屋顶这样的防渗面层时，会聚集垃圾、化学品、沉积物和一些其他损害水质的污染物。城市带来了厨余垃圾、人类生活污水、动物粪便和草坪肥料，即便经过处理，污水中营养物质的含量仍很高。化粪池的污水进入河口并通过渗透进入地下水。附近住宅和化粪池越多，渗入附近水体、沼泽和河口的氮就越多。氮是一种重要的营养物质，也是一种对农业生产十分关键的肥料，但其在水体中的含量一旦过量就会成为一种污染物。过量氮引起的养分富集是全球沿岸水域受损的主要原因。

20世纪以来，在工业上将氮合成肥料的能力提高了农作物的产量。合成肥料不仅加快了作物的生长，也使人口得到了增长，并给人类提供了稳定而廉价的粮食。然而，虽然合成肥料提高了作物产量，但由于营养物质会进入水生生态系统，合成肥料也造成了持续的环境问题。在世界各地，不断增加的商品肥料的使用使氮流到环境中的数量增加了约10倍。肥料中仅有约18%的氮被作物吸收，其余部分则或被土壤吸收，或进入水体，或进入大气。大量家畜的粪便用作肥料也许超过了农田的吸收能力，因此多余的营养物质便进入地表径流并最终进入河口。

营养物质同样可能来自大气，如化石燃料燃烧释放的氮会沉降到地面和水体中。化石燃料燃烧产生的氮氧化物会导致酸雨和造成空气污染，这种化合物的沉降同样会污染水体。营养物质引起藻类过度繁殖，接着造成水体缺氧的这个过程被称为“富营养化”(见图2.1)。

图2.1  富营养化现象

来源：切萨皮克湾项目。

集约农业、工业活动和人口的过度增长，使全球的水体富营养化的情况不断加重。但每个地区造成富营养化现象的主要原因各不相同。例如在美国和欧洲，农业污染源(动物厩肥及肥料)才是造成富营养化的最主要因素，而污水和工业排放物(排放规范且都经过处理)是第二因素。在沿海地区，大气污染源也是水体中氮的重要来源。例如在切萨皮克湾，海水中的氮基本上来源于大气中。在拉丁美洲、亚洲和非洲，污水和工业废水排放可能是富营养化的主要成因，因为这些污水和工业废水往往没有得到很好的处理。除了营养物质，污水和畜禽粪便中也含有一些有害的微生物，这些微生物可以被污水处理厂去除。如果这些有害的微生物没有被去除而进入水体，将会引起人体疾病。这种情况我们将在第10章进一步讨论。

污水处理厂是如何运作的？

污水处理可以去除污水中的某些污染物，人们常用一些物理、化学和生物处理措施来去除物理、化学和生物意义上的污染物。污水处理的目的是得到对环境无害的废液流和适于处理或再利用的固体废物(通常用作农业肥料)。

一级处理主要是去除污水中的固体悬浮物质。污水通过污水管从家庭和工厂进入污水处理厂，格栅将类似破布和纸尿裤这样的垃圾过滤掉(这部分垃圾会被妥善处置)，而只允许污水通过。接下来，污水会暂时被储存在沉降池中，有些较重的固体物质会沉在池底而被去除，而油脂和一些较轻的固体物质仍会漂浮在表面。如果一级处理之后的水体已经达标，去除掉这些固体漂浮物的污水就可以向环境中排放了；如果没有达标，污水还要经过二级处理。

在二级处理中，微生物会将已分离的液体和固体有机物分解，就如同这些微生物在自然界中所做的那样。空气被泵入含有微生物的一级处理后的污水中，通过曝气加快这些微生物的生长速度。最终在沉降池中，这些微生物通过重力作用沉降下来。为了保证曝气池中必要的微生物的数量，这些被称为“活性污泥”的混合物将会回到曝气池中。有的二级处理还包括在排放或三级处理前去除这些微生物的分离过程。最终出水在排放之前会经过氯、臭氧或紫外线等消毒措施，以减少水中微生物的排放。

为了减少污染物，有些污水处理厂还会在排放污水前对其进行三级处理。有的三级处理是将经过二级处理的污水泵入种植着香蒲或其他植物的净化湿地中，使这些湿地中生长的植物吸收污水中残留的部分营养物质。还有的三级处理是利用生物技术将有机态的氮转化成无害的氮气释放到大气中。处理后的污水必须达到美国环境保护署的国家污染物排放削减制度标准。改善污水处理系统是改善水质的重要途径。

一级处理后的污泥会被泵入分离器中，在那里，污泥中的无机固体(粗砂)与轻质有机固体分离。然后，这些有机固体将会被浓缩并泵入厌氧消化槽中，与细菌在无氧条件下反应。稳定后的污泥几乎没有气味。厌氧消化产生的甲烷气体可以被当作燃料使用。最后得到的污泥(生物固体)也可以被用作肥料或土壤结构改良剂。然而，对于城市中的污泥而言，这样的途径就行不通了，因为城市的污泥中可能含有高浓度金属和其他工业有毒污染物，这样的污泥必须得到妥善处置。而在过去，它们却被简单粗暴地倾倒进固定海域中。但是由于这种做法带来了危害，其已经被法律禁止了。实际上，美国倾倒到海洋中的几乎所有物质都成了海底沉积物，为了不使其影响航道，如今美国正在努力疏浚这些沉积物。

合流制排水系统是什么？

一些老城市（如美国纽约和欧洲的一些老城市）采用的依然是19世纪建成的合流制排水系统。在这个排水系统下，雨水和污水共同进入污水管中。这种做法的最大好处就是雨水也进入了污水池和排水沟，而不是像过去那样直接进入附近水域。20世纪上半叶，许许多多的污水处理厂如雨后春笋般建立起来。当时合流制排水系统被视为解决携带大量垃圾的雨水的良好途径。这些污水处理厂的设计处理量是当时平均污水量的2倍，但由于人口的快速增长，这样的设计量已经无法应付暴雨了。虽然进入污水处理厂的水量可以在干燥的天气下进行管理，但在暴风雨期间雨水与污水结合产生的水量增加量就超过了污水处理厂的处理能力。很多排水系统可以应付5年一遇的大雨——下这种大雨的情况很少发生，通常平均10年才会发生2次。但是单单在2007年，纽约就遇到了3次25年一遇的大雨，这种大雨一般在一个世纪最多发生4次。气候变化可能会使这些极端天气愈演愈烈。当污水处理厂满流时，多余的污水就会通过溢流管溢出。为了避免污水回流至街道和住宅中，人们设置了可以直接将未处理的包含粪便和工业废渣的污水排入水道中。这些水道中比较有名的有美国纽约布鲁克林区臭名昭著的郭瓦纳斯运河(Gowanus Canal)。污水处理厂排放未经处理的污水是违法的。

大量的污水处理系统违反了《清洁水法》。近几年来，美国全国25000个污水处理厂中，有9000个向水体中排放过一些未经处理或处理不完全的人类垃圾、化学品和其他有害物质。这些污水处理厂中不乏某些大城市的污水处理厂。这些未经处理的污水会使水质急剧下降，连临近的海水浴场也受到了影响。大雨期间，成百上千座拥有合流制排水系统的老城市面临着同样的水质问题。然而，用新的雨污分流系统代替老的合流制排水系统的成本和代价非常高。合流制排水系统已经成为污染的主要来源之一，由此带来的污水中的细菌会在贝类中聚集，使这些贝类不宜再食用。为了解决溢流问题，许多城市的污水处理厂使用了集污舱和附加的污水处理设施，但这并非长久之计。若要永久性地解决这一问题，人们还需要长期的政策与大量的资金支持。

集中型动物饲养经营是什么？

高密度的集中型动物饲养经营(concentrated animal feeding operation，CAFO)会产生大量含营养物质的动物粪便、包括细菌与病毒在内的病原体、沉积物、抗生素和砷，或铜之类的金属物质。虽然养殖业可以为庄稼作物提供肥料，但是集中型动物饲养经营所产生的粪便量会大大超过当地农业所需。大型动物养殖设施造成的粪便量过剩成了许多地区当前面临的难题，如美国东海岸的养鸡场产生的污染物主要都排放进了切萨皮克湾。美国环境保护署正在试图使水体免受这样的污染危害，但它所制定的法规的实施效率赶不上集中型动物饲养经营的增长速度。

过剩的营养物质有什么影响？什么是富营养化？

海水富营养化会使藻类过度生长，附着在藻类植物（如海白菜）上的多细胞生物和微型浮游植物也会随之过度生长。藻类植物少量增长可以提高食物网的生产力并增加鱼类和贝类的数量。然而，藻类植物的过快增长会使水质严重退化，并会对人类健康和生物资源构成威胁。过度繁殖的藻类植物死亡后会沉积到海底，由海底的细菌进行降解。这样的降解过程会耗尽水中的溶解氧。如果水体的溶解氧速度不及细菌新陈代谢消耗氧的速度，那么，底层水体的含氧量就会很低甚至为零，这对底层水体中的生物是十分不利的。缺氧成了许多河口所面临的主要问题之一，尤其在夏末和初秋的时候，这样的问题会更严重。水体缺氧现象在全球范围内的影响也越来越大。

在低氧区，成鱼的丰度和多样性都会降低，同时该区域中的龙虾、螃蟹和幼年比目鱼的生长速度也会减慢。蓝枪鱼和其他旗鱼，还有金枪鱼在水中游动的速度都非常快，这种快速的游动需要高含量的溶解氧。随着海洋中含氧量低的水域面积不断增加，这些经济鱼类的栖息地也在不断缩小。一方面，无法迁移或迁移速度很慢的物种可能会在低氧区死亡；另一方面，水域中的低氧环境可能会使生物的抗病性受损，也可能使其胚胎发育受损。幼鱼的游动速度慢，更易受其影响。一般来说，动物应对低氧环境的对策是减少活动以降低对氧气的需求。这通常意味着动物的摄食时间会变短并食用更少的食物。例如，当底层水体氧含量低时，被埋的蛤蜊会爬到沉积物的表面。这就使得它们更易被青蟹捕食，因为青蟹可以忍受低氧环境并可以短时间潜入缺氧水域。而对低氧环境具有高耐受性的海洋蠕虫会产生亚致死效应，它们的呼吸速度和摄食速度会降低，胚胎生长发育也会变得不正常。

有时在温暖的季节，螃蟹和其他动物会涌入浅水中。它们实际上可能是从氧气耗尽的水体中爬出来以获得氧气。这种现象被称为“狂欢节”(jubilee)现象。这种现象可能会让这些从低氧环境中逃出来的螃蟹都上了人类的餐桌。虽然人类将这一现象称为“狂欢节”，但这些螃蟹实际上并不开心。

富营养化对海草有什么影响？

浮游植物水华会使水体浑浊，并使底层的沉水植被(submerged aquatic vegetation，SAV)，如海草的光照减少。海草是海洋生态系统的重要组成部分，它们的数量正在不断下降。海草为许多处于幼年期的物种提供了栖息地，在生态系统的结构与功能方面发挥了重要作用。但是，它们正在承受着水体富营养化带来的底层透光性低和硫化毒性的危害，如鳗草这样的沉水植物也由于其草叶上附着的小型藻类(附生植物)的过度繁殖而数量锐减。附生植物会在草叶表面形成一层绒毛将草叶覆盖，从而进一步减少了透射到草叶上进行光合作用的阳光。

附生植物的数量在某种程度上可以通过如片脚类动物这样的小型动物来控制，这类动物以附生植物为食。这些小型动物的清理作用对海草床的健康至关重要，小型动物的数量越多，清理掉的附生植物也就越多。沉水植物的数量下降时，通常它包含的物种丰度也会骤降而不是逐渐下降，而且高盐分和高温会加速骤降的过程。海白菜的过度繁殖也会对海草造成危害，还会减少海草的茎密度、叶生长量与碳含量。海草及其产生的碎屑为多种动物提供食物和庇护所，当其数量减少时，与其相关的动物种群数量也会随之减少。遗憾的是，只有少数例子显示海草在由于富营养化而数量减少之后可以恢复到原来的水平。

富营养化对珊瑚礁有什么影响？

农业径流夹带着营养素与沉积物流经河流而排放到珊瑚礁生态系统中。富营养化对珊瑚礁极具危害性，它会使底栖藻类疯长并覆盖珊瑚礁体，进而使珊瑚礁窒息，最终藻类群落会取代珊瑚礁群落，尤其当群落中的食草动物量较少的时候，这种情况会更加严重。只有当珊瑚上有大量的吞噬藻类的食草动物时，珊瑚才会在与藻类植物的竞争中取得优势并幸存下来。渔业往往会降低珊瑚礁上的食草动物数量，进而导致珊瑚礁体被过度繁殖的藻类植物覆盖。例如，佛罗里达群岛附近的珊瑚礁因为人们丢弃了大量垃圾而退化，澳大利亚大堡礁的部分地区也受到了农业径流的影响。珊瑚礁遭到破坏会导致当地旅游业低迷，因为潜水者更喜欢珊瑚礁丰富的海域。

死区是什么？

某些缺氧严重的水域会被称为“死区”，因为在这些水域中除了细菌，其他种类的生物都无法存活。当溶解氧含量低于0.5毫克/升时，这片水域中的生物就会大量死亡。水体中的溶解氧含量在2～3毫克/升甚至更低时也许可以维持一部分生物的存活，但这对底栖生物群落来说是致命的。底栖生物群落一般是由一些超小型动物构成的。当底栖生物群落面对溶解氧含量低的环境时，群落中只有那些寿命短、体表面积很小的蠕虫能存活下来；其他动物如甲壳类、双壳类和腹足类动物等则难以存活。全球不断增长的死区引起了人们的广泛关注，这是燃烧化石燃料而造成的径流与氮沉降的结果。在这样的环境中，某些特定种类的光合浮游植物(比如蓝藻这样的微小型光合浮游植物)数量要比硅藻的种群数量更多，而硅藻在海洋食物链中更加重要。世界各地已经确认了有大约150个死区，其中包括墨西哥湾的一个特别大的死区。密西西比河流经美国的农业中心区域，进入这片死区中。密西西比河的流域涵盖了约41%的美国国土，并覆盖了美国大部分的农业用地。

20世纪60年代以前，虽然也有人注意到了海洋水体的缺氧问题，但是那时海洋水体的缺氧问题还不是很普遍。在过度捕捞和底栖渔业崩溃问题发生之前，人们往往会忽视这一问题。长期处于缺氧状态的水体生态系统中的底栖动物的数量与鱼类的生产水平都非常低。根据来自路易斯安那大学海洋协会(Louisiana Universities Marine Consortium)的南希·拉巴拉伊斯(Nancy Rabalais)和她的同事们的记录，每年夏天墨西哥湾死区中的溶解氧含量都会低于0.5毫克/升，这样低含量的溶解氧会使得除了微生物以外的其他生物都难以生存。每年从春天到夏末的这段时间，携带大量营养物质的地表径流进入海洋中，引起浮游植物的过度繁殖并造成水体氧含量降低。到了20世纪50年代，从密西西比河流入墨西哥湾的氮含量相比之前的含量增加了2倍，海洋水体缺氧问题更加严重了。水域的缺氧问题严重威胁着海湾的商业与休闲渔业。2012年人们观测到的死区面积有约2889平方英里，在自从1985年开始对死区进行监测以来所发现的死区面积中，排行第四小。这是因为干旱导致了流入海洋的地表径流量减少。相比之下，2011年洪水泛滥，洪水中携带有大量营养物质，使得测量到的死区面积达到了6770平方英里，这个面积相当于新泽西州的大小。到2013年，可测量的死区面积达到了5840平方英里，这个面积比整个康涅狄格州的面积还稍大一点。

就现在的情况而言，死区的问题影响着400多个生态系统且覆盖了广阔的海域——受影响的海洋面积超过47.5万平方千米。虽然全球死区面积的总体趋势依然是增长的，但有些地方的情况已经开始有所好转。全球有415片海域被鉴定为正经历着某种形式的富营养化，其中169片海域正处于缺氧状态，且仅有13片海域被认为是正在恢复中。切萨皮克湾的死区影响着包括黄花鱼、白鲈、斑点鲈、条纹鲈和大西洋牙鲆在内的许多鱼类的分布与丰度。这些鱼类都是当地海洋生态系统、商业与休闲渔业的重要组成部分。科学家发现，低溶解氧环境下，物种丰富度、物种多样性和捕获率都会急剧降低。这可能表明，当水体中的溶解氧含量低于4毫克/升时，鱼类就会因遭受生理应激而逃离这片水域。考虑到这个值比低氧含量标准值2毫克/升要大，科学家的这个发现是很有意义的。人们减少向切萨皮克湾中排放肥料、动物粪便与其他污染物的努力似乎有了成效。到夏季，深水航道中的死区面积已经开始在减小了。

营养物质过剩会损害盐沼吗？

滨海湿地支撑着渔业，同时保护海湾免受风暴的危害，也为野生动植物提供了栖息地。滨海湿地还能吸收流入海洋的地表径流中的营养物质，对附近的河口起保护作用。过去20余年以来，美国东海湾和其他发达海岸线的盐沼面积不断缩小且干旱现象日益严重，出现这种情况的原因人们尚不得而知。但一些小规模的实验表明，过剩的营养物质会导致植物根茎比的降低，使植物在地上的部分变多，植物物种组成发生改变，也会使这些植物更易被食草动物捕食。琳达·迪根(Linda Deegan)和一支科学家队伍一直致力于研究营养物质对整个潮沟的影响，研究的时间跨度超过了9年，他们在涨潮时给流入沼泽的水增加营养物质，这类似于构建营养物质丰富的河口湾，并与未加营养物质的潮沟进行了实验结果对比。与预期的结果一样，由于很容易获得营养物质，植物的根系变小了，并且土壤中更多的有机物被微生物降解了，因为过剩的营养物质使微生物降解有机物变得更容易了。但也出现了一些难以预料的结果，如若干年之后，营养物质含量高的河流河岸出现了裂缝，导致河岸水土流失。植物根系变小和有机物含量的骤然减少会降低河岸土壤的稳定性，容易造成水土流失，使盐沼变成泥滩，而泥滩不能像沼泽那样为许多生物提供栖息地。这些结果证明了长期实地研究的价值，并且表明盐沼在被破坏之前吸收营养物质的能力是有限的。

富营养化的现象有多严重？

近年来，随着人口的增加、城市化进程的加快与农业扩张，关于海洋、沿海水域缺氧及死区面积增大的报道也越来越多。世界资源研究所(World Resources Institute)认定全世界共有415片海域正在遭受富营养化的危害，并为这些海域绘制了地图，但尚缺乏足够的信息来确定许多海域的富营养化程度和营养物质的来源。关于缺氧海域的报道不断增多，也可能是因为科学家们更加关注这个问题了。随着20世纪70年代的环境立法力度加大，美国和欧洲的许多海域正在得到改善。

有害藻华是什么？

有些浮游植物，通常是甲藻类，会产生毒素，破坏生物的呼吸、神经和其他功能，甚至会导致鱼类、贝类、海鸟和海洋哺乳动物的死亡。有害藻华（harmful algal blooms，HAB，也称赤潮或褐潮）现象发生时，潮水会变成赤色或褐色，不过许多种类的有害藻类并不会改变水体的颜色。如果贝类和鱼类产业因此而关闭，有害藻华造成的经济影响会更加严重。全世界关于有害藻华的报道逐渐增多，有证据表明，这可能和氮元素的过度排放有关。世界各地均有例子表明，营养物质负荷的增加会导致具有毒性的有害藻华现象发生。有害藻华的发生频率在增加，而且人们还在有害藻华中发现一些新的可以产生毒素的物种。然而因为其发生的地理区域和时间不同，人们无法将有害藻华发生频率增加这一现象简单归咎于营养物质的过度排放。这种现象的出现也可能是由其他复杂的因素引起的，如对其监管、报道的增多和气候变化等。某个地区的有害藻华增多是由于营养物质的排放增多这一事实，并不能说明所有区域都是如此。有害藻华增多的可能原因还包括由洋流和风暴引起的物种自然扩散，以及人类活动(如航运、贝类易位和富营养化)引起的扩散。现在越来越多的科学家在研究有害藻华现象。全球有害藻华现象的增多也有可能是因为人们将那些有害物种原本一直存在但没有被人类活动刺激的海域纳入了考量。

哪些是有害藻类？

佛罗里达州的西南海岸在20世纪里周期性地发生了数次有害藻华现象，导致包括海龟、海牛、海豚和螃蟹在内的许多物种的死亡。一些虾类和鱼类的数量下降同样很显著，因此很多贝类养殖场不得不关闭。鱼类食用有毒藻类后被鸟类捕食，导致鸟类大量死亡。这些有害藻华现象是由微型甲藻(如短凯伦藻)引起的，它会产生一种强有力的毒素——短裸甲藻毒素。这种脂溶性毒素会使吸收它的动物麻痹，这不仅会毒杀鱼类，更会通过生物放大效应危害食物链上层的食肉动物，比如海豚。它还会引起游泳者的皮肤过敏并灼烧游泳者的眼睛；当风把含有短裸甲藻毒素的有毒气溶胶吹上岸时，即使不在水中，人们也可能咳嗽或打喷嚏。在墨西哥湾沿岸，短凯伦藻引起的有害藻华能直接影响人体健康。食用含有短裸甲藻毒素的贝类可能会引起神经性贝毒。除此之外，从沙滩和救助中心收集的死鱼和食鱼鸟类体中检测出的短裸甲藻毒素的含量，也证明短裸甲藻毒素会导致鸟类大量死亡。季节变化带来的风向变化会将密西西比河携带的营养物质转移到东海岸来，这更加剧了有害藻华现象。氮含量高的河水中的藻类会发生过度繁殖的现象，这些藻类会被风吹到佛罗里达州，聚集起来产生更严重的有害藻华现象。2013年的春天，有害藻华导致超过500头海牛死亡，这是有史以来由有害藻华引起的最严重的海牛死亡事件，除此之外有害藻华还造成了其他一些问题。科学家认为，出现这种情况的原因是海牛食用附有毒素的海草后，毒素对海牛产生了麻痹作用并最终导致海牛溺水而亡。宽吻海豚也是这种毒素的受害者。在1999年到2000年期间，这片海域中的152头宽吻海豚因为短凯伦藻过度繁殖而死亡，其中有约52%的海豚体内都可以检测到短裸甲藻毒素。人们还在海豚的胃中发现带有短裸甲藻毒素的鲱鱼。在2005年到2006年期间，短凯伦藻的过度繁殖导致约90头宽吻海豚死亡，其中约93%的宽吻海豚体内的短裸甲藻毒素检测结果呈阳性。

在新英格兰地区，亚历山大藻会产生一种石房蛤毒素，这种毒素会在食用浮游植物的蛤和蚌体内聚积。人类在食用这些贝类后，会因麻痹性贝毒(paralytic shellfish poison，PSP)而生重病。藻类产生的毒素可以通过海洋食物网转移，有时会对鱼类和海洋哺乳动物造成致命影响。

伪菱形藻属的硅藻能产生软骨藻酸，这种物质会导致记忆丧失性贝毒(amnesic shellfish poison，ASP)现象。加利福尼亚州蒙特雷湾经常会发生由伪菱形藻引起的有害藻华现象，并导致海狮死亡。在峡湾和海湾都发现了伪菱形藻与软骨藻酸，这证明它们在环境中分布极广。科学家为了探究这种毒素在海洋食物网中的迁移转化规律，检测了浮游动物、贝类、甲壳动物、棘皮动物、蠕虫、海洋哺乳动物、海鸟和沉积物中的软骨藻酸含量。

在20世纪90年代，北卡罗来纳州与切萨皮克湾的水域中出现了一种被称为“费氏藻”的甲藻，这是一种绰号叫“地狱细胞”的奇特生物，它使上述水域中的鱼类(大部分是鲱鱼)大量死亡，尸体溃烂。更让人恐惧的是，它还导致部分研究人员出现神经系统疾病症状。研究人员发现这种毒素会引起失忆、定向障碍和言语障碍等神经系统疾病。有位研究人员由于做实验之前没有做好防护措施而不得不入院接受治疗。沉积物中的费氏藻大部分时间看起来都像无害的微型囊肿，但它在某种条件下会转变成有毒的带鞭毛的营养细胞，向鱼移动，释放致命毒素将鱼杀死，之后转变成吞食死鱼的“大变形虫”，在进食结束后它们又会变成孢囊的状态并回到沉积物中去。这种生物还可以利用它吞食的藻类中的叶绿体进行光合作用。

在因污水和农业地表径流引起的富营养化的水体中，费氏藻是一类主要的问题，它多年来在科学界引起了相当大的关注与争议。有一部分的争议是因为人们现在还没有能力从藻细胞中分离出毒素。这种化学毒素很不稳定，而且在水中会很快消失，这就使人们很难从水中收集到这种毒素。此外，有的费氏藻菌株没有毒性，而有的菌株却有很高的毒性。有毒的费氏菌株不仅通过毒素杀死鱼类，而且通过物理攻击使鱼类死亡，因为它们以鱼类皮肤为食；有些菌株产生的毒素并不足以使鱼类死亡，但是它们可以通过物理攻击杀死鱼苗。美国最大的两个河口的大西洋鲱鱼在1991年到1998年这段时间内大量死亡，这被认为与费氏藻有关系。因为某些原因，可能现在大多数人们都已经忘记了这件事。

在20世纪80年代，美国长岛发生的一次由褐潮藻引起的褐潮，对当地的鳗鱼种群和皮科尼克河口的海湾扇贝产业造成了严重的影响，估计当时损失高达200万美元。多年来，这些生物种群一直没有恢复，尽管在此期间只偶尔出现过几次温和的褐潮。

有害藻华现象的发生有多频繁？

虽然我们可以从历史记载中了解到有害藻华现象一直存在，其发生的频率似乎也在不断增加，但现在针对这一现象的认知和研究水平也在不断提升。有毒藻类种类繁多，全世界有害藻华现象的发生也越来越频繁。不仅是已知藻类引起的有害藻华现象正在增多，未知藻类引发的有害藻华现象也在增多。过去20多年我们发现了许多有毒有害的藻类物种。据报道，麻痹性贝毒疫病已经由1970年的不足20起增加到2009年的100多起。这种明显的增长也可能得益于环境监测技术的发展。

人们正在努力提高检测能力，以实现对海洋的实时监控。科学家们研发出了一种被称为“短藻克星”的光学传感器，这可以用来对短凯伦藻进行监控，并将结果通过卫星信号传回岸上进行分析。此外，可以用环境样品处理器(environmental sample processor，ESP)来监测其他藻类，这是一种可以用来采集水样、提取藻类DNA序列并将结果传回岸上的实验装置。这项技术为我们提供了一个可检测引起有害藻华的藻类及其毒性的精确、快速、低成本的方法。

如何减少农田径流？

为了减少农业对海洋的污染，我们可以采取一些新型的可以减少径流的耕作方式，也可以通过建立沿河生态缓冲带来吸收径流。现在有许多农业技术可以用来减少农田径流量，政府也鼓励农民采用这些新型耕作技术。在农田中的沟渠上设立隔板可以有效防止流经农田的水流汇聚成溪。这种方法不仅减少了农田径流量，也使得农田中的氮元素更易被转化成氮气而逸散到大气中去。此外，减少肥料使用并循环使用畜禽粪便可以在源头上控制多余营养素的污染。同点源污染的控制不同，控制和减少农田径流的污染需要民众的自发参与。美国农业部的土地休耕保护计划资助并鼓励农民在农业生产过程中关注并参与减少径流和水土流失。在《清洁水法》的监管下，集中型动物饲养经营中饲养猪和鸡的大棚一直被认为是和工厂一样产生点源污染，但其实不是。为了控制农田径流中的营养物质含量，农民们必须实施营养物质控制计划，在保证农作物最佳产量的同时也要兼顾环境保护。这些计划确保农业生产过程中对农业作物的正确施肥时间与施肥量，以降低这些营养物质被农田径流带入水体中的可能性。农民们可以使用他们饲养的牲畜和家禽的粪便来代替肥料去给庄稼施肥。然而，这些施用在农田中的畜禽粪便量很有可能会超出农作物实际所需。为了避免过度施用农家肥，美国有些州已经开始实施营养物质转运计划，将多余的粪便转运到需要的农田中去。

有些团体正在着手寻找畜禽粪便的新用途，这些畜禽粪便可以用于能源生产或作为肥料出售。目前已经有一些有创意的方法得到了使用，比如通过厌氧消化槽将牛粪转化成甲烷并进一步转化成电力向农场供电，多余的电量还可以卖给能源公司用于向住户供电。这种方法不仅可以减少甲烷这种温室气体的排放(甲烷会导致全球变暖)，也可以在变废为宝的同时减少农业径流。

美国宾夕法尼亚州正在采取一种新的方法来减少农业径流。州政府让农民们申请污染积分，这些污染积分可以卖给开发商来让他们建立污水处理厂。另外，州政府要求农民们建造屏障以阻止农业径流流入切萨皮克湾，并通过金钱激励措施，鼓励他们全年种植作物防止水土流失。州政府使用一个结合了改进程度和农场与海湾的距离的方程来评估污染治理的程度。

为了改善切萨皮克湾的水质，并提高其中的海草种群数量和水体中氧含量，多年来人们已经投入了大量的人力和物力，但结果却令人失望。每年都有很多游客来到切萨皮克湾游玩，他们赤脚走进海水中，看看在多深的海水中依然可以俯身看见双脚——可以看见双脚的海水深度越深，海水就越清澈。不幸的是，由于大量游客的到来，多年的努力并未使情况有太大改善。要想取得显著进展，需要农民的合作、大量的资金援助和污水处理厂的升级改造。受影响的河口数百千米以外的其他州的土地利用方式也需要做出改变。一些个体农民正在做出改变以减少污染，同时这也可能会提高他们农田的表层土质量和可持续性。不过，还是有些令我们欣慰的消息传来：自2006年以来，切萨皮克湾地区覆盖作物的农田面积已经从12%增长到了52%。农民们采用了多种环境保护措施，比如免耕技术，它可以使营养物质和沉积物留在农田而不是流到附近的水体中去。流域中97%的农田都采用了某种形式的侵蚀控制措施来应对水土流失问题。

我们尚不清楚需减少多少污染排放量才会使水质恢复正常，也不清楚减少污染排放的做法要持续多长时间才会见效。过去20多年来，许多志愿者们自发地参与控制非点源污染现象，他们的行为受到社会的鼓励。但仅靠他们还远远不能应对这一复杂的问题。

对于一些已经受到污染的水体，美国环境保护署已经为减少污染做出了规划。他们为这些水体设置了日最大负荷量，要求各州减少水体中营养物质的排放，并通过数值模型计算需要减少的量。州政府和地方政府在应对富营养化问题上还需要许多帮助，联邦政府正在为州政府和地方政府提供信息和技术协助。为了切实减少沿海地区的污染并确保其他完好地区不受影响，人们需要制订一个系统的、全国范围内的计划。

如何减少城市和郊区的雨水径流？

《清洁水法》要求城市必须要有相应的措施来应对雨水的问题。雨水径流是城市地区的首要问题，因为这些地区的水体已不再适合钓鱼和游泳(美国《清洁水法》的目标之一是水质实现“可钓鱼”和“可游泳”)。在沿海的低海拔城市和地区，往往有大片的不渗水地层，雨水很难渗入地下。雨水径流在这些地区不仅会增加水体中的营养物质，同时还会引起洪涝灾害。为了应对城市地区的这一问题，人们可以通过减少不渗水地层的面积，在街道上的垃圾进入水体之前将它们清除干净，以及将污水处理厂升级改造。例如，纽约市已经开始研究分区法，以支持在新建的停车场设立可以吸收雨水的风景区，为建造了吸水植被绿色屋顶的住户给予税收抵免，以及开始进行环境友好的基础设施项目建设工程。再如，费城正在建设雨水花园和人行道，这些建筑会采用多空地砖，并种植数千株树木。在很多地方，设置蓄雨池和雨水花园已经成了学校团体和其他许多社区的教育项目主题。这些项目为业主提供安装和维护方面的信息，其中包括业主如何在社区里安装一个雨水花园的实践培训。这些都是解决问题的好方法，但除非让开发商在建设时就考虑到减小建筑的雨水径流，否则流到污水管道中的雨水量还是会增加的。

人们应如何应对合流制排水系统的溢流？

有些城市会建造蓄水池来存储污水，直到水量恢复到暴雨之前的水平。有些城市则加大了污水处理设施的最大处理量。有些别的城市则采用绿色基础设施，如绿色屋顶、多孔地砖和生态湿地，或是覆有植被以便过滤污染物的沟渠，这些都可以在大雨过后加大排水量，加快排水速度并减少有害性。充气水闸是一项新的技术，近年相关部门在布鲁克林区安置了两处充气水闸。这些巨大的圆柱形橡胶结构被安置在排水管中，下大雨时它们会充气以阻碍雨水和污水的流动。这种装置将排污管道变成了污水储存装置。然而当水量过高时，污水就有可能回流到住宅区和街道中。这时候，装置中的传感器就派上用场了，发生这种情况时传感器会使充气水闸放气，使污水流入污水处理厂。每处水闸可储存约200万加仑污水。预计这些充气水闸每年可以防止1亿加仑的未处理污水流入海港中。

什么技术可以减少水体富营养化的危害？

为减少水体富营养化，船只可以将船上的垃圾带回码头，而不是倾倒进水中。利用生物技术，人们可以实现在氮元素一接触水体时便将其清除，如通过在海面上种植海草以吸收多余营养物质；另外，养殖牡蛎、螃蟹和其他双壳类动物可以消耗掉大量的浮游植物，在减轻富营养化的同时，为人类提供大量的食物资源。牡蛎对于净化水体有很好的作用，它们在进食时会帮助水体过滤掉一些营养物质。一只成年牡蛎可以在1个小时内过滤和消耗掉1.5加仑海水中的营养物质。在过去的一个世纪里，由于过度捕捞、污染和疾病，北美洲东海岸的牡蛎数量大幅度减少。据估计，100年以前切萨皮克湾的海水是清澈的，那时海湾中的牡蛎用3周就可以过滤掉海湾中的污染物质，而现在同样数量的牡蛎却需要整整3年时间才能达到相同的效果。为了增加牡蛎的数量，种植牡蛎礁这种生态修复做法被广泛使用。牡蛎礁可以吸收大量氮元素，并通过微生物的反硝化作用将这些氮元素转化成氮气逸散到大气中去。科学家们发现，在切萨皮克湾1英亩的牡蛎礁在1年中可以去除543磅的氮，这个数量比无牡蛎潮间带底泥中的氮含量还多约25%。牡蛎礁不仅可以减轻水体富营养化，同时也为其他生物提供栖息地(在切萨皮克湾的一处牡蛎礁上，1平方米的牡蛎礁上就有2.4万个生物体)。虾、蓝蟹、虾虎鱼、鲶鱼和其他动物都生活在牡蛎礁上。牡蛎礁还可以减轻潮水和风暴潮对沿海地区的影响，对渔业也有很大帮助。一些经济鱼类在牡蛎礁周围的数量很多。

沿海湿地也会吸收大量地表径流带来的营养物质，因此很多重建盐沼的工程都在启动中。但根据迪根的研究，过量的营养物质也可能摧毁盐沼。盐沼也可以保护沿海地区免受风暴潮的影响，并为许多海洋生物和像滨鸟这样的陆生动物提供栖息地和食物。

未来的水体富营养化情况会怎样？

尽管减少向海洋中排放营养物质可使沿海生态系统逐渐恢复，但这是一个极其缓慢的过程。如今，水体缺氧是人类造成的危害较大的海洋环境问题之一。虽然欧洲已经有了相关法规，但除了丹麦水域之外，其他地方的水域环境并没有得到很大的改善。富营养化现象得到改善很大程度上是因为对点源污染而不是非点源污染的控制。因为相对点源污染来说，非点源污染更加难以控制。在控制非点源污染方面，我们也取得了一些小小的进步。自20世纪70年代以来，全球河流中的营养物质含量正在逐年上升，其中南亚地区贡献了至少一半的量。在各种各样有关未来的预测中，营养物质的排放情况会在接下来的30年内发生巨大的改变。在可见的将来，富营养化依然有可能继续危害淡水环境和沿海生态系统。

3  海洋垃圾

为什么海洋垃圾的量如此之大？

海洋垃圾指的是在人类生产、生活过程中被遗弃到海洋环境中的所有固体废弃物，包括海洋中漂浮的烟头、钓鱼线、纸尿裤、瓶子、罐子、注射器和轮胎等。海洋垃圾问题非常普遍，由于大部分海洋垃圾都是塑料类制品，日益增长的塑料使用量更是加重了这种污染。据联合国统计，每年都会有约650万吨的垃圾被倾倒入海洋中，算下来平均每天约有1.7万吨。此外，每年都会有超过4.5万亿个烟头被扔进海洋，这不仅会造成海洋环境观感上的破坏，而且烟头中所含有的有毒有害物质（如烟碱，又称尼古丁）也会对海洋生物构成威胁。塑料垃圾在海洋中是十分常见的，以至于即使在非常偏远的海滩，人们也会见到潮水将塑料垃圾冲到岸上的景象。考虑到它们的质量和大小，这些可以见到的塑料只是海洋垃圾的冰山一角，因为大部分垃圾都沉到了海底。

海洋垃圾从哪里来？

约有80%的海洋垃圾是陆源性的，它们被倾倒入海洋或随着地表径流和雨水进入海洋中。污水管溢流、垃圾填埋场或街道上的垃圾都有可能是这些陆源性海洋垃圾的来源。对固体废物的监管不力也是造成海洋垃圾问题的原因之一。非陆源性海洋垃圾的来源包括船舶、游艇、海上钻井平台以及钓鱼码头。船上和海洋平台上的物体可能会被倾倒、扫入或被风吹进海洋里造成污染，向河流和小溪中倾倒垃圾或制造和运输过程中的材料泄漏也会造成海洋污染。商业捕捞是海洋垃圾中的渔网和绳子的主要来源。被遗弃在港口和航道中的旧船为其他船只的航行埋下了很大的安全隐患。大部分被遗弃的船只会直接沉入水下，也有部分会沉入潮间带或搁浅在海岸线上。2011年，日本发生的地震和海啸将房屋、码头、车辆连同它们所包含的其他物品都卷入太平洋中，产生了大量的海洋垃圾。

海洋垃圾的主要成分是什么？

近年来，无论是在数量上还是种类上，海洋中的塑料垃圾都在显著增加，如图3.1所示。这些塑料垃圾既包括生活垃圾(如购物袋、杯子、瓶子、瓶盖、食品包装袋、气球等)，也包括工业废物和丢失或废弃的渔具。大部分的海洋垃圾都是日常生活中常见的物品。废弃的渔具包括渔网、钓鱼线、蟹锅、虾盆和其他在海洋中丢失或丢弃的娱乐或商业性渔具。现在的渔具都是由合成材料和金属制成的，因此，废弃的渔具会在环境中存留很长时间，如单丝线可在环境中存在数百年之久。玻璃、金属和橡胶被广泛应用于产品制造业。虽然由这些原材料加工得到的产品可以被降解成非常小的碎片，但是它们通常都难以被生物完全降解。我们现在所使用的大多数产品都有塑料包装，这些塑料在环境中可以存在长达几个世纪的时间。塑料的稳定性和难降解性使其成了一个棘手的环境问题。约30年以前，产品都是用比如玻璃和纸这样的可重复使用或回收的材料来包装的；而在今天，我们在产品的使用寿命到期后都会将其丢弃，它们可能会被填埋，也可能会被丢弃在海滩上，这些废弃产品一旦进入海洋中就成了海洋垃圾。

图3.1  海滩上的海洋垃圾

来源：美国国家海洋大气局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）。

除了这些在海滩上肉眼可见的垃圾之外，某些微型塑料垃圾也是不可忽视的。其来源包括大块塑料的降解物和洗涤化纤织物的残留物等，它们会在海洋环境中积累并进入食物链中。研究者们对这些微型塑料追根溯源，发现合成衣物一经洗涤就会释放出成百上千的微小纤维。海岸线上有很多被遗弃的微型塑料，靠近城市地区的海岸线情况更严重。这些微型塑料由聚酯、丙烯酸酯和聚酰胺(俗称“尼龙”)组成。海洋垃圾也会在深海中积累，这对我们人类来说虽然并不是一件碍眼的事，但对深海动物来说就是一个大问题了。

海洋中的塑料会发生什么？它们能降解吗？

塑料的降解速度极其缓慢且易浮在水面上，可以随洋流漂流上千千米。大多数塑料在紫外光的照射下，都会变得易碎且易降解成极其小的碎片，形成微型塑料。世界上大部分的海滩都可以发现这些塑料碎片和塑料颗粒。没有人知道这些塑料碎片到底有多小，因为当这些碎片可以轻易通过专门用来收集它们的网时，它们的大小就非常难以测量。它们对海洋环境和食物网的影响也很难被探究清楚。这些微小的颗粒会被多种海洋动物吞食从而进入海洋食物链中。由于密度低，塑料垃圾可以随着洋流漂移很远的距离并聚集在海洋环流中。塑料还会在海洋中存留多久尚不可知。目前的研究表明，人们生活中常用的塑料在海洋中都不可能被完全降解。因为大部分塑料都是极小的碎片，所以并无切实可行的清理方法。要收集相对少量的塑料，必须过滤大量的海水。

怎样测定海洋垃圾的数量？

关于测量海洋中塑料垃圾的数量，一种常用的方法就是用船只在海洋表面拖曳细孔网来收集漂浮的塑料垃圾。这些细孔网会将浮游生物、塑料和其他海洋垃圾一起收集起来，这些收集上来的东西都会被分类以挑选、计数，并留下其中的塑料垃圾。然而，还是有大量的垃圾悬浮在海面以下，这就使得在海面拖网的收集方法行不通了。

到底有多少海洋垃圾？

尽管每年的清理工作都会从海滩上清理出数百吨的垃圾，但世界上大多数海滩都没有被清理干净，其中大多数都是塑料垃圾。我们不清楚在海滩上没有被清理的垃圾还有多少，因为对这些垃圾并没有受到很严密的监管，并且有大量的小型垃圾是同沙子混合在一起或混在水柱中的。海洋保护协会(Ocean Conservancy)是来自华盛顿哥伦比亚特区的负责组织清理污染的环境保护组织，其在组织了2012年国际净滩行动之后发布了收集的垃圾清单。来自全球的志愿者们在这次活动中收集了超过1000万磅的垃圾，其中有76.9万磅的垃圾来自加利福尼亚州。在这次清理活动中发现的数量最多的前十种垃圾分别是：①香烟及其过滤嘴，2117931个；②食物包装袋或容器，1140222件；③塑料饮料瓶，1065171个；④塑料袋，1019902个；⑤瓶盖和易拉罐盖，958893个；⑥杯子、碟子、刀叉、勺子，692767件；⑦吸管和搅拌棒，611048支；⑧玻璃饮料瓶，521730个；⑨饮料罐，339875个；⑩纸袋，298332个。当然，如果以质量和体积来计算的话，香烟所占的比例会小很多。

开曼群岛的海洋生物和海滩每年都会吸引大量游客。从远处看，开曼群岛的这些海滩貌似很干净；然而在国际净滩行动中，志愿者仅用了1.5个小时就在6英里的海岸线上清理出了重达1500磅的垃圾，足足塞满了98个垃圾袋。不出所料，这些垃圾中大部分是塑料，其中瓶子和容器的数量超过垃圾总量的50%。联合国环境规划署(United Nations Environment Programme，UNEP)在2005年到2007年间对12片海域的污染情况做过调查研究，结果显示，太平洋东南部、太平洋北部、东亚海域和加勒比海海岸的污染情况最为严重，里海、地中海和红海的污染最少。研究表明，从1986年到2008年，波罗的海、大西洋东北海域、美国海岸线和北大西洋亚热带洋流的污染情况并没有明显改善，尤其是美国附近的海域，其垃圾数量在1997年到2007年期间不降反升。

由于较重的海洋垃圾都沉入水下，大量的轻质垃圾也被洋流冲入海面下，因此这种通过调查漂浮垃圾来估算海洋垃圾的方法是不准确的。海洋垃圾总量的实际值肯定要比通过这种方法得来的预估值要大得多。另外，风也会将轻质的海洋垃圾吹入海面以下，这些实际情况使得研究者大大低估了海洋垃圾的总量。

为什么垃圾会在海洋中间大片聚集？

不沿着海岸线积聚的海洋垃圾会被风吹走或随着洋流漂流，最终往往会来到洋流最弱的中心（环形洋流模式）。在海水不停运动的过程中，海水、海洋生物和海洋垃圾会随洋流漂流到全球的海域中。在海洋中漂浮的物体一旦遇上洋流，就会在风力的驱动下随表层洋流渐渐移动到洋流的中心。这些海洋垃圾一旦到达洋流的中心，就很难从那里离开了。来自美国旧金山的漂浮物只需要6个月就可以到达北太平洋的洋流中。2006年至2007年期间，在俄勒冈州丢失的捕蟹笼标签和浮标4年后却在夏威夷群岛西北部被发现。太平洋垃圾带占据了北太平洋中一块巨大的海域。据估计，这块垃圾带的面积有两个得克萨斯州那么大，里面有300万吨塑料，其中大部分是微型塑料垃圾。这块区域里的垃圾来源横跨整个北太平洋，从北美海岸到日本的垃圾都聚集在这片垃圾带中。“北太平洋”这个名字会让人们以为这块海域并不是被垃圾覆盖的，人们从卫星和航拍照片上也看不出来太平洋上有由漂浮垃圾形成的巨型垃圾岛。然而实际上，太平洋上有超过5000平方千米的海域上漂浮着数百万微小的塑料颗粒。过去40余年里，海洋中的塑料垃圾数量正在不断上升，现在海洋中塑料垃圾的总量已经超过了浮游动物的量，达到了36∶1的比率。环形洋流经过的岛屿，其海岸线经常被冲上岸的垃圾覆盖。中途岛和夏威夷岛就是典型的例子。在这两处岛屿附近的海域，人们在捕捞浮游生物的时候，会发现捕捞上来的塑料碎片的数量要比浮游生物更多。已知的第二大的海洋垃圾带是北大西洋垃圾带，估计横跨数百千米。南半球也有一些小一点的海洋垃圾带。

海洋垃圾还会积聚在何处？

不仅仅是海面上，海洋中的任何地方都有可能出现海洋垃圾。不是所有的海洋垃圾都是漂浮的，有些质量较重的会沉到看不见的地方。蒙特雷湾水族馆研究所(Monterey Bay Aquarium Research Institute)的科学家们通过一段视频发现，蒙特雷海底峡谷里存在着超过1150块海洋垃圾，这段视频是由遥控潜水器拍摄的，时长超过1.8万个小时。这些垃圾中有1/3是塑料制品，其中超过一半是塑料袋。金属是除塑料之外数量最多的，其中2/3是铝制或钢制的罐子。其他常见的垃圾包括绳子、渔具、纸、玻璃瓶和衣物。垃圾都集中在陡峭的岩石坡上。令人惊讶的是，即便是海底峡谷中较深的区域，如水下2000米，这种污染情况仍很常见。在垃圾积聚的区域，同样也有很多木头和其他来自陆地的自然垃圾，这使得研究者们得出海洋垃圾大多来自陆地而不是船舶的结论。由于以前我们缺乏监测深海的技术，那时的研究结果都大大低估了深层海洋中的垃圾数量。还有研究发现，海面以下1100米到5000米的沉积物中依然含有微型塑料。

南极洲南部的海域一直被认为是从未受过污染的，但研究者们在那里取样发现，其中也存在着大量塑料污染的情况。与此类似，北极深海的海底也覆满垃圾。原本用来调查海洋生物多样性的水下照片证明了这些不断增多的垃圾的存在。北极的垃圾主要是塑料，它在2002年的时候从拍到的1%的海域照片中可以被看到，而到了2011年这一数字就变成了2%。虽然2%看起来并不多，但考虑到这是在最偏远和最干净的北极海域中检测到的，情况就不那么乐观了。

海洋垃圾确实大煞风景，它们会对海洋生物构成危害吗？

海洋垃圾给海洋带来的影响首先是物理层面上的，而不是化学层面上的。海洋垃圾会随水流进入盐沼和红树林，慢慢地，这些沿海湿地中也会充满垃圾，这些海洋垃圾会危害湿地中的植物，而这些植物是沿海湿地食物网的基础。沿海湿地环境的损伤程度和自我恢复状况取决于这些垃圾的种类和数量。海洋垃圾对动物的影响表现在其会被动物吞食，或是将动物困住。据估计，每年有大约10万只海洋哺乳动物因海洋垃圾而死，其中不乏一些濒危物种。海洋动物被类似渔线和六包环（放6个易拉罐的环状物）这样的海洋垃圾困住时会发生严重的状况，如鸟类的脚上缠上渔线后，它们的脚会受伤或直接断掉。人们已在濒临灭绝的夏威夷僧海豹的栖息地发现了大量的塑料垃圾，即便是为这些濒危物种设立的育苗区也有。北海狮也是一种濒临灭绝的海洋动物，它们也常常会因被塑料垃圾(最常见的包装袋)缠绕而受伤或死亡。对于海龟来说，幼龟从沙滩爬向海中是它们生命周期中一个极为重要的过程。但如果在这一过程中，它们被渔网缠住或是被类似塑料杯和开口罐这样的容器困住的话，这些垃圾就成了它们成长过程的主要障碍。海洋垃圾会对动物筑巢产生严重的影响，这也解释了为什么近年来一些海滩上龟巢数量会减少。包括北鲣鸟在内的许多海鸟将塑料作为一种筑巢材料。研究发现，北鲣鸟的巢每个平均含有470克的塑料，折算下来一个北鲣鸟群落里约有18.46吨塑料。北鲣鸟使用的塑料大部分是人造纤维绳。在一个研究地点，每年大概有63只鸟会被垃圾缠住，8年以来总共约有525只鸟被缠住，而它们大多数是雏鸟。

许多海洋动物会因为漂浮物看起来像猎物而将其误食。譬如，海龟就可能将塑料袋或皮球当成它们喜爱的水母误食。一项关于澳大利亚搁浅海龟的研究发现，较大的海龟喜爱柔软、透明的塑料，这就印证了它们会将类似水母的垃圾误食的观点。尽管小一点的海龟喜欢像气球这样的橡胶类物质，但它们在进食上的选择性更小。大西洋西部的幼年海龟会有一个阶段被称为“迷失之年”，在这个阶段它们会生活在漂浮的海藻——马尾藻中。人们发现从马尾藻中捕捞的幼年海龟吞食了随海藻漂浮的一些塑料碎片。它们饮食样本中的塑料平均含量达到了13%，这意味着这些海龟进食时会有吃下大量塑料的风险。一项关于北大西洋环流区域中的鱼类的研究发现，有7种鱼类摄取了过量海洋垃圾。其中一种月鱼属的小眼鱼类的食物中有约58%的垃圾。在所有的采样个体中，其食物中平均垃圾含量约为19%，这些垃圾大部分是塑料或渔线。令人惊讶的是，消化最多塑料的海洋生物并不是那些生活在离海面较近区域的生物，而是生活在中等海域深度的生物，这些海洋生物由于生活的位置使其不太可能接触到海面漂浮的垃圾。这表明，海面以下的垃圾数量远远超过了我们的想象。

然而，要证明某只动物死亡是因为误食了垃圾是很难的。2008年，两头抹香鲸搁浅在加利福尼亚州的海滩上，它们的胃中有大量的渔网、绳子和其他塑料垃圾碎片。塑料垃圾堵在消化道中阻碍动物进食，这很可能导致动物饿死。2012年一头抹香鲸搁浅在西班牙海岸，其食道被大量的垃圾堵住了，其中包括36平方码的塑料帆布、十几米长的塑料绳和温室大棚所使用的塑料薄膜，甚至还有两个花盆。这只鲸鱼由于肠道全被塑料垃圾堵塞而显得十分瘦弱。2013年5月，哈得孙河里的一只10英尺长、600磅重的灰海豚由于肚子里塞了4个塑料袋而饿死。其中最大的塑料袋也只有4英尺×2英尺的大小，而且还是呈直径只有8英寸的球体状态。

海鸟也会误食海洋垃圾。海洋垃圾卡在海鸟的喉咙或消化道时，可能会使鸟类窒息或饿死。在死亡的海鸟、海龟和其他海洋动物的尸体中常常可以见到被这些动物误食的海洋垃圾，然而这并不能证明是这些垃圾导致了这些动物的死亡(见图3.2)。2009年至2010年期间，科学家们研究了67只来自太平洋东北部海岸的暴雪鹱胃中的东西，发现其中约92.5%的鸟胃中平均有36.8片或0.385克塑料。与早前的研究对比，人们可以发现，近40年来鸟类误食塑料事件发生的频率正在不断上升。一些新技术已经被开发出来，用以研究活体鸟类消化系统中垃圾的量，如用吐根给鸟类催吐是一个不错的方法。对纽芬兰暴风海燕的调查研究发现，大约一半的调查个体误食了塑料。许多成年海鸟会将塑料垃圾喂给它们的后代，所以小鸟体内的塑料含量可能比它们的父母体内的含量高。

图3.2  误食塑料的鸟类尸体

来源：美国国家海洋大气局。

微型垃圾颗粒漂浮在海面上，与浮游动物十分相似，使得这些垃圾很有可能被滤食动物误食而进入海洋食物链。据调查，北太平洋环流附近大约有35%的滤食鱼类的消化系统中含有塑料，平均每条鱼体内就有2.1片塑料。有关巴西河口的鲶鱼的研究发现，它们的肚子里也有塑料垃圾，有一种鲶鱼中18%的个体都含有塑料，而其他品种的鲶鱼中则有约33%的个体体内含有塑料。海洋动物所有的生命阶段(幼年期、亚成体、成年期)都会受到这些垃圾的影响。钓鱼过程中产生的尼龙碎片是造成这些问题的重要原因之一。挪威龙虾中的塑料污染现象也是很严重的，研究发现，有83%的取样龙虾的胃中有塑料垃圾，这些塑料垃圾通常是一些细线。此外，其中62%的龙虾胃中可以找到由塑料线紧紧缠结形成的球。而龙虾胃中的一些微丝可能是来自钓鱼过程中产生的垃圾污染。

雪上加霜的是，一些塑料垃圾表面还有诸如滴滴涕和多氯联苯这样的化学污染物。这会使塑料垃圾的表面具有毒性。这些有毒化学物质也很容易进入食物网中，并在误食这些塑料的海鸟和其他海洋动物体内积聚。有人对北太平洋环流中的塑料垃圾做过检测，并对其中的多氯联苯、类似滴滴涕的有机氯农药和多环芳烃进行了分析。结果显示，超过50%的塑料中含有多氯联苯，40%含有农药，而几乎80%的塑料中都含有多环芳烃。这些污染物的含量从十亿分之几到数百万分之几不等。在这些塑料中发现的多氯联苯和多环芳烃的种类和在沉积物中发现的结果类似。除了表面上含有这些有害物质之外，海洋中的塑料垃圾中往往还有很多添加剂，比如增塑剂、抗氧化剂、防静电剂和阻燃剂。有些添加剂(如壬基酚、双酚A)会引起机体内分泌紊乱，它们会干扰激素正常分泌。这会导致机体的神经系统发育受损、行为异常、畸形，以及性发育和繁殖能力异常。

动物误食塑料是海洋中这些污染物进入海洋食物网的途径之一，这些污染物要么是塑料本身自带的，要么是从海水中富集到塑料上的。当海洋中的塑料由大块变成小块时，它们所带来的危害会更大，因为这时塑料的表面面积会增大，这会使它们更容易吸附海洋中的有毒有害物质，而且垃圾颗粒越小就越容易被海洋动物误食，也越容易将污染物带到海洋食物网底端的生物体中。马克·布朗(Mark Browne)和他的同事们研究了动物误食微型塑料后进入动物组织体内的化学污染物和添加剂的有毒剂量。他们将一种海蚯蚓(如沙蠋)放在混有5%微型塑料的沙子中，这些塑料中含有一些常见的化学污染物(如壬基酚、菲)和添加剂(如二氯苯氧氯酚、四溴二苯醚)。结果表明，这些微型塑料中所含的污染物和添加剂均存在于蠕虫组织中，其浓度可导致有害影响。斯特凡妮·赖特(Stephanie Wright)及其同事进行的后续实验发现，沙子中的微型塑料含量越高，海蚯蚓就会摄食越少并降低能量消耗。海蚯蚓是一种常见的底栖洞穴动物，在有些沿岸海域，海蚯蚓占了所有底栖生物数量的1/3。它们在沉积物中翻腾，类似于土地中的蚯蚓。因为海蚯蚓经常被鱼和鸟类食用，所以会被渔夫当成饵料。

我们已知全世界范围内已有超过250种物种被海洋垃圾缠住或误食海洋垃圾。据估计，每年约有10万只海洋哺乳动物和海龟被垃圾杀死。当垃圾覆盖珊瑚礁、沼泽或海草床时，它们就会使这些海洋生物栖息地遭受破坏。当塑料碎片沉到海底时，这会使一些不能移动的海底植物和动物窒息，也可能将珊瑚覆盖环绕。

海洋垃圾对某些物质来说可能是有益的。对一种被称为“海黾”的海洋昆虫来说，漂浮的海洋垃圾可以为它们提供栖息地。这些生活在海面上的海黾会在漂浮的海洋垃圾上产卵。它们将海洋中的塑料垃圾作为安置卵的新地点，这使得北太平洋亚热带环流中的海黾卵的密度大大增加。小块塑料同时也为众多微生物群落提供了栖息地，这些微生物群落会在塑料表面长成一个个肉眼可见的斑点，这也可以算是人类为微生物界创造的一个新的“环境”——“塑料星球”。

废弃渔具会引发什么问题？

遗失的渔网(由不可降解的塑料制造)和渔笼可能会沉到海底并依然在接下来的数年中捕捉鱼类，这种现象被称为“幽灵捕捞”。废弃渔具会捕捉一些具有生态意义和经济意义的生物，包括若干保护物种和濒危物种。据估计，仅阿拉斯加的蟹养殖业每年就会遗弃大约5000个捕蟹笼。另外，被遗弃或丢失的渔具会成为航行的阻碍并对经济造成重大影响。在一项针对华盛顿州皮吉特湾中遗失的刺网的研究中，科学家们统计了依然可捕捉螃蟹的遗失刺网的日捕获率，并研发了一个数学模型，用来预测这些刺网可能杀死的螃蟹数量。他们计算出一张遗失的刺网可以困住4000只珍宝蟹，这会对整个渔业造成约1.9万美元的损失，而清除这张网的成本只需约1358美元。科学家们在切萨皮克湾发现了近3.2万只废弃的蓝蟹捕蟹笼，发现上面有超过3.1万个生物，40个不同的物种，其中最多的就是蓝蟹。据估计，每年约有90万只蓝蟹会被这些废弃的捕蟹笼杀死，给整个渔业造成每年约30万美元的潜在损失。

夏威夷僧海豹是一种濒危物种，现在恢复其种群数量的极大阻碍就是很多海洋垃圾会将其缠住。单丝线是渔线轮上单股、高密度的尼龙线。废弃在水中的单丝线对船只引擎和水生动物都会构成威胁。海洋动物可能看不见单丝线，这就使得它们很容易因为这些单丝线而被缠住、饿死、下沉或失去身体的一部分。在地中海地区，非法的流刺网捕鱼作业是对海洋哺乳动物、爬行动物和鱼类的主要危害。联合国早在20多年前就已经禁止了流刺网的使用，欧盟近年也开始禁止。但据估计，地中海海域目前仍有约500条来自摩洛哥、法国、意大利、土耳其、阿尔及利亚和突尼斯的渔船在使用流刺网，这些流刺网往往会意外杀死鲸鱼、海豚、鲨鱼和海龟。

全世界7种濒危海龟中有6种的主要栖息地都位于澳大利亚。最近在对澳大利亚的一处海滩清除“幽灵渔网”的过程中发现，被困在这些废弃渔网中的动物有80％是海龟，这些海龟的品种包括太平洋丽龟、玳瑁、绿海龟和平背龟这些濒危物种。被“幽灵渔网”困住是澳大利亚海龟最常见的死亡原因之一。为了应对这种情况，科学家们将卡奔塔利亚湾清理活动中找到的“幽灵渔网”数量的数据用于一个洋流模型，模拟出了这些渔网从海洋中漂浮到海滩上的路径。科学家们又将这个模型与卡奔塔利亚湾中的海龟的生活习性数据结合起来，预测出海龟会被这些渔网缠住的地点，以尽可能在渔网漂流到这些地点之前将其拦截。

海洋中最大的垃圾是什么？

2011年3月，日本发生的地震和海啸将许多建筑物和其他陆基建筑以及码头的残余物都送入了海洋，它们连同整艘被掀翻的船只一起漂浮在海面。据日本政府统计，这些地震和海啸总共产生了近500万吨的海洋垃圾。这些垃圾中约有150万吨会漂流到太平洋的东北海岸上，比如美国和加拿大的西海岸。这些大型的漂浮垃圾会积聚在夏威夷、俄勒冈州、华盛顿哥伦比亚特区和阿拉斯加州的海岸上，还有可能积聚在太平洋环流中，对人类和环境产生潜在危害。海洋学研究和建模发现，这些漂浮垃圾中约有75%不会漂到海岸，剩余的漂浮垃圾数年之后有可能会漂到阿拉斯加州的海岸。据估计，每年都会有不超过13.8万吨垃圾漂到俄勒冈州、华盛顿哥伦比亚特区的海岸上，通常这个数量更接近1.1万吨。如果沿海岸线将这些垃圾铺开，那么平均1英里海岸线就有0.5～6.7吨的垃圾。然而，每个海滩由于当地海洋环境的不同，积聚的垃圾量也可能大不相同。日本政府已经向美国提供了500万美元资金，用于美国帮助其清理海啸带来的海洋垃圾。

由于许多附着型生物都附着在坚硬的物体表面上，因此海洋垃圾碎片可以将很多生物带到新的地方，比如西北太平洋群岛和美国西海岸。西北太平洋群岛有世界上最好的珊瑚礁。这种情况将在第10章进一步讨论，第10章主要涉及入侵物种相关方面的知识。

海洋垃圾会危害人类健康吗？

当碎玻璃、易拉罐和类似注射器那样的医疗废物出现在休闲海滩时，这些海洋垃圾就会危害人类健康。游泳者和潜水员可能会被废弃的渔网和渔线缠住。随污水进入海洋的垃圾（如卫生棉条）所造成的危害也可能比污水中病菌的危害更大。此外，由于海洋中吸收了有毒物质的微型垃圾进入海洋食物网，所以人类在食用海鲜之后有可能会在体内积累这些有毒有害物质，从而影响人类健康。当海滩上的垃圾大煞风景导致游客不愿再来游玩时，当地的沿海经济也会受到影响。

人类能对这种情况做什么？清理垃圾能起作用吗？

全世界都在努力监测和探索清除海洋垃圾的好方法，并试图通过控制垃圾来源来防止进一步的污染。如果人们能发现污染源并对其实施有效管控，那么海洋污染的问题是可以解决的。在一年一度的由海洋保护协会资助的国际净滩行动中，来自全世界127个国家的数百万名志愿者清理海滩并记录相关数据。净滩行动的参与者们将收集到的垃圾种类统计起来并找出它们产生的渠道。这创造了一个全世界范围内的庞大数据库，同时也清理出了更干净的海滩。每年9月，志愿者们都会清理将近288000千米长的海滩上的垃圾，这些垃圾中约60%是渔线、网具、沙滩玩具和食品包装袋，约29%是烟头和过滤嘴。每1千米海岸线就有4～48000件海洋垃圾。2009年1月，笔者曾参加过一次在加利福尼亚州南部的无烟净滩行动。那次活动清理出的垃圾中的塑料比其他垃圾的数量都要多得多，尤其是泡沫塑料(泡沫聚苯乙烯)，而烟头在那个海滩极其罕见。

一个名为“罗扎利娅工程”(Rozalia Project)的非营利组织开发出了一款水下垃圾机器人，这个机器人使用声呐技术来探测垃圾，并在垃圾污染海滩之前就将其收集起来。2011年，这个机器人在波士顿港的海底用声呐找到了海底下的轮胎、大金属块、成堆的啤酒罐和塑料瓶，它就像个螃蟹一样在海底行走。它在一个码头找到并清理出了约880件海洋垃圾。虽然垃圾机器人的费用非常昂贵，但许多公司都会提供赞助支持。

“渔业垃圾发电”是一项旨在为商业渔民提供免费处理废弃渔具方案的合作计划。这项计划为这些渔民提供一个方便的地点——繁忙渔港旁边的渔具处理箱——来倾倒废弃渔具，这样做既节省了陆地填埋废弃渔具的成本，又杜绝了填埋带来的影响，同时降低了废弃渔具成为海洋垃圾的可能性。另一个例子就是多地区协作来清理废弃捕蟹笼，以防止这些不再被需要的捕蟹笼会阻碍船只航行或杀死鱼类。美国有些州启动了单丝线回收项目，在这些州，单丝线会被收集起来并送去工厂，它们会被熔融再生成新的塑料渔具，比如钓具箱或是转轴线。新型的捕蟹笼使用一块可生物降解的面板，这将帮助那些被废弃笼困住的动物逃生。

然而，减少海洋垃圾最可行的方法首先还是要减少垃圾的产生，其次要提高垃圾的回收和利用，并提升公众的环保意识。迫于公众压力，一部分塑料生产厂商会做出改变。自从有证据显示，面部角质剥脱剂和个人护理产品中使用的塑料微珠会造成环境污染，环保团体就开始努力迫使制造商使用可生物降解材料来替代塑料微珠。美国强生集团已经同意在它们的个人护理产品中摈除聚乙烯微珠的使用，该集团旗下的露得清和可伶可俐系列产品已经停止研发带有塑料微珠的新产品。联合利华和美体小铺也曾承诺在2015年之前淘汰它们产品中的塑料微珠。

加利福尼亚州每年会花费将近5亿美元来防止海滩、河流和海洋受到垃圾污染。这笔钱被用来清理河流、海滩和街道，安装雨水收集装置，清洁及维护雨水排水管，清理海洋垃圾，以及进行公共环境教育。

公共环境教育怎么样？

公共环境教育可以实现环境的公共监管。目前，针对海洋污染，美国政府已经对一些社会团体和学校进行了大规模的教育宣传和推广活动，比如在视频网站上连载了漫画家吉姆·图米(Jim Toomey)的视频。

杰里米·艾恩斯(Jeremy Irons)在2012年发布了一部名为《垃圾危机》(Trashed)的环境纪录片。我们可以在视频网站上观看这部纪录片。

我们应该告诉那些钓鱼的人，让他们保存好自己的废弃渔线，将它们扔到垃圾箱里而不是随意扔到水中。然而，无论一个人多么小心，他或她在钓鱼的时候都有可能将渔具遗失到水下，而想找回来却几乎不可能。

在减少海洋垃圾方面有没有相关的法律？

应对海洋污染问题时，相关的法律法规要比志愿者清理行动管用得多。有些国家已经出台了一系列针对海洋垃圾的法律与政策。这方面也有一些国际性的公约，比如《伦敦倾废公约》和《国际防止船舶造成污染公约》。美国在2000年颁布的《海滩环境评估和海岸健康法》（Beaches Environmental Assessment and Coastal Health Act，BEACH）旨在降低海滩游客的患病风险，并为监测与评估海洋垃圾提供一个标准。美国联邦政府为了减少海洋垃圾也制订了计划。美国国家海洋大气局的海洋垃圾项目（Marine Debris Program）涉及许多海滩与河流垃圾的清理以及废弃渔具和船只的清除，这项计划在2012年的主要目标是监测与清除日本海啸带来的海洋垃圾。这项计划提出了监测和评估海岸上和地表水里海洋垃圾的标准方法，并参加了100项相关的宣传推广活动，使将近2万人知晓了海洋污染问题的严重性。

科学的废弃物管理制度可以防止类似一次性塑料袋这样的废弃物成为海洋垃圾。废塑料袋是垃圾的主要组成部分，鉴于此，有些地区已经禁止使用塑料袋了。加利福尼亚州海岸委员会(California Coastal Commission)发现海岸垃圾中约有13.5%都是塑料袋，洛杉矶市雨水渠的垃圾中有25%都是塑料袋。已经有一些工程项目正在着手回收塑料袋。塑料薄膜的回收率在2011年上升了4％，首次达到每年10亿磅。塑料薄膜的种类包括塑料袋、产品包装和商用收缩膜。穆尔回收公司的报告指出，2005年以来，已经有约55%的塑料袋被回收。

旧金山和其他的一些城市颁布了禁止大多数零售商店为顾客提供塑料袋的条例，同时还规定商店可以将纸袋(或可降解塑料袋)以每个10美分的价格卖给顾客使用。多伦多从2013年1月1日起禁止商店提供给顾客一次性的塑料袋，包括那些标榜可被堆肥、生物降解或光降解的塑料袋。海地从2012年10月1日就全面禁止了塑料袋和一次性泡沫制品的进口、生产和销售。海地现在使用的这些产品大多是过去从多米尼加共和国进口的。这一法律的执行情况如何尚不可知。除非找到合适的替代品并持续执行禁令，否则该法律条款将是无效的，而且很可能在下水道系统恢复运行时，对一些受垃圾影响最直接的人造成伤害。

对于控制垃圾污染也有一些基于市场的解决方案，如要求人们为塑料袋付费，这些办法在华盛顿哥伦比亚特区与爱尔兰被证明是行得通的。中国、墨西哥、印度，以及欧洲、非洲部分国家的人们在购物时都不再提倡使用一次性塑料袋，他们会倾向于带上自己的购物袋去市场。这个理念在美国很风行，美国做了很多努力去鼓励人们在购物时使用自带的购物袋。埃米莉·迈纳(Emily Miner)是一名来自加利福尼亚州太平洋帕利塞兹的八年级学生，她自己创作了绘有太平洋帕利塞兹历史景象的可回收购物袋，并将这种购物袋卖给人们。加利福尼亚州环境部门的立法主任丹·雅各布森(Dan Jacobson)购买了埃米莉创作的购物袋，并将其作为塑料袋创意替代品之一好好收藏起来了。他还在整个加利福尼亚州向人们展示了平凡的人们为了减少一次性塑料袋使用而做出的努力。

在路易斯安那州，沼泽正以惊人的速度消失。人们为了保护庞恰特雷恩湖中的重建的沼泽而使用回收的塑料，并计划在一处人工沼泽前建造17座5英尺宽、20英尺长的浮岛。这些大约有18英寸厚的浮岛看起来像是由布里洛垫组成的，实际上它们都是由回收的塑料瓶构成的。这些浮岛用来保护自然植物和微生物，最后锚定在沼泽底部。

为了减少垃圾，大堡礁附近的一处岛屿已经禁止售卖瓶装水。人们也试着去探索其他的基于市场的办法，例如鼓励塑料瓶回收和多次利用，以及向一次性塑料袋征税。一个名为“塑料银行”(Plastic Bank)的组织正在全世界塑料垃圾污染严重的贫穷地区建立塑料再利用中心，旨在消除塑料污染的同时帮助当地摆脱贫穷。他们会为当地人提供教育机会，并为可资源化利用的塑料垃圾回收建立信用积分制度，这套积分制度可以帮助当地人获取小金额贷款或用于其他项目。他们的技术应用范围目前还不是很广。虽然目前关于海洋垃圾问题已经有了大量信息、工程项目和法律法规，海洋垃圾依然是一个主要的问题，因为人们仍然在不断制造垃圾，而相关的法律法规并没有得到很好的执行。海洋垃圾的总量变化非常大，而且总体上每年都会增长约5%。

新技术会减少海洋垃圾问题吗？

有些国家的塑料回收效率非常高(如瑞士，回收率达到98%；德国，回收率达到95%)，但在很多地区，开放式填埋以及不回收利用塑料垃圾仍是常态。ECOVER（欧维洁）是一个欧洲的清洁用品公司，他们宣布将会用海洋中的塑料垃圾来生产全新的可持续和可回收的塑料瓶，而且公司正在致力于将塑料废弃物和由甘蔗和再生塑料制成的塑料结合用作产品包装。为了海洋的清洁和塑料的回收利用，船舶用拖网将海洋垃圾收集起来，而渔民们也会将打捞上来的塑料垃圾和其他的东西拉到指定地点去倾倒。分类后的垃圾将会被送到回收工厂，在那里，垃圾会被加工制成新的塑料瓶。伦敦动物学会(Zoological Society of London，ZSL)和一家地毯公司达成了名为“联网行动”(NetWorks)的合作项目。该项目雇佣菲律宾群岛的人们收集旧渔网以制造地毯。

海洋守护者协会(Sea Shepherd Conservation Society)和仿生纱公司、海洋环保组织正在合作一个名为“漩涡工程”(The Vortex Project)的项目，旨在去除海洋中的塑料垃圾并将它们加工成时装。该项目将海洋和海滩上的塑料垃圾清理干净，并将这些塑料回收、提升品质，然后用于制造纱、纺织品和其他一些商品，比如牛仔布。他们会在这些产品使用寿命到期之前再将它们回收利用以加工成新的产品，这样就不会再造成污染了。

可生物降解渔具可以大大减少“幽灵捕捞”问题。目前，已经开发出基于可溶性手术缝合线技术的可生物降解的渔线。传统的渔具需要改良，这样当这些渔具丢失时就不会再具有危害性。研究者们为渔笼开发出了一块可生物降解的椭圆形面板，这样就为动物留下了一个开口，待这块面板降解之后，那些被废弃渔具缠住的海洋动物就可以从中逃生。切萨皮克湾的蓝蟹养殖业已经开始测试使用带有可生物降解面板的捕蟹笼的可能性。商业捕蟹者用这种新型的捕蟹笼代替传统的捕蟹笼后，发现捕蟹量并没有减少。这表明，这种带有可生物降解面板的捕蟹笼是解决废弃捕蟹笼问题的一种可行方案。

4  石油及相关化学品污染物

石油的组成成分是什么？

石油是一种由很多不同的碳氢化合物(含氢原子的碳基化合物)组成的复杂混合物。石油、汽油、柴油和其他石油衍生物的主要成分都是石油烃。众所周知，石油及其衍生物一般来说都不溶于水而是漂浮于水，然而有些轻质部分(水溶性部分)会溶于水，有些成分可能会蒸发。石油及其衍生物包含的碳氢化合物中不仅有一些不同长度的直链化合物［如有8个碳原子的辛烷(见图4.1)］，还有一些支链化合物和碳原子形成的环烃。芳香烃的碳原子之间的键是变化着的单双键，6个碳原子结合形成1个苯环。芳香烃通常含有不止1个苯环，含有多个苯环的芳香烃被称为“多环芳烃”。苯环数量最少的多环芳烃是萘，萘有两个苯环结构(见图4.2)。

图4.1  直链烃辛烷的分子结构

图4.2  多环芳烃萘的分子结构

什么是多环芳烃？

多环芳烃是石油中主要的有毒成分。多环芳烃有成千上万种，其中较大的多环芳烃(含苯环数量比较多)一般情况下难溶于水，而易溶于脂肪，且往往具有致癌性、致突变性和致畸性。多环芳烃可被肝脏分解为可排泄的化合物，通常不通过食物链积聚。但是在某些情况下，中间分解产物可能比原来的多环芳烃毒性更大。水生环境中的多环芳烃可以挥发或被细菌降解，但多环芳烃被光照射后会产生更强的毒性，多环芳烃的这种特性被称为“光毒性”。水中的多环芳烃也可能会被沉积物吸收，在沉积物中的多环芳烃的降解速度非常慢。沉积物中高浓度的多环芳烃会增大底栖鱼类患肝癌和皮肤癌的可能性。因为软体动物不具备代谢多环芳烃的能力，所以多环芳烃会在软体动物体内积聚，因此软体动物会被用来对多环芳烃进行生物监测。通过检测软体动物体内多环芳烃的量，我们可以评估相应环境中多环芳烃的污染情况。除了石油泄漏事故以外，海洋中的多环芳烃还有其他来源。比如，化石燃料燃烧可能使多环芳烃逸散到大气中，并通过降雨到达水环境中。浅水码头和船舱所使用的木材常常经过杂酚油处理，这些杂酚油也可能导致水环境中大量的多环芳烃污染。在加利福尼亚州就发生过这样的情况：一条雌鲱鱼在杂酚油处理过的船舱壁上产卵，结果这些鱼卵出现了畸形，或是直接死亡。来自加利福尼亚大学的卡罗尔·瓦因斯(Carol Vines)和戴维斯(Davis)在当时发现，这块船舱壁已有40年的历史了，时间使其所释放出的杂酚油含量要远远小于40年前，但这个剂量依然对生物的胚胎有害。停车场和路面可能会使用含有多环芳烃的煤焦油密封剂进行密封，若刚铺上这些密封剂不久，一场雨就会将这些物质中大量的多环芳烃带到地表径流中。

化石燃料燃烧时会向大气中排放多环芳烃。大气中的多环芳烃会通过降水进入海洋并危害海洋生物。珊瑚对这种含有碳烟（含有多环芳烃的碳）和来自化石燃料硫酸盐的气溶胶粒子特别敏感。

海洋中石油的主要来源是什么？

石油烃(包括链状烃和多环芳烃)长久以来都是海洋环境中存在的一个严重问题。石油泄漏事故常常会造成严重的海岸线污染和大量海鸟及海洋哺乳动物死亡，公众对此十分关注。石油泄漏事故是触目惊心的，会造成相当大的损失，对生活在水面或必须浮到水面呼吸的海鸟和海洋哺乳动物的影响最为明显，而其他生活在较深的海水中的生物也可能遭受慢性影响。石油会在海面形成一层薄层，污染相当大的一块海域，并对环境产生非常严重的危害。意外进入海洋的石油主要来自油轮和输油管道，它们大约占漏油总量的70%，而近海钻井泄漏所占的比例相对较小。大多数石油泄漏事故的规模相对比较小，都由一些常规操作（如在港口或油库进行装卸等日常作业）引发。较大的石油泄漏事故是由装载大量石油的油轮发生搁浅或碰撞造成的。造成3万吨以上石油泄漏的灾难性泄漏事件相对较少，但是一旦发生就会对海洋生态系统，尤其是对海鸟和海洋哺乳动物，造成重大伤害，并造成长期的环境破坏和重大的经济影响。1989年，发生在阿拉斯加威廉王子湾的“埃克森·瓦尔迪兹”号油轮石油泄漏事故引起公众的高度关注，这次事件对脆弱的北极生态系统造成了前所未有的破坏。近年来另一场比较严重的石油泄漏事故就是英国石油公司在墨西哥湾的“深水地平线”钻井平台的井喷事故了，当时石油井喷持续了4个月之久。

泄漏之后的石油会怎样？

海面上漂浮的石油会对生活在海面的动物造成特别大的影响，比如鸟类和海獭。石油泄漏一段时间以后，海面上漂浮的石油中的轻质成分会挥发，重质成分会留下来。当石油漂到浅水区和海岸沼泽时，会将那里完全覆盖并导致那里的生物窒息。如果泄漏出的石油漂到了岩岸，石油会将岩石覆盖，覆盖在岩石上的石油中的轻质成分会挥发掉，留在岩石上的重质成分会成为附着在其上的焦油，但最终潮水会将这些焦油冲刷干净。在这种情况下，被污染的生物群落会很快恢复，因为石油被相对迅速地清除了。然而，当石油到达一些软性界面（如盐沼或海滩）上的时候，它可能会沉到界面以下并在其中存在数十年的时间。

“埃克森·瓦尔迪兹”号油轮究竟发生了什么？

1989年3月24日，“埃克森·瓦尔迪兹”号油轮撞上了阿拉斯加威廉王子湾的布莱礁，造成了1100万加仑的原油泄漏事故——相当于17个奥林匹克标准游泳池大小。当时，这艘油轮在航道上撞上了冰山，船长黑兹尔伍德(Hazelwood)命令舵手驶离航道避开冰山。之后他将油轮的指挥权交给三副并指示油轮到一定位置时要返回航道。但是因为油轮未能足够快速地返回航道，最终搁浅了。石油泄漏事故发生的最初一段时间，大部分泄漏的石油都集中在布莱岛附近一带，然而当时埃克森公司并没有对其组织有效的清理行动。当年3月26日，一场风速超过每小时70英里的风暴将这些石油吹成泡沫状和焦油球，并将其污染扩散到了更大的区域。到3月30号，泄漏的石油已经覆盖了90英里的海域。而且，石油泄漏事故发生在一年中潮汐涨落接近18英尺的时候，这使得泄漏出来的石油蔓延到远高于正常波浪作用区域的海岸线上。石油最终覆盖了1300英里的海岸线和11000平方英里的海域。1300英里的海岸线中有200英里被中度或重度污染(十分明显)，1100英里的海岸线处于轻度或非常轻度污染的状态(表现出轻微的光泽，偶尔可见焦油球)。如果以泄漏量来计算的话，这是当时美国历史上最大的石油泄漏事故。除此之外，由于威廉王子湾地处偏远，只有飞机和船舶可以到达，这也使得来自政府和社会的救助变得困难且缓慢了。

这次事故发生的原因是什么？

美国国家运输安全委员会(National Transportation Safety Board)调查了这次事故并找到了相关原因，列举如下：

①三副没有正确地操作船舶，可能是由于疲劳和工作量过大；

②船长没有给予正确的航行指导，这可能是他醉酒所致；

③埃克森航运公司没有对船长进行监督，也没有为船舶提供全套人员配备；

④美国海岸警卫队没有提供有效的船舶交通系统；

⑤缺乏有效的领航和护航服务。

发生石油泄漏事故后，政府采取了哪些措施来保护海岸线？

1989年3月25日到28日之间，地方响应工作队先后5次尝试使用分散剂来处理这些泄漏出来的石油，分散剂类似洗涤剂，它可以使油溶于水。但到3月29日，地方响应工作队认为使用分散剂处理已不再可行。美国联邦政府、州政府和地方机构一致决定应最先考虑保护鱼苗孵化场和鲑鱼流。为了保护这些区域，人们在污染情况较严重的区域设置了围油栏这种物理屏障以将这些区域隔开，围油栏长约100英里。在这次事故中大范围使用的几乎所有类型的围油栏都是经过测试之后才投入使用的。考虑到这次石油泄漏事故之严重与事态之紧急，有关部门不得不雇用一些没有相关经验的工人去安置围油栏，这导致一部分围油栏被错误地使用，甚至因为相关人员错误的操作而被毁坏。

露天收集海面泄漏的石油的方法首选撇油器。但是一般来说，在海面泄漏的石油已经扩散、乳胶，或是与海洋垃圾混合之后，撇油器用处就显得不那么大了。在机械方法行不通的时候，人们采用了吸附剂来吸收海面上泄漏的石油。吸附剂吸油法需要大量的劳动力且会产生大量的固体废物。人们要使用大量的吸附剂来吸收海面上的石油，随着涨潮，这些吸附剂也会吸收海滩上的石油。

泄漏的石油最终是怎么被清理干净的？

这次石油泄漏事故的后续清理工作经过了4个夏天才结束。出于对这次污染事故的重视，清理工作动用了超过11000名人员、1400艘船舶和85架飞机。这次事故所污染的海滩并没有全部被清理干净，有些海滩如今依然饱受那次事故带来的石油污染问题的影响。人们普遍认为，冬季风暴产生的波浪在这次清理工作中所起的作用(将石油带到别处)要比人类所起的作用大得多。埃克森公司宣称它在这次事故的后续清理工作中大约花费了21亿美金，尝试使用了许多新技术。人们在一部分受影响的海滩上也尝试使用了分散剂，如在锭岛尝试使用了Corexit®7664分散剂，随后用温水冲洗。然而使用分散剂后污染状况并没有明显改善，石油的物理状态也没有改变。有人尝试用一排消防水带喷出的高压冷水和热水冲洗海滩上的原油，水流会将漂浮的石油冲离海岸，把石油困在几层围油栏内，随后这些石油会被捞起来、吸起来或是用特殊的石油吸附物质吸附。后来人们发现热水会对沙滩造成比石油污染更严重的问题，如高温会杀死沙子里的一些小生物，所以随后停止了使用热水。在一些海滩也使用了机械清理方法，他们用反铲和其他的重型设备来犁海滩，将渗透到海滩地表下的石油翻出来以便清除。另外，许多海滩都通过“施肥”的方式来加快微生物的生长，让这些微生物来代谢或降解石油中的碳氢化合物。这种生物修复方法在20世纪90年代得到了广泛应用，当时有378处海滩通过给微生物“施肥”来加快生物修复进程。为了验证这种方法的可行性，人们对其中20多处海滩进行了监测。结果显示，石油的降解速度确实加快了，但也有人认为，石油降解速度的加快完全是或主要是因为给微生物“施肥”的结论还有待商榷。在污染石油所形成的油层不是很厚的海滩上，生物修复方法还是可行的。这种方法也可以配合少量的溶剂和化学药剂来使用。一项重要的观察结果是自然清洗过程通常对降解石油非常有效，而一些使用了对环境有害的清理方法(尤其是热水冲洗)的海滩，从使用这些方法的伤害中恢复过来的时间要比从石油污染中恢复过来的时间还要长。

海底沉积物中依然会残留相当数量的石油。即便是15年之后受到当年那次石油泄漏事故影响的鱼类和野生动物仍没有完全恢复。目前人们对于石油污染对它们恢复过程的影响还不是十分了解。生态系统是动态的，在遭受石油污染后依然会继续自然循环和波动。时过境迁，要将自然变化因素和石油泄漏事故的影响分隔开几乎不可能了。

是否有为了预防石油泄漏事故而出台的新政策？

现今，美国海岸警卫队通过卫星对那些进出瓦尔迪兹海峡、通过布莱岛和出入威廉王子湾的油轮进行了严密的监控。1989年，海岸警卫队只监管那些通过瓦尔迪兹海峡和半岛的油轮。1990年，美国国会通过了一项法案，规定2015年前所有经过威廉王子湾的油轮都必须具备双层船壳。据估计，如果当时“埃克森·瓦尔迪兹”号具有双层船壳的话，泄漏的石油量将减少一半以上。

墨西哥湾井喷事件是怎么回事？

2010年4月20日，马孔多油井发生了井喷事故，井喷发生在墨西哥湾海面以下约5000英尺处，引起英国石油公司租用瑞士越洋钻探公司的钻井平台“深水地平线”爆炸，致使11名工人死亡、多人受伤。大约有相当于500万桶量的原油泄漏到了墨西哥湾中。在当年7月15日喷油井被堵住之前，平均每天会泄漏出6万桶原油(约11350吨天然气和石油)。超过630英里的墨西哥湾海岸线遭到了石油污染，这些地区大部分都地处路易斯安那州。

墨西哥湾井喷事件发生之后采取了怎样的应对措施？

墨西哥湾井喷事件导致了超400起火灾，造成了数百只海龟和数量未知的海豚及其他动物死亡。为了保护沼泽免受石油污染的影响，人们在岛屿和海岸线周围设置了围油栏并使用了200万加仑Corexit®分散剂来分解石油。分散剂是一种具有表面活性剂(润湿性)的复杂化学混合物，它可以起到乳化剂的作用，使油和水混合。在大范围使用分散剂后，海面上已经看不到泄漏的石油了，某些人据此宣称事故已经得到妥善解决了，那些泄漏出来的石油已经被微生物降解了。

为什么使用分散剂的争议这么大？

由于分散剂可以增加实际混入水柱的石油量，它对减少石油对海滩的影响还是具有一定作用的。分散剂还通过将石油降解成小液滴来刺激好氧生物降解过程，这些液滴被稀释到自然界中，有充足的氮、磷和氧供这些微生物生长来降解石油。而另一方面，石油一旦分散在深水中便不能再被收集起来了。使用分散剂之后，石油和分散剂的混合物会呈现出比这二者之一都要强的毒性，许多研究都证明了这一点。尽管美国环境保护署批准了Corexit®9500和9527A这两种分散剂的使用，但这两种分散剂仍被其评定为比其他分散剂的毒性更强且效率更低。

石油和分散剂发生了什么反应？

发生井喷的石油钻井处在深海中，高压高温状态的石油和天然气与海水混合之后分散成液滴、乳状液和天然气水合物，这种分散过程不需要添加化学品就可以发生。这种天然分散之后的混合物不会像石油一样浮到海面，而是会留在海底羽流中。就在人们普遍以为这次的石油污染已被清理干净时，有人在超过3000英尺深的海水中发现了22英里长的羽流带，这都是井喷事故后残留的石油。这些石油并没有被生物降解，并且羽流现象随后又持续了数月的时间。羽流中的低溶解氧浓度表明羽流中微生物对石油的降解速度是非常慢的。分散剂在深海中引起石油分散，是因为深海中高压低温的条件使石油、分散剂、海水和甲烷结合形成的混合物具有中性浮力。随后人们发现，即便是过了3个月之久，羽流中的分散剂依然未被降解，似乎被困在了深海羽流中一样。目前，这种混合物对深海生物的毒性尚不可知，其对羽流中浮游滤食动物、鱼卵和幼鱼的危害也尚不得知。最终微生物降解掉了这些石油。如果不使用分散剂的话，海面上的石油在漂流到海滩之前，可能已经风化成焦油球。这将使公众对海滩的印象恶化，并影响当地居民和游客的社会经济活动。分散在海面下的石油在涨潮时会杀死潮间带和浅潮下带，以及沙滩附近的底栖动物。在湿地，只有边缘沼泽植物受到了有毒石油和分散剂的混合物的危害，因为它们似乎吸收了导致幼苗死亡的化学品。

由于人们在井口使用分散剂，这导致“深水地平线”井喷事件的后果是灾难性的，也致使悬浮在海面以下的石油形成细小分散的液滴和乳状液在水下滞留，并且在深海中滞留了经历微生物快速降解的天然气柱。

尽管深海的温度很低（可能只有5℃左右），但是石油的降解过程很迅速。由于墨西哥湾的地理环境相当封闭，这一过程都是在深海中发生的。石油一旦发生泄漏，就会随着海洋内部的洋流在发生事故的油井附近形成漩涡，细菌会因为泄漏出来的石油而疯狂繁殖。这是因为泄漏出来的石油中的碳氢化合物会增加附近水体中微生物群落的营养来源，从而使得微生物迅速繁殖并快速降解泄漏出来的石油。

这次事故中泄漏出来的石油约有1/4被降解了。除此之外，约有1/3的石油被清理了。这次清理工作是由“统一指挥部”组织的，他们受美国海岸警卫队的直接领导。该组织还通过燃烧海面上石油的方式清除了5％的石油。然而，他们公布的石油泄漏量的数据却被认为是不准确的。例如，佐治亚大学的萨曼莎·茹瓦(Samantha Joye)所收集到的关于深海中的石油和天然气的量的数据要远远超过“统一指挥部”所公布的数据。有些石油存在于海滩上、海滩下、沼泽中、海底或成了漂浮的焦油球，这就使得它们的数量难以被统计，也因此可能会被人们忽视。

这次事故对海湾生态的总体影响是什么样的？

本书大部分的内容都是在2012年至2013年间完成的，在这期间鲜有关于墨西哥湾井喷事故影响的后续报道。因为许多科学家们的发现都不被允许公开，况且现在就说长期影响还为时过早。该事故发生3年后，人们在墨西哥湾的鱼类体内组织中发现了高含量的石油碳氢化合物，据推测这可能是因为分散剂使这些石油烃更易进入鱼类的身体组织中。漂浮在海面上的马尾藻为各种附着生物或移动生物提供栖息地，是海洋环境中生物多样性和生产力的重要基地。深水地平线井喷事故对墨西哥湾大量的马尾藻造成了影响。在井喷事故发生时和发生后的航空监测显示了井喷事故对马尾藻造成的损害以及其随后的恢复情况。马尾藻上富集着泄漏出来的石油，使海洋生物更易受石油中的有毒物质的影响。此外，分散剂的使用使得这些马尾藻沉到海面以下，这改变了马尾藻的生境，也使得其上的石油和分散剂沉到了更深的海水中，同时，马尾藻周围较低的溶解氧含量也会影响附着生物的生存。

泄漏的石油也会对珊瑚幼虫造成破坏，而分散剂对其造成的影响甚至会更严重。研究人员发现，分散剂会使石油渗透进海底的砂中。那里缺氧的环境会使这些石油更难降解。这会给位于海底的珊瑚带来更严重的伤害。位于泄漏石油钻井平台羽流带的珊瑚礁被破坏或死亡就是对石油泄漏事故会破坏海底生态系统的最好证明。现在来谈这次石油泄漏事故所造成的全面影响好像还有点为时过早。美国国家科学院的委员会认为，评价石油泄漏事故所造成的影响应基于其周围人们所赖以生存的生态系统。石油泄漏事故会对当地的海产、天气、旅游及娱乐造成影响，而这些都是当地居民所赖以生存的要素。它们一旦遭到破坏，当地所遭受的影响绝不单单是环境方面的，社会方面和经济方面也会发生很大的变化。美国国家科学院的委员会建议使用的这种生态系统服务法要求了解破坏造成的环境影响、由此导致的商品和服务的减少以及给各个社区和整个社会带来的最大的成本损失。他们向人们展示了如何将这种方法应用到海岸湿地、渔业、海洋哺乳动物和深海环境，这些因素都是墨西哥湾的生态系统中关键的环节。

泄漏的石油会对海岸线造成什么影响？

当泄漏出来的石油漂浮到多岩石的海岸线时，石油中的轻质成分会挥发掉，留下重质成分变成焦油，焦油最终会因波浪作用被冲刷掉，生物群落也会以很快的速度恢复过来。然而如果到了沼泽中，石油便会渗透到地表以下并残留很多年。虽然沉积物中积累的石油会被微生物降解，但这个过程十分缓慢，受石油污染的沼泽是很难从石油泄漏事件的影响中恢复过来的。1989年，从“埃克森·瓦尔迪兹”号泄漏出来的石油，依然有很多在阿拉斯加威廉王子湾的沼泽和沉积物中残留了很多年。对于残留的石油会对环境造成多长时间的影响这一问题当前还有争议。在阿拉斯加这样寒冷的环境里，石油降解的速度要比其在温暖的环境中慢得多。调查发现，阿拉斯加威廉王子湾的沉积物中的鲑鱼胚胎在事故发生之后的数十年依然发育不正常。即便在事件发生十几年之后，当地的沼泽中依然残留少量的石油，并且局部地区的贝类、牡蛎、丑鸭和其他以沉积物中无脊椎动物为食的鸟类遭受了伤害，这表明石油泄漏事故在十几年后依然会对海洋生物产生影响。美国国家海洋大气局的罗纳德·海因茨(Ronald Heintz)和他的同事们发现，在石油泄漏事故发生多年之后，当初残留在砾石和沉积物中的石油依然会对鱼类胚胎造成影响。

对石油泄漏事故长期影响的调查研究应该涉及评估污染影响的时间。如果我们想知道2010年春夏之际“深水地平线”油井平台泄漏到墨西哥湾的石油对其环境造成的全面影响的话，我们需要进行多年的研究。

泄漏出来的石油是如何危害海鸟和海洋哺乳动物的？

石油泄漏事故危害海洋生物主要有三种途径：①石油会覆盖在动物的皮毛或羽毛上，破坏了保温层，最终导致其因体温过低而死；②动物在清除自己皮毛或羽毛上的石油，或在觅食时误食石油而死，因为石油是有毒的；③石油对动物的长期、慢性伤害，比如使动物的肝脏或繁殖能力受损。受伤的动物很难同其他动物争夺食物，或躲避捕食者。

石油泄漏事故会对其他海洋动物产生什么毒性作用？

珊瑚

巴拿马的石油泄漏事故在最初导致当地的珊瑚白化(珊瑚的共生藻类与其组织分离)、生物组织肿胀、产生黏液、性腺变小和出现珊瑚死区。即便是没有直接和石油接触的珊瑚礁也受到了影响。珊瑚礁沉积物中残留的石油的含量与其对环境的损伤程度和珊瑚礁生长减缓的程度都有很大关系。造成高度伤害的可能原因是珊瑚礁长期暴露于混合了部分降解石油的沉积物中，这些降解的石油是从红树林转移到珊瑚礁的。5年之后依然没有迹象表明石油泄漏事件造成的影响正在减小。又过了几年，我们发现当地的珊瑚群落减少、珊瑚性腺缩小的现象，这些现象表明珊瑚群落繁殖能力的衰退。石油污染使珊瑚生殖系统受损，珊瑚礁面积缩小，卵子数量减少，幼虫数量减少，幼虫过早成熟，幼虫行为异常及生长速度减慢。分散剂似乎加重了石油污染造成的危害。

鱼和蟹

石油泄漏事故对鱼类胚胎有重大影响，当它们长大之后可能产生延迟效应。当“埃克森·瓦尔迪兹”号发生石油泄漏事故时，威廉王子湾中还有很多的粉红鲑鱼的胚胎。从石油泄漏污染中存活下来的幼鱼会游到大洋中，当时回到大洋中的粉红鲑鱼的比例只有往年的一半。这些幼鱼成年之后，它们的生殖系统都受到了石油泄漏的伤害，它们后代的存活率也很低。这些幼鱼成年之后的第二代依然会受到当年石油泄漏事故的影响。研究人员围绕着石油泄漏事故对鱼类胚胎的影响展开了深入研究，最初大家的关注点都集中在石油中的水溶性部分上，这些水溶性部分往往是含有一个苯环或两个苯环的芳香烃。“埃克森·瓦尔迪兹”号石油泄漏事故发生在鱼类的产卵季节，事故发生后，鱼类胚胎暴露在了部分风化的石油碳氢化合物之中，包括含有三个、四个或五个苯环的碳氢化合物，研究者们普遍认为这些物质的毒性和有害作用要低于水溶性部分。这些多环芳烃对粉红鲑鱼和鲱鱼胚胎的有害剂量要远远比之前已知的剂量更低。罗纳德·海因茨和他的同事们发现在受到石油污染的环境中，即便在石油污染已经发生很多年之后的情况下，鱼类胚胎畸形和染色体异常的现象要比未受石油污染的环境中的更多。更有甚者，石油中的一些物质对鱼类胚胎的毒性会因为光照而大大增加，这被称为“光毒性”。约翰·因卡尔多纳(John Incardona)和他的同事们在对发生在旧金山湾的“中远釜山”石油泄漏事故对太平洋鲱鱼胚胎的影响研究中发现，积累在胚胎中的一些石油成分，即便是很低的剂量也会在太阳光照射下产生毒性从而杀死胚胎。石油泄漏事故发生3个月后，石油污染对深海中的胚胎产生了亚致死心脏毒性(据估计是因为与多环芳烃接触所致)，且潮间带中的鱼类胚胎由于与石油和光都有接触而产生了很高的死亡率。另外，使用分散剂之后的石油显示出比原油更强的毒性。

“深水地平线”井喷事故发生之后，墨西哥湾的鱼胚胎由于接触一些在2010年至2011年受过石油污染的沉积物而产生了发育上的畸形现象，比如心脏缺陷、孵化延迟和孵化成功率降低。海岸沼泽栖息地中生存着鱼，鱼是生态系统中的重要成员。因为鱼在生长过程中不会迁徙，所以鱼的健康状况可以反映当地的环境状况。

大西洋蓝鳍金枪鱼和一些其他大型鱼类在“深水地平线”钻井平台附近产卵，这些鱼卵和幼鱼会浮在离海面很近的位置，这使得这些鱼卵和幼鱼受到石油危害的可能性大大增加。约翰·因卡尔多纳和他的同事们发现金枪鱼幼鱼的心脏发育会因为石油而受到损伤，泄漏出来的石油使幼鱼的心率不正常。石油会影响它们心脏细胞的收缩和舒张，对心脏的正常跳动过程造成影响。本书作者们得出的结论是墨西哥湾地区的金枪鱼、琥珀鱼、剑鱼、旗鱼和其他在油污表面繁殖的鱼类在早期生命阶段可能就会死亡。

多环芳烃也会使鱼类产生肿瘤。美国国家海洋大气局西雅图实验室的迈尔斯(Myers)和他的同事们发现，皮吉特湾中的副眉鲽（生活在海底，接触沉积物）体内产生的肝脏肿瘤和沉积物中的多环芳烃有关。来自杜瓦密许航道和埃弗里特港的鱼类的肝脏肿瘤发病率最高（分别为16％和12％），而其他区域的副眉鲽的肿瘤发病率只有0~5.5%。他们普遍认为鱼类高肿瘤发病率与沉积物中的多环芳烃有关。

石油泄漏同样也会改变动物的行为习惯。接触过原油中的水溶性部分的银鲑幼鱼的游动明显减少，影响程度取决于接触的时间和浓度。当这些银鲑又被投放到干净的水中生活时，它们能在8小时内恢复原来的生活习性。阿旺西·迪萨纳亚克(Awantha Dissanayake)和他的同事们将一处受到多环芳烃污染的海滩和两处未受污染的海滩上的岸蟹进行对照实验，他们从岸蟹的细胞层面(免疫功能)上、心理层面(心脏活动)上和生活习性(摄食行为)上进行对比。同时观察了岸蟹在接触芘(一种含有四个苯环的多环芳烃)的反应，受污染的岸蟹并没有在细胞层面和心理层面上表现出什么异常，然而它们的摄食行为却受到了很大影响。当实验人员向岸蟹喂食双壳鸟蛤时，来自受污染环境中的岸蟹要花更长的时间进食。因此，岸蟹的生活习性比起其细胞和心理层面来说，更易被多环芳烃类物质影响。

石油泄漏事故的影响会持续多久？

大型石油泄漏事故大多会对海洋环境造成长期影响，因为泄漏出来的石油会进入河口和沿海沼泽。石油的稳定性受几个因素的影响，比如水溶性、风化速率和沉积物粒径。石油泄漏残留物的影响可能会持续数十年，并在数十年之后依然影响当地的生物功能，比如生物的行为、发育、遗传、生长、摄食和繁殖。在石油泄漏事故发生后，研究人员对事故的长期影响进行了研究，发现这些影响取决于石油的特性、温度和泄漏区域的性质。石油泄漏事故发生后，大部分泄漏出来的石油会经历一个风化的过程。在沿海沼泽和沙滩上，石油会渗透到界面以下很深的地方，那里缺氧的环境会使石油持续存在数十年。20世纪60年代末，在马萨诸塞州法尔茅斯发生的一起小型石油泄漏事故的影响持续了超过10年的时间，尽管当时仅泄漏了19万加仑的2号燃油。这是法尔茅斯附近的伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)的研究小组发现的，这个研究小组由霍华德·桑德斯(Howard Sanders)领导，他是在底栖生态系统领域有多年研究经验的杰出学者。类似这样在石油泄漏事故发生之前就对当地环境和状况十分了解的情况非常少见，因此，他们所掌握的信息对这次石油泄漏事故的后续处理十分有用，尽管石油公司对这些信息的准确性提出了强烈的质疑。招潮蟹对石油污染特别敏感，即便是在石油泄漏事故发生7年之后，招潮蟹依然受到石油污染的影响。石油影响了它们挖掘潜穴——招潮蟹挖出的潜穴一般都是垂直向下的，发生石油污染之后，它们所挖的潜穴变成了与水平面平行的结构，这也许是招潮蟹为了避开地底下的石油污染进入潜穴的结果。这种结构的潜穴在夏天并不会对招潮蟹造成什么影响，但是到了冬天，由于潜穴深度不够，不在冰冻区以下，潜穴中的招潮蟹会被冻死。当地的底栖生物群落过了大约10年才恢复正常。30多年后，伍兹霍尔海洋研究所的另一批科学家对当初发生石油泄漏事故的海域又进行了一次调查研究，这个由珍妮弗·卡伯特森(Jennifer Culbertson)带领的研究小组发现，沼泽地面以下数英寸的位置依然残留着当年泄漏的未降解的石油。在石油污染区域的招潮蟹潜穴变得更浅了，普遍都在10厘米以下水平伸展，有的甚至更浅。他们发现暴露在油污中的招潮蟹不会钻到被油污覆盖的地层中，它们的逃跑反应变慢，摄食率变低，种群密度也变小。受污染沼泽里的沼泽草的生长密度要比未受污染的小，沼泽草(尤其是根部)的受损使得底部的沉积物更易被侵蚀。贻贝依然受残留石油污染的影响。在一组对照实验中，科学家们将一组未受污染的贻贝转移到石油污染区域，并让它们短期接触石油污染，将另一组石油污染区域的贻贝转移到未受污染区域。结果表明，与石油污染有过长期或短期接触的贻贝的生长都会变缓，贝壳长度都会变短，且过滤速率都会降低。

“埃克森·瓦尔迪兹”号石油泄漏事故发生后，相关海域中的生物受其影响长达十几年，这种影响通常是因为长期接触石油污染引起的。石油泄漏事故发生3年之后，依然有大量石油残留在一些石油无法降解的环境中，比如沉积物表面以下或贻贝床下。受重度污染的粗粒沉积物会使沉积在其下的石油难以降解，使潮间带的石油不受风化作用的影响，而潮间带常常有鱼卵和其他的易受影响的生物。在类似阿拉斯加这样寒冷的环境中，石油的降解速度要比温暖环境中更慢。石油泄漏事故发生10年后，在沉积物中发育的鲑鱼胚胎依然受到石油污染的影响。十多年之后，沼泽中仍然残留大量的石油，并且有迹象表明石油依然会对沼泽中的多种生物产生影响。事故发生多年后，砾石和沉积物中残留的石油依然会影响鱼类胚胎。

那些遭受石油污染影响的海鸟和海獭可以获救吗？

石油泄漏事故发生后，海鸟和海洋哺乳动物是最直接的受害者，因为它们的体积通常很大而且生活在海面上。鸟类会试着用嘴去清除羽毛上沾染的石油，这会导致它们误食石油，而这些石油是有毒的，它们会侵害鸟类的免疫系统，使鸟类更易染上疾病。“埃克森·瓦尔迪兹”号石油泄漏事故发生9年之后，大部分受到影响的生物还没有完全恢复过来。人们付出了大量的时间和精力去挽救这些海鸟和海洋哺乳动物。一项关于褐鹈鹕受石油污染的影响及其救助的研究发现，石油污染会对其造成长期的伤害，使其不能再繁殖或表现出正常的行为和生存能力。一项关于石油污染对斑头海番鸭影响的研究发现，受到石油污染影响的斑头海番鸭在被人们挽救后，会表现出比未受石油污染的鸟类差得多的生存能力。

如何将泄漏的石油清理干净？

为了清除泄漏的石油，人们必须投入大量的人力、物力，这是一个持续好几个月甚至数年的庞大工程。清理泄漏的石油的方法包括撇去海面上的石油，这需要在海面平静的情况下迅速作业，而且不损害环境。生物修复是利用微生物或生物制剂来降解或去除海面石油的方法。这种方法很有效，但所需时间会很长。如果操作得当的话，也可以用燃烧的方法来去除海面的石油，但这种方法必须在风速低的情况下使用，它的弊端是会造成空气污染和海面上的生物死亡。使用例如洗涤剂之类的分散剂会使周围的油滴集群，并使油溶解在海水中。这种去除海面石油的方法也有利于海面的美观。小型油滴被洋流分散后，对环境的有害性会降低并更易被降解。然而，这些溶解于深海中的石油会向海水更深处渗透，并且会对海洋生物造成危害，因为它们是有毒的。另一种应对石油污染的方法就是等待。在某些情况下，石油的自然降解是最适当的方法，因为其他方法都具有一定的潜在危害性，尤其是对于生态环境脆弱的地区来说。石油泄漏事故后采取的救援措施大都有争议，使用有些方法(比如，使用大型重型设备清除)的后果会比石油污染更糟。这种情况我们已经在“埃克森·瓦尔迪兹”号油轮石油泄漏事故发生之后的处理过程中发现了。然而，石油公司如果采取什么都不做而等待石油自然降解的方法的话，这会引起严重的公共关系问题。

过去几十年来石油泄漏事故发生的趋势是怎样的？

过去30年来，油轮发生石油泄漏事故的数量已经大大减少了。20世纪70年代发生的石油泄漏事故次数是20世纪90年代的3倍左右。然而，虽然大规模石油泄漏事故和小规模石油泄漏事故的发生频率都下降了，但是事故发生次数的多少并不代表石油泄漏数量的多少。现在在运输石油方面，越来越多地使用更大的超级油轮运输石油，通过国际海事组织发起的各项公约，全球许多国家在处理石油泄漏事故上都获得了技术、政治和法律方面的经验。作为对“埃克森·瓦尔迪兹”号油轮石油泄漏事故的回应，美国在1990年通过了《石油污染法》，要求新建的油船必须具有双层船壳。任何时候，运输石油的油轮都有泄漏的风险，现在他们都需要有船体免受损伤的保证，这是出于非常谨慎的良好动机。总体而言，除了“埃克森·瓦尔迪兹”号和“深水地平线”事故以外，美国在海洋中的石油泄漏量自20世纪70年代以来大幅度下降。国际趋势也是如此。这是令人鼓舞的，因为过去20年来全球石油贸易大大增加了。石油泄漏事故的减少可能是因为安全标准的提高和《漏油法案》中对于责任方的处罚很严厉。有人预测，未来由于人们对石油的依赖减少和替代能源的发展，石油泄漏事故发生的次数将进一步减少，而且，以后通过海路来运输的石油都会装载在双层船壳中。

5  金属污染物

金属污染物的主要来源是什么？

金属是地壳中自然存在的元素，但当工业活动将其浓缩到 高于正常水平时，金属元素就会成为一种污染物。金属本身 就是元素，所以它们是不能再进行降解的。采矿及其他工业活动遗留的金属是海滩环境的主要污染物之一，这些金属会在沿海生物和海底沉积物中积聚。人类的很多工业活动（如发电厂）都会排放出汞、镉、铜、锌、铬和银这样的污染物。由于煤炭中含有汞，所以燃煤会向大气层中排放汞，并且汞在沉降之前可以在大气层中扩散很远的距离。从大气层中沉降下来的汞是沿海水域中汞污染的重要来源，并占据了开放大洋中汞含量的约90％。一些常被美国人或世界上其他地方的人们食用的海味品也受到了汞污染。一个世纪以来，海洋表层的汞含量由于人类活动而增加了一倍以上。虽然有些金属（如铜和锌）对维持生命所需十分重要，但是其他一些金属对生命活动并没有任何意义，比如汞。虽然海洋中大部分金属污染都是陆源污染，但也有部分来自船舶上的防污涂料。因为污着生物（如藤壶和藻类植物）很容易在船底积聚，从而加大船舶前进阻力，加大燃油消耗量，所以人们发明了防污涂料。几千年以来，船体一直是用各种物质处理以减少生物体附着，含铜涂料的使用持续了很多年。从20世纪40年代开始，有机锡化合物作为防污涂料被开发使用，其中最有效且持续时间最长的是三丁基锡，对某些生物来说，它也是毒性较大的一种。

因为城市发展的需要，沼泽往往会被家庭废物和工业废物所填充，金属罐和含有金属颜料的油漆罐常常被用作填料来使用。来自污水、防污涂料，以及铬化砷酸铜处理过的船舱和木桩中的汞、镉、铅和铜都对海洋环境造成了污染。虽然铜对一些生物来说非常重要且通常不会对人类健康造成威胁，但对藻类和无脊椎动物的毒性却非常大。因为铜的这种特性，它甚至被用来作为灭藻剂和灭螺剂使用。

铅之前被用作汽油的添加剂，但因为下雨时残留在路面的汽油很容易会随着雨水进入地表径流而造成污染，现在人们已经不再使用含铅汽油了。残留在环境中的铅并不会降解，所以一些相对原始的沼泽沉积物中的铅含量会因为数十年以来人们使用铅弹捕猎野鸭和其他水禽而不断增加。这些铅弹不仅会污染沼泽土壤，而且一些鸟类会吞食小石头或沙砾帮助消化，而这些铅弹有时会对这些鸟类造成致命的铅中毒。

除铅以外，包括镉、铬、锌和铜在内的其他金属也会造成环境问题。比如，以不同的化学形态存在的硒会通过生物积累作用在动物体中积聚，在某些条件下就会导致这些动物畸变；尽管在其他情况下，它可以抵消汞的毒性作用。硒会影响动物的免疫系统，改变其遗传基因或损害其神经系统，尤其对发育中的动物胚胎具有特别大的毒性。甲基汞的毒性要比无机汞的大。研究发现，两者往往集中在沼泽植物的沉积物中，而不是没有植物的裸露的沉积物中，这可能是由于植物根系附近的微生物活性更强。沼泽中的一部分无机汞可以以挥发物的形式通过芦苇逸散到大气中去，这虽然会在一定程度上减少汞污染，但本质上都是将汞污染转移到其他地方去了。

哪些地方是重度汞污染区域？

20世纪50年代末和60年代，日本水俣成千上万的居民遭受了汞中毒。这次事件的源头是当地有家工厂向水俣湾排放汞，而人们食用了遭受污染的鱼，从而导致了严重的神经功能缺损和发育缺陷。这种症状现在被称为“水俣病”。这次事件给了全世界一记当头棒喝——汞中毒会对人的神经系统造成长达一生的影响。在这次事件中数千人都受到了汞中毒的影响，有些严重的患者甚至产生了精神错乱和畸形，更有甚者因此而死。很多食用了受污染鱼类的母亲生出的孩子都有严重的残疾，尽管这些母亲并没有出现明显的症状。

贝里溪湿地位于新泽西州的哈肯萨克草场，此处沉积物中的汞含量由于工业污染而特别高，因此被划分为一个“超级基金计划”资助的污染场址。哈肯萨克河、帕塞伊克河和纽瓦克湾过去曾是附近区域的工业中心，早年人们在附近建立了造纸厂、油漆厂、化工厂和生产天然气的工厂。这些工厂当时利用河流和河口进行废水处理，而这样的行为在当时是完全合法的，这使得包含贝里溪湿地在内的整个系统被多氯联苯、多环芳烃、二噁英和汞严重污染。值得庆幸的是，这块湿地中的汞并没有发生甲基化现象，也没有像“水俣事件”中的汞那样变成甲基汞之后在鱼类体内积聚。因为常年被污水处理厂排放污水，当地水体环境中的沉积物积累了大量的硫化物，导致汞和硫化物发生反应而使得汞没那么容易被微生物甲基化。然而，当地的鱼类体内的汞浓度还是超出了安全范围，因此相关机构建议人们不要食用当地的鱼类和蟹类。虽然美国还有其他重度污染的河口，但贝里溪湿地当时被美国环境保护署认定是全美汞污染最为严重的地方。

不同化学形态的金属是如何对环境产生影响的？

了解金属的化学形态(种类)，对于了解它们的毒性和它们对环境产生的影响非常重要。对于大多数金属来说，它们在水中呈离子状态时最稳定而且最具毒性，比如正二价的铜离子。铜在水体环境中可能以粒子态、胶体态和可溶态存在，并且主要以金属铜单质和正二价的铜离子的形态存在。铜可以和有机物或无机物分子反应生成化合物。铜的毒性和镉一样主要来自其自由离子态，如果通过测量水体中的总铜量和总镉量以评估具有生物可利用性和潜在毒性的金属量，这样得到的结果会比实际偏高。正六价的铬离子的毒性要比正三价的铬离子大得多，而有机汞(如甲基汞)和锡(如三丁基锡)要比它们呈离子态的时候具有更大的毒性。

金属一旦被生物吸收进体内，就会以颗粒的形式储存在细胞中或附着在金属结合蛋白上。附着在金属结合蛋白上的金属不会影响该生物体的正常生命活动，但是会通过食物链影响这些生物的捕食者。捕食者进食（营养转运），是这些金属物质通过食物网转移到大型鱼类和海鸟体内的重要途径。通常情况下，植物会吸收土壤中的金属元素，不同种类的植物在它们的根、茎、叶中储存不同比例的金属元素。这些植物中所含有的金属物质同样会通过食物链转移到那些食用这些植物的动物体内。

虽然对于像水俣湾等重度汞污染地区中汞的毒性，人们已经了解得很清楚了，但在一些污染不那么明显的环境中，它也可能会对人类和野生动物的健康造成威胁。汞污染的危险程度取决于汞的形态和那些影响汞在环境中迁移转化的化学和生物因素。如无机汞可以转变成有机汞化合物，无机汞通过细菌的作用而转化成具有更强毒性的甲基汞(见图5.1)，这些可以将汞离子甲基化的细菌存在于沉积物、水体、土壤和鱼类体内组织中。甲基汞是汞最易在鱼类和其他生物体内发生生物积累作用的形态。除了毒性更强以外，甲基汞也会在食物链中产生生物放大效应，处于食物链越靠近顶端的生物，其体内组织中的甲基汞含量越高。汞污染由于其潜在的安全危害，是一项国际性的环境安全问题。纵观全世界，我们在一些经济鱼类的体内发现了较高的甲基汞含量，这些鱼类包括鲨鱼、剑鱼、方头鱼、康氏马鲛、金枪鱼和马鲛鱼，一些淡水鱼类也出现了这种情况，比如艏鳍、大口黑鲈和暗色狗鱼。

图5.1  汞的甲基化和生物放大作用

来源：佩德里克·韦斯博士。

三丁基锡也是一种值得关注的金属有机化合物。但和汞不同的是，三丁基锡会在环境中降解，它会随着时间的推移慢慢失去丁基，一开始会降解成二丁基锡，然后变成单丁基锡；它的毒性也会慢慢减弱，最终将变成毫无毒性的无机锡。有机锡是剧毒的，但无机锡是无毒的。

金属比较容易在什么样的环境中积聚？

金属通常不会在水体中积累到很高的浓度，但它们会附着在沉积物上。沉积物上的金属很容易被以底栖生物为代表的海洋生物所吸收，从而进入食物链中。与沉积物结合的金属的生物可利用度决定了它们的毒性。由于沉积物颗粒越小，越易结合金属物质，因此沼泽和河口中的淤泥与黏土细颗粒比沙子更容易结合金属物质。细颗粒沉积物中高含量的金属物质更易被某些底栖生物吸收。这些底栖动物也通过沉积物颗粒周围的水来吸收金属物质，这种水被称为“孔隙水”。其他底栖动物则直接食用沉积物。沉积物中的酸挥发性硫化物会与一些金属物质结合，利用这一特性可以检测沉积物中某些金属物质的毒性，这些金属物质包括铜、镉、镍、铅、汞和锌。理论上，沉积物中的酸挥发性硫化物会与金属反应生成难溶的金属硫化物，这种金属硫化物相对来说不那么容易被生物吸收。河口(如贝里溪湿地)中的沉积物中往往含有高含量的硫化物，因此它上面结合的金属的生物可利用性就相对比较低。具有讽刺意味的是，提高上覆水中的氧含量会减少酸挥发性硫化物的量，从而增加金属物质的生物可利用性。因此，增加水体中的氧含量会提高水体中金属物质的可用性，也可能会使原本固定在沉积物中的金属物质渗入水体中。

生活在沉积物中的蠕虫可以很容易地吸收汞。其中，多毛类蠕虫在潮间带泥滩中的数量非常多而且分布广泛，它们是汞在食物网中发生生物放大效应的一个重要来源。沉积物表面的汞含量也和在表面摄食的蠕虫体内的汞含量有关联，而沉积物底层中的穴居蠕虫体内汞和甲基汞的含量更高。这表示研究这些蠕虫的摄食机制对于预测汞的生物积累作用是很重要的。

汞可以随着大气传播到其他很远的地方，在北极发现的汞就是一个很好的印证。现在看来似乎亚洲产生的汞污染的长途传播是北极大气中汞的重要来源之一。这些汞进入水体后会演变成兼具毒性和生物放大性的甲基汞。生物体内的汞含量已经上升了很多，它受到甲基汞、食物网结构和动物行为(如摄食行为)的影响。即使生活在远离任何汞污染源的北极，也难以逃脱汞污染的影响——因纽特人血液和毛发内的汞含量很高，出现这种情况要归咎于他们对于传统食物（如海洋哺乳动物）的依赖，因为这些海洋哺乳动物位于海洋食物网中比较高的地位，这意味着它们会特别容易受到汞污染的影响。

不同的金属都有哪些毒性作用？

汞，尤其是甲基汞，是目前毒性最强的金属物质。它会影响胚胎发育，而且和铅一样具有神经毒性。任何在低浓度时可以对神经系统产生影响的化学品，都可能对动物的行为产生影响，在接触包括金属在内的各种污染物后，动物通常会减少摄食和消化。对动物来说，减少摄食并不仅仅是对污染物的一般反应，这可能会使动物营养不良，导致它们更易受其他污染物和自然条件的影响。减少食物摄入对很多动物来说意味着动物活性的减少，这就会使动物的行动变慢，使得它们摄食和从捕食者那里逃脱的能力降低。这样的话，这种由污染物引起的生物对金属和营养物质摄取上的改变将会对整个生物种群造成影响，继而对整个生态系统造成影响。

许多金属物质都会降低多种生物的呼吸频率和代谢率。科学家们通常通过测量生物的氧耗量来探究代谢率的变化。呼吸频率的下降可能是生物的食物摄取减少的一种反应，作为一种节约资源和能量的方式。例如铜、铅、锌和镉这样的金属物质会影响珊瑚的共生藻(如虫黄藻)细胞的光合作用，而这些细胞为珊瑚礁生态系统中的许多生物提供营养。生物在接触到这些金属物质，尤其是铜之后，其负责维持体内盐分浓度的渗透压调节系统会受损。维持体内的化学物质平衡对于生活在河口这样波动环境中的生物来说特别重要。一些被称为“渗透压调节者”的动物可以根据环境的不同来调节体液中的盐分浓度。在海洋中，它们通过摄入海水来补偿由于渗透作用而从体内渗透出的水分，并通过鳃将多余的盐分排出，而这个过程需要消耗能量。当一个“渗透压调节者”从海洋到达低盐度的河口环境之后，它会发现自己身处于与原来截然不同的环境之中——在海洋中它需要通过渗透作用吸收水分，而在河口中它需要保持体内的盐分并将体内多余的水分排出。

污染物会影响海洋动物鳃中的酶，扰乱动物的渗透压调节功能。污染物也可能会影响动物的繁殖过程。一个需要特别注意的问题就是：污染物即便在很低的浓度时也会对动物的内分泌系统产生影响，使动物产生内分泌系统紊乱的现象。金属和其他一些污染物会影响配子生产、交配和受精，而繁殖过程的每个阶段都是环环相扣的。然而，虽然大多数海洋动物每年都会产生很多的胚胎，但目前关于这些污染物对海洋动物生殖系统的损害程度，并进而对种群数量产生了多大的影响还不是很清楚，关于这方面的研究还不是很多。

三丁基锡对海洋生物种群数量的影响最明显的例子是其对狗岩螺的影响。三丁基锡是一种曾经被广泛应用于船舶防污涂料的化学品。当时阿尔齐厄(Alzieu)和他的同事们在法国第一次发现这种防污性能良好的化学品可能会对海洋生态产生影响，那时他们发现码头附近的牡蛎看起来和正常的牡蛎不一样。这些牡蛎的壳变得非常厚，呈球状，而且里面的肉变得很少，这样的牡蛎已经不具有市场价值了。在一些卓越的研究中，科学家们发现这些牡蛎的畸形可以归咎于码头中停泊的船舶上的防污涂料。第二个发现是狗岩螺的种群数量下降，并且欧洲各地码头附近的雌性狗岩螺长出了雄性性器官。这种情况被称为“性畸变”。彼得·吉布斯(Peter Gibbs)和杰夫·布赖恩(Geoff Bryan)发现，当这种情况很严重时，雌性狗岩螺上的雄性性器官将会堵塞输卵管，使其不能产生卵子，从而无法繁殖生育。雌性狗岩螺身体出现雄性性器官是由于其体内不断增加的雄性激素所致。这种使雌性狗岩螺不育的症状大大减少了狗岩螺的种群数量。这些问题的出现加速了一些针对游船上涂抹三丁基锡的规定、限制乃至最后形成禁令的发展。在“内分泌紊乱”一词被用来描述这种效应之前，雌性狗岩螺的“性畸变”现象已经被发现和研究了很多年。由于大多数有机污染物都会导致动物内分泌紊乱，因此我们将在有关有机污染物的章节里再详细讨论内分泌紊乱这一现象(详见第6章)。

软体动物并不是三丁基锡的唯一受害者，它们只是相比其他动物来说对这一物质更加敏感。20世纪80年代后半段所出台的关于三丁基锡的法规中所规定的浓度依然超出了软体动物的承受范围，因此在这一法规的基础上又发展出了针对三丁基锡更加严格的法规。

生物在生命的早期阶段比在随后的阶段更易受环境中污染物的影响。胚胎很容易受像甲基汞这样具有发展性毒性的污染物影响，在母体的卵子形成阶段，配子从亲体进入水体并受精的短暂时间以及受精之后都有可能会接触到甲基汞。卵子发生阶段所接触的化学品可能会使随后发育的胚胎产生畸形。在受精过程发生之后，胚胎也有可能受到化学品的影响。在胚胎发育阶段或是一些更短的时间段也都有可能会接触某些有毒化学品。这些情况会造成生物发育迟缓、产生畸形和孵化减少的问题。某些化学品对生物产生的影响则会在该生物发育的后期（如幼年期甚至是成年期）才会显露出来。大多数海洋动物在孵化之后都是以浮游幼虫的形式存在的，这跟它们成年后的样子很不相同。对于某些生物来说，它们在幼年期可能要比在胚胎期更易受污染物的影响，因为它们在胚胎期与外界之间还有一层能减少其与外界污染物接触的屏障，而在孵化或出生之后，这层屏障就没有了。这些幼虫同样也需要游动并寻找食物。大多数底栖无脊椎生物的幼虫都是以浮游生物的形式存在的，它们要经历一次变态发育才能变成父体或母体的样子沉到海底去生活，然而在接触到污染物之后，它们的变态发育可能会受到影响。

这些海洋生物在生命的其他发育过程也同样可能会受到类似金属之类的污染物的影响。生物的摄食量减少带来的最明显的影响就是对其成长的影响，即便污染物不影响生物的摄食，其成长也可能会受影响，因为这些生物必须要消耗自身的能量来应对这些污染物。用来应对污染物的能量消耗越多，可用来支撑成长的能量也就越少。不只是身体发育过程，生物的蜕皮和再生过程，钙化结构(外壳和骨骼)的发育，致癌作用以及银化(将在下文中给出其定义)等过程都是发生在幼年期之后的发育过程。生物在这些过程中都对金属污染物十分敏感。例如，鲑鱼会在淡水河的上游繁殖后代，它们的胚胎孵化之后会在那里生活一段时间再返回到海洋中去。它们在这个阶段会经历一个被称为“银化”的发育过程，此过程将赋予它们调节渗透压和在盐水中生存的能力。银化过程受甲状腺激素调节控制，而且容易被多种污染物破坏。铝是土壤中的固有成分，其生物可利用性低，因而通常情况下并不会成为环境问题。然而，由酸雨所造成的淡水低pH环境(酸性环境)则可能会提高铝的生物可利用性。如果鲑鱼所处的淡水环境因为酸雨而导致pH降低的话，幼鱼可能会同时面临着铝和酸雨的危害，因为这两种物质都可能会对其产生毒性作用。根据弗罗德·克罗格隆德(Frode Kroglund)和本特·芬斯特德(Bengt Finnstad)的研究，短期的铝接触和适中的酸度会提高这些鲑鱼幼鱼在返回海洋时的死亡率，降低大西洋鲑鱼的种群数量。铝会降低这些鲑鱼幼鱼对不同盐度环境的适应能力，因而可能会使它们一到达海洋就死亡。铝同样会降低它们体内生长激素的含量，引起这些鲑鱼幼鱼的应激反应或死亡。

污染物最有可能改变海洋生物的行为习性。类似甲基汞、铅或铜这样的化学品即便是在很低的浓度时，都会引起生物行为习性上的显著变化。韦斯及其同事们发现生物习性上的改变除了具有敏感性外，还会对其群体数量和种群水平造成影响。他们研究了污染对海洋生物包括游动、掘穴、洄游、猎食、躲避捕猎、繁殖、入侵和社交互动在内的一系列行为习性的影响，发现污染物对这些行为习性的影响可能是直接的，也可能是间接的。间接影响包括由于摄食的减少而带来的能量减少以及由此引发的活动减少和繁殖成功率的下降。生物在胚胎期所接触的污染物对其行为习性的影响则有可能会在幼年期或更晚的时候显现出来。

我们也可以将生物行为习性上的改变归咎于这些污染物对其神经系统的潜在影响。例如，铜对鱼类的嗅觉系统的毒性作用十分强，而鱼类是用嗅觉去导航和感知捕食者或猎物的存在的，嗅觉系统的受损使得它们的这些能力也受到损伤。詹姆斯·汉森(James Hansen)和他的同事们发现，如果溪流中的鲑鱼幼鱼接触到铜，它们的导航能力会受到损害，之后返回海洋的过程就会变得异常艰难。铜对海螺的毒性作用也非常强，铜会进入海螺的壳中并保持非活性的状态。另外，牡蛎体内则可能会积聚大量的铜，对于体内铜含量高的牡蛎，其组织就会呈现出铜绿色。吃了这种牡蛎的海螺就会受到铜污染的影响而变得迟钝且食物摄入量减少。

海洋生物如何保护自己免受有毒金属的影响？

生物体中有很多机制是可以在生物吸收进金属物质之后降低其毒性的，如以金属结合蛋白或颗粒等无毒形式存储。其他的应对方法包括分泌出应激蛋白质和进化出金属耐受性。关于这些我们将在第8章中展开详细讨论。

海味品中不断增加的金属含量会对人类造成危害吗？

由于甲基汞会在食物网中发生生物放大效应，因此食用一些处于海洋食物网顶端的大型鱼类（如金枪鱼、剑鱼）的行为看起来有点冒险了。不同海味品中的汞含量也是非常不同的。明确这些不同的汞含量对公众健康的影响和制定安全食用标准来说很重要。妇女产前接触甲基汞与婴儿注意力表现受损有关，目前对于多少剂量的甲基汞会造成婴儿行为上的问题还没有明确的数据。O.鲍彻(O.Boucher)和他的同事们在一项针对因纽特人母亲(她们食用大量的鱼类)和她们的婴儿的研究中发现，这些婴儿的脐带血中的汞含量很高，这使得这些婴儿在儿童时期注意力不集中并容易患上多动症。

美国人通过食用海味品而摄入的汞大半来自食用大型的金枪鱼和剑鱼，如美国儿童喜欢吃高汞含量的金枪鱼三明治。在美国汞政策计划机构的研究中，消费者维权组织发现金枪鱼罐头里的汞含量非常高。这个团体宣称：长鳍金枪鱼和白金枪鱼体内的汞含量是一个儿童正常可以承受的汞含量的3倍。他们建议学校和儿童父母不要给小孩吃这些东西。这个团体还建议体重在55磅以下的儿童应该一个月最多只能吃一次淡金枪鱼，而超过这个体重的儿童则每个月最多只能吃两次。欧盟建议怀孕期和哺乳期的妇女每周食用金枪鱼的次数不要超过两次，而美国食品药品监督管理局则建议这些敏感人群要避免食用鲨鱼、剑鱼或康氏马鲛，但应该食用少量金枪鱼。有的人认为这些相关部门给出的建议都过时了，现在的标准需要更严格，因为即便是低微含量的汞也会对胎儿和儿童造成影响。

金属污染的未来趋势是怎样的？

我们可以预见未来金属污染将会全面减少，但是这个进程会非常缓慢。波罗的海的海水和生物群中的微量金属含量已经得到了很好的监控。虽然波罗的海的污染情况要比远洋海水严重，但十多年来，许多地区的溶解镉和溶解铜的含量已经在缓慢下降了，这种情况可能是由于水体富营养化导致水体环境缺氧加剧，并使这些金属物质慢慢沉降，而非金属污染的实际减少。另外得益于无铅汽油的使用，铅污染也在不断减少。但是，沉积物中的铅含量依然很高。此外，汞和锌的含量也呈下降趋势。在一些人们经常食用的鱼类身上也检测到了这些金属污染物含量有所下降。露西娜·波拉克尤什恰克(Lucyna PolakJuszczak)发现几乎所有的鱼类体内的镉和汞的含量都下降了。相应地，许多可供人类食用的鱼类肝脏中的铅含量也明显下降了。

我们应该如何减少金属污染？

对金属污染的处理，我们首先要减少金属物质的排放并修复已经被金属污染的海域，这正是美国环境保护署的《超级基金法》的关注重点。《超级基金法》是一部鉴定全美污染最严重地点并随后对其实施清理计划的联邦法案。关于对受污染的沉积物的修复处理技术目前还处于发展中。目前使用最普遍的技术就是将被污染的沉积物疏通后并对其进行处理。沉积物的减量(也就是说，只去除那些需要处理的沉积物，并使得去除的沉积物中的水分尽量少)会降低花费，精密的疏浚技术可以减少需要处理的沉积物的量并减少工程费；适当的预处理措施也可以降低疏浚工作的费用。当这些沉积物需要被送到其他地方进一步处理或封存的时候，由于其渗滤液的存在，我们需要对其进行有效的清除和转运措施。大多数疏浚措施可以成功地去除被污染的沉积物。

自然衰减是什么？

沉积物的自然修复过程(人类什么也不做，就让其自我修复)的成本很低，而且在一些情况下对人类和生态系统的风险也最小。当沉积物表面的污染物浓度较低，并且被较干净的沉积物迅速覆盖，或者自然过程可以降解或中和这些污染物时，从沉积物中释放到水体中的污染物就会逐渐减少。但这样放手不管让自然去修复的做法也有缺点，那就是会有更多的污染物都存在于沉积物的底层，当沉积物表层被强烈的风暴吹起来之后，这些污染物就有可能被释放出来。

什么是覆盖技术？

覆盖技术指的是将干净的沉积物(大约有1米厚)覆盖在受污染的沉积物底层之上。覆盖技术可以将受污染沉积物与海水隔离开来，而且可以防止风暴将表层干净的沉积物掀开。原始的沉积物底床必须可以支撑住这层覆盖物的重量，而且覆盖的材料(如干净的沙土)也必须是环境中可以找得到的，水力学条件也必须可以保持这层覆盖物的完整性。基底的一些改变，穴居的底栖生物，或是新的沉积物，都可能毁掉这层覆盖物。使用覆盖技术有一个障碍，就是《超级基金法》的规定，它要求对污染物的管控手段要尽可能长久，而覆盖技术并不被认为是一种长久的管控手段。

密封式海洋倾倒是什么？

密封式海洋倾倒(confined aquatic disposal，CAD)是指先在海洋底部挖一个深坑，然后将被污染沉积物置于其中，再将其密封起来的技术。这项技术可以在不适用覆盖技术的浅海水域使用，而且很适用于航路疏竣工程中对一些轻度污染的沉积物的处理。虽然目前这项技术已经很成熟了，但是密封式海洋倾倒还没有被广泛应用。总结起来，密封式海洋倾倒的优点之一就是可以与传统的挖泥设备连用，而且不会改变周围的化学环境；缺点包括在污染物的移动和填埋过程中，可能会有污染物泄漏出来等。

什么是金属物质的生物修复？

生物修复是一项利用微生物将污染物消化吸收或将其转化为无害物质的过程。这种技术可以是原位修复，也可以是异位修复。原位生物修复就是在污染地点处理污染物，而异位生物修复是将污染物带到别的地方进行处理。生物修复可以在当地已经存在微生物的情况下自然进行(自然衰减或内在生物修复)，还可以通过添加肥料来加速；我们也可以在当地的微生物群落中添加特殊的微生物菌株来提高其修复污染的能力。我们还可以使用一些特殊的基因工程菌株。然而，并不是所有的污染物都可以很简单地被微生物修复。例如，镉和铅这样的金属物质就不会被微生物吸收或吸附。如果微生物将汞带入食物链的话，其负面作用要远远大于正面作用。适合用来进行生物修复的微生物应该具有对金属物质的耐受性，且具有很强的金属结合能力，即在接触金属之后可以生成金属结合蛋白。有些微生物体内具有可以保护自己免受金属毒性影响的生化机制。这方面比较典型的一个例子就是微生物对汞污染的修复作用。其他情况下，微生物可以将有毒的金属封存在土壤或沉积物中，或是产生特殊的可以在被污染土壤中结合金属的物质。这些经过微生物处理过的金属物质可以从土壤或沉积物中去除。有两种微生物可用来去除污染环境中的金属物质。第一种是异养微生物(它们跟动物一样需要外来的食物)，它们通过产生有机酸的方式来活化金属物质。另一种是某些种类的自养细菌(它们和植物一样不需要外来的食物)，它们通过氧化元素硫产生可以过滤金属的硫酸。一些对多种金属具有耐受性的真菌和细菌可以用来处理多种金属污染物。生物修复技术具有成本效益，所需花费要比陆地填埋少。目前该领域的新技术(如基因工程技术)和工具正在推动这项技术的蓬勃发展。

植物修复是什么？

人们发现盐沼和红树林中的一些植物可以减少进入河口的金属污染，同时也可以在一定程度上修复沉积物中的污染物。湿地沉积物中会积聚很多污染物，许多湿地植物都可以去除这些包括金属物质在内的污染物。利用植物去除或固定污染物的做法被称为“植物修复”，它具有与众不同的机理。植物修复是一项相对较新的技术，而且被认为是一种成本低、效率高、生态友好、公众接受度高的新技术，这是当前研究的一个活跃领域。在盐沼中，通常采用植物稳定化的方法去除金属污染，即植物将金属污染物固定和存储在自己的根部或土壤中；而植物摄取则相反，它是指富集植物将金属物质聚集在自己地上的组织中，人们可以利用富集植物的这种作用去除土壤中的金属污染物。在利用富集植物的时候，我们必须及时地将其清除掉，以免在它死亡和分解后其体内的金属物质又重新回到土壤中去。这在陆地上经常发生。然而一般来说，湿地中的植物并不会富集金属污染物，而且在任何情况下，收割植物对根系植物丰富的湿地来说都是一种伤害。

湿地中的金属污染物一般被认为会下沉到沉积物中，且含量较高，尤其是在低氧环境下的沉积物中。湿地沉积物中的金属物质的生物可利用性相比陆地土壤中的金属物质是非常低的，因为陆地土壤已经被氧化了。不同形态的金属物质具有不同的生物可利用性，如水溶性金属物质的生物可利用性就比较高；而以无机化合物形式或是和腐殖质结合的形式存在的金属物质，其生物可利用性就一般；以不溶性硫化物形式存在或是结合在矿物上的金属物质就不具备生物可利用性。在河口环境中，缺氧沉积物中的金属物质大多与硫化物(如酸挥发性硫化物)紧密结合。然而，一些湿地植物(如米草属的互米花草)能以向沉积物中传送氧气的方式来氧化它们根旁的沉积物，这个氧化过程可以使金属再次恢复活性，提高它们原本很低的生物可利用性，改变湿地中金属物质的分布。有植被土壤中金属物质的浓度要比无植被土壤中的高，而且植物根系旁的土壤中金属物质的浓度尤其高。有人使用了分子探针去探究植物吸收、运输、吸集和耐受金属物质的机理。

盐沼中的植物可以吸收沉积物中可被生物利用的金属物质，并将它们大量储存在自己的根系当中。这些植物也可以将根系中储存的金属物质向上运输到自己的茎和叶中。这种向上运输的程度取决于植物的种类、金属的种类和环境条件。互米花草可以将大量的金属物质转运到自己在地面上的组织中，因而其在河口食物网的金属转移中起到了重要作用。当植物将其吸收的金属物质转运到自己的茎叶中之后，这些金属物质一旦离开这些植物的茎叶就可以被沼泽生态系统利用，这也是互米花草所起到的作用。互米花草的叶子下面有可以排出盐类的盐腺，它所吸收的金属物质也可以通过盐腺排出体外。这种从植物茎叶组织中排出金属物质的方式可以减少植物组织中金属物质的含量，但会增加进入生态系统中的金属物质含量，并且这些金属有可能会进入河口食物网。没有排出的金属物质则会留在植物的茎叶中，当植物死亡后，植物的茎叶会落在沼泽表面并腐烂。沼泽中某些诸如软体动物和甲壳动物的生物则可能会吃掉这些腐烂的植物。相比之下，被广泛应用于污水的湿地处理中的入侵性物种——芦苇，则会将自己吸收的大部分金属物质留在地底的根系中，只将一小部分的金属物质转运到地上的组织中。

研究表明，在河道下游红树林中，一些金属（如铁、镍和铬）的浓度要比正常浓度高出10到100倍，这些红树林是用来吸收污染物的。然而，由于当地人口增长、海岸线城市化、红树林沼泽地转变为对虾养殖场和使用其木材作燃料，热带地区的红树林面积正在不断减少。如果没有红树林所形成的致密的网状植被，携带污染物的沉积物会很容易进入潟湖和河口这些具有生物多样性的环境中，这会给当地以渔业和水产养殖业为主要收入来源的人们带来影响。

6  农药和工业有机化学品污染

海洋环境中的农药从何而来？

农业、草坪、高尔夫球场和花园中的农药会随着雨水进入地表径流最终到达河口。这些化学品原本是用来杀死陆地上的农业害虫(通常是一些昆虫)。在陆地上喷洒农药以后，下雨的时候，雨水会将残留的农药带入水体从而影响水生动物。也有些地方直接将农药喷洒在沿海生物栖息地上，众所周知，像盐沼这样的环境中会有大量的蚊子、苍蝇和其他昆虫，所以它们是杀虫剂的直接施用场所。在美国西海岸，穴居虾被认为是牡蛎生长的河口区域的害虫，西维因就是用来对付这种虾的。人们会在沿海的沼泽中使用除草剂来除掉不想要的植物，比如美国东海岸常见的芦苇和西海岸常见的互花米草。这些除草剂同样会使河口和沼泽中的生物受到影响。除了直接应用于盐沼和河口的农药之外，还有些杀虫剂和除草剂会从高地地区被冲刷进来。

这些化学品进入水体后会发生什么反应？

这些受到广泛关注的化学品都是一些持续性强、不易分解、易在生物体内积聚，而且在很低的浓度就会产生毒性的化学品。其中，某些化学品已经在许多国家都被禁止使用了，然而海底沉积物中还残留着这些化学品，比如滴滴涕。有些国家依然在使用这些化学品，这些化学品依然通过地表径流进入水生环境中。几十年来，有关有机氯化学品(大部分是一些滴滴涕相关农药、多氯联苯和二噁英类物质)的研究已经开展了很长时间。滴滴涕(见图6.1)是目前已知的世界上效力最强的农药，可以杀死成百上千种昆虫。

图6.1  滴滴涕分子结构

化学家保罗·米勒(Paul Müller)在1939年首次发现滴滴涕可以用来杀死昆虫，他因此获得了1948年的诺贝尔生理学或医学奖。第二次世界大战期间，滴滴涕被用来去除南太平洋群岛上的致疟疾昆虫，也被当作一种灭虱粉使用。当滴滴涕转向民用后，因其低剂量就可以达到良好且持久的灭蚊效果而被认为是一项堪称奇迹的发明。它可以杀死几乎所有种类的昆虫，而且对人类并没有特别的毒性，所以滴滴涕在蚊虫和公众产生抗药性之前取得了巨大的成功。滴滴涕及其相关化学品都是脂溶性的，且持久性强、难降解。每次喷洒滴滴涕后，并不是所有的昆虫都会被杀死，存活下来的昆虫个体经过繁殖，它们的后代将具有抗药性。久而久之，昆虫种群进化出对滴滴涕的抗药性，这是一种选择性进化。最终，昆虫进化出来的抗药性使得人们不得不使用新的杀虫剂来应对这种情况。因其在环境中的难降解性和低水溶性，氯化烃类物质往往会残留在沉积物和动物组织中。相关的农药包括艾氏剂、狄氏剂、氯丹、七氯和毒杀芬，这些农药一旦进入水体便会致使鱼类死亡。氯化烃可在环境中残留数十年，尤其是沉积物中，所以即便是在它们被禁止使用很长时间以后，人们依然会在海洋环境中发现这些化学污染物，发现它们持续对海洋生物造成危害。它们会因为海风或洋流的作用而被带到很远的距离，例如欧洲、俄罗斯和北美洲的污染物可能会被带到北极。一些渔业商人会用船舶拖行海底渔网来捕鱼，莱克西斯(Lycousis)和柯林斯(Collins)发现这种行为会搅动海底的沉积物使其释放出残留在其中的污染物。海洋动物会因此吸收大量释放出来的污染物而产生中毒现象。例如，进行过这种捕鱼作业的海域中的贻贝仅仅接触了这些污染物一个月的时间，其体内的氯化物含量就超出了欧盟规定的导致发育和生殖异常的最高值，贻贝中的高含量化学污染物引起了公众对健康的广泛关注。

海洋生物会从水体中、沉积物中和食物中吸收污染物，这些污染物在海洋生物组织中的浓度可能会大大超过其原本在海洋环境中的浓度。这些化学污染物不仅会在海洋环境中残留，而且会通过食物链发生生物放大效应，从食物链的一级上升到另一级。滴滴涕和其他氯化烃类物质会积聚在脂肪组织中。动物会从食物中获得和积累这些化学污染物，每个营养级生物体中的这些化学污染物的含量都要比其低一级的生物体中的含量要高。因此，海洋食物链中处于顶级位置的食肉动物体内的化学污染物含量往往是最高的，这些顶级食肉动物包括大型鱼类、掠食鱼类的海鸟、海洋哺乳动物和人类。因为生物放大作用，大型肉食性鱼类体内的有害污染物的量会很高，为了健康起见，人们应该避免食用它们。

《寂静的春天》具有怎样的重要性？

蕾切尔·卡森看到因喷洒滴滴涕而死亡的鸟类受到了感触，写了这部有关滴滴涕的危害的著作。《寂静的春天》一书描写了滴滴涕是如何进入食物链，并在包括人类在内的动物的身体组织内积累并引发癌症，以及对基因造成危害的。她写道，“对农田庄稼施用一次滴滴涕后效果可以维持数周或数月的时间，滴滴涕的效果不仅对目标昆虫有用，对其他昆虫也具有杀害作用，而且被雨水稀释后依然会残留有相当的毒性。”她在书中总结了滴滴涕和其他氯化农药会对鸟类和其他动物造成的危害，并说明了这对世界粮食供给的影响。这本书在当时对人们起到了警示作用，并引起了化学工业界的强烈反对。当时的化学工业界宣称：“如果人们都听从了蕾切尔·卡森的建议，那么我们将回到黑暗时代，昆虫和疾病将占领地球。”蕾切尔·卡森预料到会有这样的反应，于是在书中引用很多科学论文并且列出了支持她观点的科学家的名单。许多杰出科学家都和肯尼迪总统科学顾问委员会一样，表态支持此书。这本书最终使得美国政府对滴滴涕的使用进行了更严密的监管，并最终禁止使用滴滴涕。在随后的数十年间，其他氯化烃类农药也逐渐被停止使用。《寂静的春天》留给我们的一项重要的“遗产”就是它提高了公众的环境意识。环保运动的增多是人们环保意识增强的结果。大多数地区在20世纪70年代已经全面禁止滴滴涕和其他氯化烃农药的使用。在美国，《联邦杀虫剂、杀菌剂及灭鼠剂法》要求农药的规范使用必须使它所带来的负面的生态影响和管制农药使用的经济成本，以及它提供的效益相平衡。

有哪些新型的农药？

从20世纪60年代以来，农药的种类大大增加了。人们使用了数百种化学品来制造农药，这些化学品一般都是混合使用。新型的化学品并不像氯化烃类农药那样难以降解，一般情况下也不会杀死鱼类。然而，它们却能造成一些亚致死效应，比如有些新型的农药会干扰生物内分泌，改变生物的发育和行为，使它们的生长速率降低，以及产生一些其他的影响。诸如有机磷酸酯和氨基甲酸酯的“第二代农药”在环境中并不像先前的农药那样难降解，但是如果在一些生物的早期生命阶段和繁殖时节喷洒的话，也会对生物造成危害。有机磷酸酯类农药在环境中降解只需要几周的时间。它们由一些类似神经毒气的化合物发展而来，并且会抑制生物机体神经冲动的传递。高剂量的有机磷酸酯会过度刺激生物的神经系统，并引发恶心、目眩，甚至会引起严重中毒、抽搐和呼吸麻痹症状。双硫磷是一种常常用在盐沼中的有机磷酸酯类农药，它被认为对鱼类、鸟类、昆虫(无论是益虫还是害虫)、虾和蟹都有危害作用。为了控制蚊虫而使用这种农药后，人们发现招潮蟹和浮游动物的数量也减少了，而且这种农药会在一些盐沼生物，比如羊头鲦鱼、贻贝和招潮蟹的体内聚积。马拉硫磷可以用车来进行喷洒，它可以渗透进植被，杀死成年的蚊虫。马拉硫磷被认为是最安全的有机磷酸酯类农药之一，经常用于大型灭虫项目。然而，蜜蜂对这种有机磷酸酯类农药相当敏感，施用这种农药之后会影响下风向的蜜蜂种群。马拉硫磷可在环境中快速降解，尤其是在潮湿的土壤中，而且它对河口生物、鸟类和哺乳动物的毒性也相对较低。它往往在几周内就能被水、阳光和水体或土壤中的细菌所降解，但它在完全降解之前会影响河口中的非目标生物。在环境和动物组织中可以探察到最近使用过的农药的痕迹，即便这些农药比先前的农药要更容易降解。在农业区的水体、沉积物和河口的水生生物体中也可以发现很多不同的农药(如杀真菌剂、除草剂和杀虫剂)。

“第三代农药”是什么？

在认识到第一代农药和第二代农药的广泛危害后，人们开始着手去开发新型的只对昆虫有作用的农药。昆虫生长调节剂对鸟类、哺乳动物和鱼类的毒性要小得多。这些新型的农药通过模仿昆虫特殊的生物特性和基因特性来影响昆虫幼虫的蜕皮周期。杀幼虫剂的目标是幼体期的昆虫，对非目标生物的危害性小，而且与那些针对成年昆虫的杀虫剂相比，更有效也更专一。杀幼虫剂在昆虫成年以前就将它们杀死在幼虫栖息地中。烯虫酯是一种已经被投入使用的杀幼虫剂，这是一种模仿昆虫保幼激素的昆虫生长调节剂。昆虫保幼激素可以起到抑制幼虫变态的作用。昆虫在蛹期一旦停止分泌保幼激素，就会开始向成年状态发育。如果在这个时候昆虫体内含有烯虫酯的话，它们就会停止发育并以蛹的状态死去。虽然目前发现这种杀幼虫剂对非目标生物产生影响的例子极少，但是依然有人认为这种杀幼虫剂可能会对甲壳动物造成危害，因为甲壳动物和昆虫的关系十分密切。还有一种杀幼虫剂叫作除虫脲(Dimilin)，这是一种几丁质合成酶抑制剂。几丁质是节肢动物外骨骼的主要成分之一，目标害虫和非目标的甲壳动物都是节肢动物。几丁质合成酶抑制剂会阻止幼虫蜕皮，最终导致幼虫死亡。对于甲壳动物来说，它们的外骨骼中也含有同样的几丁质，所以在喷洒除虫脲之后，甲壳动物会受到很严重的伤害。甲壳动物占了浮游动物中小型动物的绝大部分，而浮游动物的数量减少便意味着小型鱼类食物的减少。这种农药同样会影响一些稍大型的甲壳动物，比如虾和蟹，尤其是在这些动物的幼体期且需要频繁蜕皮的时候。

引起昆虫疾病的细菌也可以被用来当作杀虫剂使用。例如，苏云金杆菌以色列亚种是一种常被用在盐沼中的杀虫剂，它可以产生对蚊虫幼虫具有选择性毒性的蛋白质晶体，这种蛋白质晶体一旦被昆虫吞食，便会使昆虫的消化道破裂并使昆虫快速死亡。当引起昆虫疾病的某些细菌被用作杀虫剂时，其使非目标生物受害的可能性较小，但对蜜蜂、蝴蝶、蜻蜓和其他益虫也可能会有危害。

如何监管农药的使用？

在美国，《联邦杀虫剂、杀菌剂及灭鼠剂法》要求农药的规范使用必须均衡农药所带来的负面生态影响和其在控制害虫数量方面带来的有利影响(比如农业增产方面)。在农药的登记使用方面，评估农药的生态成本往往比计算它的经济效益难得多。目前，农药的毒性测试内容是由农药生产商来进行的，这些生产商会倾向于低估他们生产的农药的不利影响。大多数《联邦杀虫剂、杀真菌剂和灭鼠剂法案》规定的毒性测试都是基于致死效应，即LC50(半数致死浓度，杀死50%的实验动物的剂量)，而不是亚致死效应。由于半数致死浓度不涉及物种之间的差异、亚致死效应或延迟效应，因此其与现实中农药危害性的相关性不是很大。大部分用于标准测试的水生生物都是淡水物种，如虹鳟鱼、蓝鳃太阳鱼和水蚤。这些标准测试都是用来测试单一化学品对于动物的毒性，而自然界中的动物却要接触多种化学品，而且每年都会有新种类的化学品投入使用。这些化学品的混合毒性到目前为止还没有被完全探究清楚。

什么是有害生物综合治理？

对于害虫的防治，目前正在慢慢地从以前依赖化学杀虫剂向“有害生物综合治理”方向转变，有害生物综合治理包括对害虫数量、源头控制、杀幼虫剂的监管，以及生物防治。盐沼的监管项目涉及成虫、幼虫和幼虫栖息地，而且只有当害虫的数量超过一定界限后才会采取相关的措施加以控制。源头控制涉及根除害虫幼虫的栖息地，还包括对开放的沼泽水环境和旋转蓄水池的管理，旋转蓄水池会在夏天的时候起到蓄洪的作用，并会减少蚊虫繁殖。生物防治手段包括使用一些蚊虫的天敌来捕食这些蚊虫的幼虫，例如水生无脊椎动物、食蚊鱼和鱼。

农药对非目标生物有哪些影响？

20世纪60年代，人们发现在美国沿海地区的一些猛禽（如褐鹈鹕、鹰和鹗）的体内有高浓度的滴滴涕及其同类型的农药，这影响了这些鸟类的繁殖能力并使它们濒临灭绝。这种情况直到20世纪70年代，这些农药被禁止使用后才有所好转。滴滴涕及其同类型的农药会使这些鸟类生下来的鸟蛋的蛋壳都非常薄，这会导致这些鸟蛋非常容易破碎而繁殖失败。

毒效应可能是致死的或亚致死的，这可以通过实验室研究或实地观测计算出来。我们可以探究这些化学物质对不同等级的生物组织的毒效应，从分子水平(如酶或DNA)，到生物水平(如生长、生理、行为、发育)，再到种群水平(如种群密度、出生率或年龄结构)，最后到群落水平(如物种现存数量)的影响。探究农药对生物的免疫系统、内分泌系统、神经系统和生殖系统等的影响是至关重要的。那些可能引起胚胎畸形、基因诱变、内分泌紊乱或致癌的化学品都得到了科学家的广泛关注。

滴滴涕这样的氯化烃类物质非常容易引发生物放大效应，而且其降解需要很长时间，这会使幼年期的海洋动物发育不正常，降低其呼吸速率和代谢率，损害其成长，打破动物体内的水盐平衡。有机磷酸酯类和氨基甲酸酯类农药这样的“第二代农药”依然会对环境造成危害。西维因过去常常被用来控制太平洋牡蛎养殖场中的幽灵虾的数量，然而它对珍宝蟹这样的经济养殖物的毒性也是非常大的。费尔德曼(Feldman)和他的同事们发现，幼年期的珍宝蟹对其他杀虫剂和杀真菌剂也高度敏感。马拉硫磷会通过延迟蜕皮来降低幼年珍宝蟹的生长速度；双硫磷会影响它们的行为，使其更易被捕食。

什么是内分泌干扰？

科学界对即便是在很低的浓度就可以改变生物内分泌系统的发育和功能，并影响生物体发育的化学品有着特殊的关注，这种化学品被称为“内分泌干扰物质”，这是西奥·科尔伯恩(Theo Colborn)发明的术语。已知的内分泌干扰物质包括滴滴涕和其他氯化烃类农药，特定的多氯联苯和二噁英，一些金属、塑料、洗涤剂和阻燃剂。这些化学品有着不同的作用机理，它们的作用取决于动物是在哪个生命阶段接触它们的，而且还可能在动物接触多年以后才显现出来。目前研究最广泛的是那些可以影响生物繁殖的化学品，它们可以模仿天然激素或阻止激素发挥作用从而扰乱生物体的繁殖，甚至可能使其产生雌雄间体的后代，也可能会延迟、加速或阻止生物的变态发育。

河口环境中第一个有关内分泌干扰的例子是在狗岩螺和泥螺上发现的，它们被船舶防污涂料上使用的三丁基锡影响而导致内分泌紊乱。船舶防污涂料是用来喷涂在船体上以防止藻类和藤壶附着的物质。以前，铜是船舶防污涂料中毒性最大的成分，后来新型防污涂料中使用的三丁基锡成了毒性最大的成分，它的毒性更强且持续性也更久。就像我们在之前的章节中所讨论的那样，即便是极其微小剂量的锡基化学品也会使雌性狗岩螺长出雄性性器官并导致其不育，这样就会使狗岩螺数量骤然减少。现在大部分国家都禁止使用含有三丁基锡的船舶防污涂料，狗岩螺的数量也因此得到了一定程度的恢复。很多船只都重新使用了铜基防污涂料，虽然这种防污涂料的效果远没有三丁基锡好，但它的毒性要小很多。目前也已经有研究在着手开发出无毒或毒性很小的防污技术。现在已经有一项被广泛投入使用的技术了，那就是向铜基防污涂料中添加一种被称为Irgarol的物质去增强铜基防污涂料的防污性能。虽然Irgarol不是一种内分泌干扰物质，但是它对某些植物的毒性作用却非常强，这些植物包括浮游植物、海藻和海草。它在水体和沉积物中十分稳定，而且已经成为码头周围广泛存在的污染物，并对环境造成了持续性的威胁。

一些其他农药和工业化学品在低浓度时也可能会影响生物的激素功能，有人怀疑近年来人类出现的精子数量下降和精子畸形问题的增多可能就与人们接触这些农药和工业化学品有关。近年来，有很多关于自然界中各种动物出现繁殖问题的报道。有研究发现，佛罗里达州阿波普卡湖的鳄鱼接触农药后，它们的阴茎变小了，而且精子也出现了畸形问题。一些使用莠去津除草剂的地区也出现了青蛙雌雄间体的情况；一些生活在造纸厂附近的食蚊鱼也出现了雌雄间体的情况——雌性食蚊鱼长出一条过长的臀鳍，称为生殖足，这种臀鳍一般来说只在雄性个体上才有。上文提及的鸟类因为接触滴滴涕而使其所产的鸟蛋的蛋壳变薄的问题，可能也是一种生物内分泌受到干扰而导致的现象。尽管当这种问题发生时，“内分泌干扰”这一术语还未被创造出来。对生物产生内分泌干扰效应的化学品往往会使一些鱼类和海洋哺乳动物出现雌雄间体的情况。北极熊生活在远离任何污染源的北极，但它是处于食物链顶端的食肉动物，因此北极熊的体内也可能会积聚高浓度的污染物。同时，一些北极熊似乎也出现了外生殖器畸形的情况。

什么是生物标志物？

生物标志物可以用来评估生物对污染物反应的变化，这种变化通常都是生化层面上的。诸如诱导细胞色素P-450 1A(或CYP1A)的分子型生物标志物可以用来表示生物体受到了芳香烃的影响，而且它们自身原本就是一种可以代谢芳香烃的酶系。还有一种生物标志物是雄性个体中产生的卵黄原蛋白，它标志着雄性个体受到雌激素类化学品的影响。卵黄蛋白在一般情况下只有雌性个体才会产生。上文所述变薄的鸟类蛋壳也可以认为是一种生物标志物。

农药中的化学品会对种群数量产生什么影响？

一些会直接影响生物繁殖的化学品会造成如数量下降的群体层面的效应。例如，具有神经毒性的化学品会影响包括生殖行为在内的生物行为。如果生物的生殖行为异常，那么它们的繁殖将会受到伤害且种群数量也会下降。如果化学品影响生物的摄食行为且使其进食量变少的话，它们将不会像之前未受影响那样生长、繁殖和生活；如果化学品影响生物躲避捕食者的能力的话，这些生物的寿命会缩短甚至会来不及繁殖后代；如果化学品影响生物的免疫系统的话，它们将更易受到疾病的危害。

上面只是生物接触到农药中的化学品可能导致种群数量下降的几个例子。一些长期遭受污染的地区的生物可能会对一些化学品的耐受能力增强，种群会逐渐由对化学品耐受能力更强的个体所主导。这种自然选择的过程最后会导致出现一个与先前基因不同的种群。

农药中的化学品会对群落产生什么影响？

一旦敏感物种的数量受到化学品的影响，那么群落也会随之发生变化。一般来说，当群落失去了这些易受影响的敏感物种时，它的多样性就会降低。当群落中的耐受污染的物种种群数量增多而敏感种群的数量下降时，群落组成也会发生改变。目前对于农药中的化学品对生物群落的影响的探究主要集中在底栖生物群落上，底栖生物群落主要是一些多毛类蠕虫和双壳类软体动物，它们大多生活在沉积物中而且移动缓慢。彼得·查普曼(Peter Chapman)发明了一种可以测定沉积物中污染物浓度、沉积物毒性和底栖生物群落结构（沉积物质量评价“三元法”）的方法。虽然它不能测定出哪项具体的污染物引起了对生物的毒性作用，但是它在比较不同地区或是同一地区不同时间的污染程度方面十分有用。实际污染环境中往往存在多种污染物，这些污染物会以各种方式发生交互作用，所以仅仅根据对特定污染物在特定地点、特定浓度时的作用的了解，人们是很难去预测这些污染物对环境和生物造成的影响。

海洋生物怎样抵抗这些毒效应？

动物的酶系可以将有机化学品无毒化将使它们降解。关于这方面的内容，我们会在第8章进行详细论述。从长远来看，种群中对污染环境中的化学品耐受性更强的个体会逐渐成为种群的主体。

农药污染的未来趋势是怎样的？

近二十年来，美国沿海沉积物中和生物群中持久性污染物的量总体上呈下降趋势。美国国家海洋大气局已经启动了一项监测全美300处双壳类物种(贻贝或牡蛎)种群中的140种污染物的项目。关于丁基锡类化合物，鉴于三丁基锡已经被禁止使用，88处双壳类物种种群个体体内的丁基锡类化合物的含量都大幅下降，且没有任何一处双壳类物种种群中的丁基锡类化合物含量上升。另外，由于大部分有机污染物如氯化烃类农药从20世纪70年代到80年代以来都被美国禁止了，在133处双壳类物种种群中发现了氯化烃类农药含量大幅下降的现象，且没有任何一处双壳类物种种群中的氯化烃农药含量上升。加拿大政府一直在监测鸟蛋中的污染物，并发现大蓝鹭、双冠鸬鹚和鹗的蛋中氯丹、狄氏剂和滴滴涕降解物质滴滴伊(已被禁用的农药)已经明显下降了。

多氯联苯是什么？

多氯联苯(见图6.2)也是一种氯化烃类化合物，从开始生产，直到1979年被美国禁止使用，它在此期间一直被人们广泛使用。通常有机氯类农药中会含有多氯联苯。一个多氯联苯分子由两个相连的苯环(联苯)及其上的氯原子构成。根据氯原子数量及其在苯环上位置的不同，一共有209种不同的多氯联苯分子(同源物)。一般来说，多氯联苯中苯环上的氯原子数量越多，其毒性越强。和其他氯化烃类化合物一样，多氯联苯也会在环境中残留很长时间，水溶性低，并且会在生物脂肪组织中积聚。多氯联苯被认为是一种致癌物质，并被认为与雄性不育和出生缺陷问题有关。它会降低鸟类和鱼类的孵化率和免疫反应，并改变它们的行为。多氯联苯可分为两种：共面和非共面(或称邻位取代)同源物。共面多氯联苯有着相当刚性的平面结构，其两个苯环在同一个平面上。这种分子结构类似于二噁英，相似的结构也决定了它们相似的化学性质。非共面多氯联苯的氯原子处在邻位位置，它属于毒性不那么强的二噁英类物质。虽然这类物质也具有神经毒性和免疫毒性，但它们在特别低的剂量时不会产生二噁英那样的毒性。由于多氯联苯具有不可燃性、化学稳定性、高沸点和电绝缘性，因此，它们在工业和商业方面有着诸多用途，包括用于电气设备、油漆和橡胶制品中的增塑剂，颜料、着色剂和复印纸等。

图6.2  多氯联苯分子结构

多氯联苯是如何进入海洋环境中的？

多氯联苯和农药不一样，它们进入环境中从来都不是大面积的有意喷洒所致，而是在工业制造和人类使用的过程中被无意地排放到环境中的。也有些多氯联苯进入环境中是由危险废物管理不当，多氯联苯废物非法倾倒或倾倒不当，含多氯联苯的电力变压器泄漏，含多氯联苯产品的不当填埋造成的。一些垃圾废物的焚烧也有可能会向环境中释放多氯联苯。这些多氯联苯会在环境中被带到很远的地方，有时候我们可以在离它们的产生地很远的地方的雨雪或海洋中发现它们。因其这一特性，我们几乎可以在世界各地发现多氯联苯的“身影”。一般来说，多氯联苯的相对分子质量越小(每个分子上所含的氯原子数越少)，其在环境中的迁移能力就越强。多氯联苯会在包括浮游生物和鱼类在内的水生生物区系中积聚，并且会像氯化农药和甲基汞一样发生生物放大效应。因此，海洋食物链中等级越高的鱼类，其体内所积累的多氯联苯的含量就越高。

位于纽约州北部的美国通用电气公司的工厂曾经在30年里总共向哈得孙河上游中排放了约130万磅的多氯联苯，直到1977年才被勒令停止排放。在这期间，这些多氯联苯在河流中蔓延扩展，造成了非常广泛的有毒废料问题。河流中大部分沉积物都受到了多氯联苯的污染，这使得清理工作变得非常困难且花费巨大。大约200英里的河段被划为“超级基金计划”资助的污染场址。尽管美国通用电气公司被勒令清理多氯联苯，但是他们还是和美国环境保护署斗争了数十年，直到2005年双方才最终达成协议，而直到2011年清理工作才正式开始。

纽约州环保部门对鱼类体内的多氯联苯含量进行了严密的监测。由于1976年人们发现当地条纹鲈体内多氯联苯含量明显超标，所以当时这种鱼类的商业捕捞作业被明文禁止。从那时起，纽约港周围的鱼类体内的多氯联苯的含量明显下降且稳定在一个可接受的范围内。然而，根据哈得孙河自然资源受托人2013年的报告显示，哈得孙河上游河段中鱼类体内多氯联苯的含量还是超过了安全范围。这个信托组织由纽约州政府、商务部（美国国家海洋大气局）和美国内政部的相关人员组成。大部分哈得孙河下游河段中的多氯联苯都来自上游河段，但是纽约州和新泽西的港口中的多氯联苯中约有40%来自当地的污染。

金(King)和他的同事们发现，切萨皮克湾地区白鲈体内的多氯联苯含量与当地郊区和市区的发展差别密切相关。他们用四种参数指标来表示某一地区可能对子河口造成的多氯联苯污染程度，包括不透水层百分比、总开发用地百分比、高密度居民和商业用地百分比、商业用地百分比。当流域开发用地百分比超过20%以后，这一地区的鱼类体内的多氯联苯的含量就会超过安全界限，从而使得这些鱼类不可食用。居民和商业区生产过或使用过的多氯联苯明显会在环境中残留很长时间，这些残留的多氯联苯和开发用地中新产生的多氯联苯一起，使子河口中多氯联苯的含量大幅上升。

20世纪70年代以来，美国已经禁止了多氯联苯的生产和使用，但是它们依然会在环境中迁移和扩散。在多氯联苯被禁止使用超过30年以后，它们还是会在鱼类组织中积累到一个较高的含量水平，以至于相关部门建议人们不要食用。例如，纽瓦克湾中的条纹鲈和蓝蟹就因此变得不可食用，并且纽约港河口的海味品就被认为一周最多只可食用一次。

在马萨诸塞州的新贝德福德，电气装置生产商们在生产过程中会将含有多氯联苯的废水直接排入或通过污水系统排入港口中，以至于那里形成了一个1.8万英亩的受多氯联苯污染的潮汐河口。那里的鱼类和龙虾体内的多氯联苯的含量已经超过了美国食品药品管理局规定的可食用海味品中多氯联苯含量的上限值。这使得那些经常食用这片区域中海味品的人们患上癌症和其他疾病的概率大大增加。虽然这片海域中有些物种已经灭绝，但是美国环境保护署的黛安娜·纳奇(Diane Nacci)和她的同事们发现此处的鱼已经进化出对多氯联苯非常强的耐受性。这种鱼类通过一个不正常的生物化学方式渐渐适应了高浓度的多氯联苯。

二噁英是什么？

二噁英和呋喃是当今已知的毒性极强的化学物质。二噁英是一类在环境中持久性非常强的化学品的总称(见图6.3)。这类化学品的种类高达数百种。2，3，7，8四氯代二苯并-对-二噁英(TCDD)是其中毒性最强的成分。多氯代二苯并呋喃的结构类似于多氯代二苯并二噁英，但是它的两个苯环之间只有一个氧原子而不是两个。

图6.3  二噁英分子结构

其他噁二噁英和类二噁英多氯联苯的毒性测量与TCDD有关。二噁英和呋喃不是人为有意地生产出来的，它们是在制造含氯的工业产品过程中产生的副产品，例如化学品和农药的制造，纸浆和造纸厂的含氯漂白剂的生产，聚氯乙烯(PVC)塑料的生产，含氯化学品的制造，以及含塑料的废弃物的焚烧等过程。橙色剂是一种除草剂，它所含有的二噁英在尼亚加拉瀑布的拉夫运河、纽约都可以被发现，而且还因此在密苏里州的时代海滩和意大利的赛韦索引起了公共安全事件。发生在赛韦索的工业事故引起了很多二噁英带来的获得性皮肤血肿现象，使得很多人的皮肤出现了溃烂性的红肿块。

二噁英类似于多氯联苯，它们的种类也取决于分子上的氯原子数量和位置。它们对免疫系统和发育中的胚胎的毒性非常强，它们的毒性作用可能在生物接触后立即发生或延迟很长一段时间后才发生，也有可能会损伤成年个体的繁殖能力。目前已知二噁英可以改变生物激素，并导致生殖问题、肝损伤、消瘦综合征和癌症。从赛韦索事件和其他事件的例子来看，人类对于二噁英不会像动物那样容易出现即时的急性反应。在赛韦索事件中，有大量农场动物死亡，而人们仅仅出现了皮肤血肿。

二噁英都是如何进入海洋环境中的？

在纽瓦克，帕塞伊克河进入纽瓦克湾之前有一处典型的受二噁英污染的河口（沼泽环境）。越南战争期间，钻石三叶草公司在此地制造除草剂“橙剂”，并将生产过程中的副产品二噁英直接排放到环境中。纽瓦克湾和帕塞伊克河下游沉积物受到污染，使得当地的蓝蟹、鱼类和食鱼鸟类体内的二噁英含量都达到了危险水平。在帕塞伊瓦河和纽瓦克湾的蓝蟹体内测得的二噁英含量是目前已知水生动物中含量最高的。因为这种污染具有很高的致癌性，所以当地严禁捕蟹。

纽瓦克湾底泥中二噁英的存在，使得处置纽瓦克港口航道中的疏浚材料这件事变得充满争议。美国环境保护署在2004年2月认定，纽瓦克湾中的污染物对人类健康和环境造成了巨大威胁，并明确提出，造成污染的公司有责任和义务在环境保护署的监督下制定出清洁方案并将帕塞伊克河下游的污染物清理干净。在此处和其他许多需要修复的污染点中，人们都存在着“对水底污染物的清除会不会搅动沉积物，从而导致沉积物和与其紧密结合的污染物分离，进而对水生生物造成更严重污染”的担忧。在“超级基金”的赞助下，帕塞伊克河下游的清理工作终于在2012年正式开始了。

二噁英会产生什么影响？

二噁英和其他氯代烃类物质一样，会在海洋沉积物中残留很长的时间，这使得即便在禁止使用和排放这些物质之后，它们依然会对环境造成长时间的影响和构成威胁。它们也会通过海洋食物网发生生物放大效应，目前我们对于这些物质的长期影响还不是非常清楚。鱼类胚胎对二噁英非常敏感，并会因此而导致一种阻碍胚胎正常发育的综合征。然而具有讽刺意味的是，二噁英却会对蟹类产生一种间接的积极作用。在高度工业化的新泽西州北部，出于人类安全考虑，那里的蓝蟹由于体内含有高浓度的二噁英而被禁止捕杀。因此，此地区蓝蟹种群的数量在增加，而且个头要比依然遭到捕杀的未受污染区域的蓝蟹要大。

多氯联苯和二噁英会对食用海味品的人构成威胁吗？

在纽瓦克湾等地，食用高含量多氯联苯或二噁英的鱼类或其他海味品的人们，可能会暴露在高浓度的多氯联苯和二噁英环境中。在许多其他的城市化的河口附近都可以发现体内含有有毒物质的鱼类。在俄勒冈州波特兰市附近的哥伦比亚河中发现的鱼体内的多氯联苯含量是美国环境保护署规定的无限制食用安全标准的数千倍。在哥伦比亚盆地，包括哥伦比亚河干流在内的许多河流旁都有不要食用河流中某些特定鱼类的公告，但是人们不太重视这样的公告。

接触过多氯联苯和二噁英的女性，她的孩子患哮喘的可能性会比健康孩子高，而且会更容易发生上呼吸道感染。除此之外，母体还可能发生抗体降低的情况而导致需要接种麻疹疫苗。因此，孕妇如果在孕期接触了多氯联苯和二噁英的话，会增加儿童早期患哮喘的可能性，并使得孩子更易受到感染而引起其他疾病。

我们应该如何应对有机化学品污染？

很明显，从长期来看，清理或清除受污染的沉积物会使环境变得更清洁。幸运的是，过去几十年来环境中多氯联苯和二噁英的含量一直在下降，而且这已成为美国联邦项目和州政府的一些法规和清理行动的目标。很多“超级基金”所支持的项目已经清除了环境中大量受污染的沉积物，比如哈得孙河中受多氯联苯污染的沉积物。我们可以期盼某天，也许就在几十年之后，人们可以放心安全地食用纽瓦克湾附近、纽约港及新泽西港、新贝德福德港、哥伦比亚河河口和其他曾经受污染地区的鱼类和螃蟹。

7  新的问题

我们开始了解的其他种类的污染物有哪些？

我们将新型污染物定义为任何在环境中均被普遍监测的人为产生的或自然产生的会对生态环境或人类健康构成危害的化学物质或微生物。在某些情况下，人们对排放这些新型污染物的行为司空见惯，因为它们之前并不会被认为是会对环境造成影响的污染物。新型污染物可能来自市政工程、农业和工业废水，常见的一些新型污染物有：溴化阻燃剂、邻苯二甲酸酯(增塑剂)、烷基酚(用作洗涤剂，会破坏生殖系统)、药物和三氯生(三氯羟基二苯醚)。三氯生是一种被用在多种个人护理产品中的抗菌剂，它对人类健康和环境都构成了威胁。新型污染物中也有很多是最近才投入使用的新型化学物质(比如一些药物和纳米粒子)。在我们知道这些新型化学物质对环境的影响之前，它们就已经被广泛投入使用了。

为什么药物和个人护理产品会成为新的环境问题？

我们这里所说的药物指的是处方药和非处方药，包括抗生素、避孕药、镇静剂、止痛剂和其他药物；个人护理产品包括肥皂、香水、防晒霜和化妆品。我们甚至可以在沿海水域中发现咖啡因，这原本是食品、饮料和某些药物中的成分。在水体中到处可见的药物成分引起了人们的广泛关注。这些关注有几个原因。大量使用过的药物和个人护理产品进入环境中，而现有的污水处理系统无法有效地清除它们。大部分污水处理设施通过过滤和氯化处理来去除污水中的致病微生物和过量的有机物，但它们不能去除污水中的药物成分，药物成分会直接通过这些传统的污水处理设施。当污水处理厂向水体中排放已经处理过的污水(流出物)时，污水中的药物成分就会直接进入受纳水体中。研究学者们，如多顿(Daughton)和卡恩斯(Kearns)在污水处理厂处理过的水中和受纳水体中发现抗生素、降压药、激素、精神类药物和止痛药成分。因为这些随污水进入受纳水体中的药物成分的浓度很低，所以目前关于它们对水生生物和人类的影响还不是很清楚。然而这些药物原本在很低的浓度时就会发生作用，因此它们会对水生生物造成影响就不足为奇了。现在药物污染引起的两个主要问题是微生物会因此进化出对抗生素的抗药性和由自然的和人工合成的性类固醇物质(比如避孕药)引发的生物内分泌紊乱问题。许多其他药物和个人护理产品对环境的作用目前还不得而知。目前这些在水体和动物组织中发现的污染物质的浓度都很低。很有可能当人们开始使用药物和个人护理产品时，它们就已经被排放并存在于环境中了。许多药物和个人护理产品残留在水体中是因为它们的降解量远远赶不上它们新进入环境的量，因为这些药物和个人护理产品的使用量正在逐年增加。因为环境中这些物质含量的不断增加，我们开始注意到由这些物质所引发的一系列环境问题。

在20世纪90年代初，有些研究者注意到水生动物内分泌紊乱的问题，当时人们都习惯性地怀疑这是由氯代烃类物质所引起的。虽然氯代烃类物质确实会使水生动物的内分泌紊乱，但随后人们发现水体中的这些激素实际上是来自污水处理厂，研究者们发现在这类事件中，避孕药中的雌激素才是水生动物内分泌紊乱的“元凶”。此外，人类排泄出的避孕药成分进入水体后会对鱼类和其他动物造成影响。现在已经有许多人开始研究最终进入水域生态系统中的药物和个人护理产品成分，并且已经有许多研究发现了这些物质对水生生物内分泌系统造成的影响。人们在一些临近污水处理厂的河流下游发现了鱼群性别失调、雌鱼畸形和同时具有雄性和雌性生殖组织的“雌雄间体鱼类”的问题。其实我们对药物污染所引发的鱼类内分泌失调问题比常规的污染物更严重这一现象不必太大惊小怪，因为鱼类的一些生理机制在这方面和我们人类是非常相似的。参与加利福尼亚州南海岸水研究项目的史蒂文·贝(Steven Bay)和他的同事们在对加利福尼亚州南部新型污染物的研究中发现，污水处理厂排放出的废水中的药物成分会进入海水、沉积物和排水口附近的鱼类体中。鱼类的激素会发生变化：它们的应激反应减少、雌激素分泌紊乱、甲状腺激素分泌减少，然而这些反应并不能绝对地归咎于药物污染。然而，所有受调查的排水口周围的鱼类的甲状腺素的含量都减少了，在四处受调查的排水口中有三处的鱼类的雌二醇偏低。然而，这些生理上的变化并没有导致鱼类繁殖能力的明显下降。

在一些水体中也发现了糖皮质激素(肾上腺皮质激素)，而且含量足够影响水生生物。一个研究团队在回顾了数百项研究成果后总结出，对于水体中的激素调节药物来说，并没有所谓的安全剂量。这些化学物质在极低的浓度时就可以发生作用，在高浓度时又会产生不同的作用。

镇静剂、抗抑郁药和其他刺激神经组织的药物可能会影响鱼类和其他野生动物的行为。贝里格和福勒研究“百优解对鱼类的影响”——选择性-5-羟色胺再摄取抑制药(SSRI)氟西汀(百优解)对鱼类的作用。这种药物原本是用来抑制人体中神经递质血清素的，研究人员发现它对鱼类也同样有此作用，可导致鱼类的游动和摄食行为受影响。它对藻类有毒性作用，即便是很低剂量的奥沙西泮也会使鲈鱼变得离群、易冒险和多动，这使得它们更易被捕食。研究证明，平常人们所服用的降胆固醇药(胆固醇合成酶抑制剂)只有约20%的剂量会被人体所吸收，其余药物会随着人体排泄而最终进入水生系统。这种药物在水生系统中会产生的影响目前还不明确。类似红霉素和四环素这样的抗生素在水体环境中会刺激耐抗生素细菌的进化(或选择)，继而可能导致人类和野生动物患上疾病。同时检测到的还有咖啡碱、烟碱、对乙酰氨基酚、布洛芬和其他我们日常生活中熟悉的物质——正如“鸡尾酒疗法”所使用的药物混合物，都会对水生环境造成影响。虽然在通常意义上我们可能认为这些物质是没有毒的，但其实这些物质都具有生物活性并会对水生动物造成影响。

除了药物之外，像化妆品、乳液、防晒霜和驱蚊剂(比如避蚊胺)这样的个人护理产品在污水处理设施中不会被分解或被去除。这些物质在进入水生系统后，其中的化学物质会对水生植物和水生动物造成影响。三氯生是一种在个人护理产品和其他家庭用品中常见的抗菌剂，它是美国的废水中最常见的化学物质之一。这是一种强大的内分泌干扰物质，会对动物的甲状腺产生影响，三氯生对水生植物来说也是有毒的。此外，现在并没有证据表明非处方抗菌肥皂的抗细菌作用会比普通香皂更好。凡是使用含有这些抗菌成分的药物的地方，其水体中都有这些抗菌成分。

面对药物和个人护理产品污染，我们能做些什么？

公众教育是解决药物污染的主要方法之一。“不要着急冲掉”成了呼吁公众不要不恰当地丢弃或处理不再需要或未使用的非处方类药物、处方药和个人护理产品的口号。然而，环境中大部分的药物和个人护理产品污染并不是来自人们在马桶中冲掉的药物，而是来自那些人们正常服用后又随着尿液排泄出来的药物成分。传统污水处理方法并不能完全处理掉这些药物残留。污水处理厂急需新的污水处理技术，然而目前新技术还没有准备好投入使用。人们正在设计并试验一套化学处理方式来去除顽固的化学污染物和污水中的药物。一种新型生物过滤器被研发出来，它含有一种可以降解药物的特殊的酶，这些酶被称为“漆酶”。虽然这种方法目前还停留在实验阶段，并未投入使用，但是它提供了一个解决污染问题的新思路。还有一种被称为“膜蒸馏”的新的水处理技术，它通过将污水加热而使得其中的药物残留分离出来。水蒸气通过一层薄膜和空气间隙，在那儿遇冷凝结。残留的药物会被收集到膜的一边，水会被收集到另一边。在试验中，含有奥沙西泮的污水在经过这项技术处理后，污水中奥沙西泮的浓度不到原来的1%。然而这项技术也还处在早期研发阶段。

多溴联苯醚是什么？为什么说它会成为海洋污染物？

近年来，阻燃剂也成了备受关注的新型污染物，在包括服装、家具、窗帘、地毯和玩具在内的许多消费类商品中都可以见到阻燃剂的踪影。它们原本的作用是在一定程度上阻止物质受热燃烧和扩散，以给人们争取时间逃离火灾或使其熄灭。在水生系统和废渣填埋场中可以发现大量阻燃剂。以前并没有人关注过阻燃剂对环境造成的污染，近些年来人们才开始逐渐关注阻燃剂污染问题。阻燃剂中主要的化学成分是多溴联苯醚(polybrominated diphenyl ether，PBDE)，它的分子结构让人联想到多氯联苯和二噁英，所不同的是它的苯环上附着的不是氯原子，而是溴原子(见图7.1)。由于溴和氯所具有的相似的化学性质，多溴联苯醚也和多氯联苯、二噁英一样，具有难降解性和毒性，并且很容易发生生物积累作用。类似于多氯联苯和二噁英，多溴联苯醚也会对生物的神经系统、内分泌和发育造成影响，而且还是一种非常强效的甲状腺激素干扰物质。近年来，多溴联苯醚由于其在环境中的广泛分布，并且容易在人体和野生动物体内积聚的特性，以及它可能对生物健康产生的不良影响而引起了国际上的广泛关注。美国从20世纪70年代开始生产多溴联苯醚类物质，这一行业在20世纪90年代末到达顶峰。来自《芝加哥论坛报》（Chicago Tribune）的一份调查报告显示，烟草公司助推了多溴联苯醚的广泛使用，因为多溴联苯醚可以有效预防由香烟所引发的火灾事件。烟草行业认为无法制造出对吸烟者有吸引力的防火香烟，他们只能转而呼吁吸烟者使用含有阻燃剂的家具，将问题的焦点从香烟转移到容易着火的沙发和桌椅上。即便是在发现多溴联苯容易从人体和环境中逸出后，他们还是不遗余力地推广阻燃剂在家具中的使用，甚至得到了消防警察协会的支持。有了含有阻燃剂的家具，人们可以放心地在家中吸烟，而不用担心会在火灾中死亡。因此这些吸烟者可能会在很多年里继续吸烟，直到可能因为肺癌而去世。

图7.1  多溴联苯醚分子结构

多溴联苯醚会从这些消费品转移到户外环境中。北极是远离任何消费品生产的地方，而巴里·凯利(Barry Kelly)和他的同事们却在北极的海洋哺乳动物体内发现了多溴联苯醚。也许是因为大量的工业产品都集中在美国，美国海洋环境中的多溴联苯醚含量是全世界最高的。美国人体内的多溴联苯醚含量是欧洲人、亚洲人的10至100倍之多。加拿大人体内的多溴联苯醚含量要比美国人低一些，但是令人惊讶的是加拿大儿童的这一含量平均值却比成人更高。除此之外，这些化学物质会对海洋动物产生长期的不利影响，并会大大降低鱼类和甲壳类动物的繁殖成功率。

氟化物会导致什么环境问题？

氟化物污染问题也是一项新的环境问题。全氟碳化合物(perfluorinated compound，PFC)是指一系列的人造化学品，它们常常被用来制造耐热、耐油、耐污、耐油脂和耐水的产品。我们平常可见的不粘锅厨具、耐污地毯、纺织品、一些食品包装上的涂层(如微波炉爆米花袋和快餐食品包装袋)和灭火泡沫里都使用了全氟碳化合物。类似全氟辛烷磺酸盐(perfluorooctanesulfonic acid,PFOS)和全氟辛酸(perfluorooctanoic acid,PFOA)这样的全氟化合物在环境中的分布非常广泛，而且具有难降解的特性。这些具有毒性的化学物质很容易发生生物积累作用。它们和滴滴涕、多氯联苯、二噁英一样，都是卤化的物质。卤素包括氟(F)、氯(Cl)和溴(Br)，这些分子中的卤素会使它们不那么容易被微生物降解。杰西卡·赖纳(Jessica Reiner)和她的同事们在北极海域中的海洋哺乳动物组织中发现了全氟辛烷磺酸盐，这表示其在全球的分布十分广泛。哈得孙湾白鲸幼崽体内的全氟辛烷磺酸盐的含量已经超出了人类的正常口服安全参考剂量，这使得人们开始关注这些物质对敏感的北极海洋野生生物的影响。令人奇怪的是，人们已经关注了氯化物(例如滴滴涕和多氯联苯)对环境的影响好几十年了，却没有人意识到溴化物和氟化物也会对环境产生类似的作用和影响，更别提对它们进行研究了。

烷基酚会对环境造成什么影响？

烷基酚是一种在洗涤剂和其他清洁类产品、个人护发产品和塑料中常见的化学成分。这种物质也是一种内分泌干扰物质，它具有模拟雌激素的作用。双酚A(bisphenol A，BPA)是一种烷基酚，它对人类健康有潜在的危害，尤其对儿童发育有不利影响，且直到近年仍被广泛用于婴儿塑料奶瓶和其他产品，因此一直是人们关注和争论的焦点。在2008年加拿大就禁止在婴儿奶瓶中使用双酚A。由于烷基酚对人类和包括海洋动物在内的野生动物具有严重的环境危害和激素破坏作用，大多数研究烷基酚的科学家都将它视为一种严重的环境危害物质。例如，科学家在城市环境中的龙虾体内发现了广泛污染，烷基酚即便在浓度很低时也是对龙虾有毒的，它会使龙虾变态发育并会使龙虾外壳变硬。双酚A对鱼类的生殖和发育影响包括雄性激素水平降低、睾丸细胞死亡、精子和卵子的生产受到抑制，以及鱼卵孵化率降低。

纳米粒子是什么？它会对环境造成什么影响？

纳米技术被应用在当代生活中的许多领域，包括涂料、电池、燃料添加剂、催化剂、晶体管、激光器、润滑剂、医疗植入物、水质净化剂、防晒霜和化妆品、食品添加剂等诸多产品的制造领域中。纳米粒子是比单体分子稍大点的微观粒子，尺寸至少小于100纳米(1纳米等于10-9米或10-6毫米)。纳米材料或纳米粒子的来源有很多种：一些来自燃烧过程，比如柴油碳烟；一些则来自人为制造。因为纳米材料尺寸方面的特性，使得其在药物运送和递送系统、基因治疗和其他生物医学应用、光学、化妆品、材料科学和电子领域具有得天独厚的优势。纳米材料可能是由碳(纳米管、富勒烯)、过渡金属(金、铂、银)、金属氧化物(氧化钛、氧化锌)、塑料(聚苯乙烯)或二氧化硅组成的，纳米材料被制造的数量也在不断增加。富勒烯是以测地线穹顶的设计者巴克敏斯特·富勒(Buckminster Fuller)的名字命名的，它的分子结构是一个由60个碳原子组成的空心球形分子。这种结构俗称为“巴基球”，形状类似于足球。

目前人们关注纳米材料的一个原因是纳米材料如此之小，它们会与环境和生物产生意想不到的交互作用。纳米材料种类繁多，其特性也千差万别。人们对某些特定种类的纳米材料十分关注，因为这些种类的纳米材料可能会对环境和人体健康造成影响，比如纳米银、碳纳米管和富勒烯。纳米粒子因其反应活性、可以轻易穿过细胞膜的特性而具有潜在危险性。它们能引起肺部炎症，因其体积小，它们具有高度的流动性，能够从原来的位置移动到人体其他器官和组织中去。进入细胞以后，纳米粒子会刺激活性氧的形成，从而干扰DNA、蛋白质和细胞膜的生物活性。

纳米粒子的大量使用使得它们会通过径流和排水系统进入环境中，并在沿海环境中积聚。相关部门已经将它们当作潜在的污染物而进行监测了。例如，氧化钛的纳米粒子在经紫外线照射之后会对海洋生物产生毒性。针对这一情况已经衍生出纳米生态毒理学。由于水生环境会接收含有纳米粒子的生活和工业来源的径流和废水，所以研究纳米粒子对水生环境的影响十分重要。

虽然金属纳米粒子可能会和同一金属的其他形态相似，但金属纳米粒子往往会比普通形态的金属具有更强的毒性，而且具有非常强的吸附性。纳米粒子会在水生环境中聚集，沉降到沉积物中并被生物吸收。达尼埃尔·克利夫兰(Danielle Cleveland)和他的同事们比较了消费品中的纳米银在环境中的迁移转化规律，他们比较了多种海洋生物群落中两种纳米银粒子和银离子，发现消费品中的纳米银会在60天以后泄漏出大量的银离子(>80%)，这部分纳米银会从水体中进入蛤蜊、草虾、泥螺、大米草、生物膜和沉积物中。一开始，这些纳米银沉降到沉积物中，而后又通过沉积物进入蛤蜊和其他生物体内。随后，通过吞食沉积物和捕食小型生物，动物吸收进大量的纳米银。

目前，已经有研究项目在着手探究测量水体中和沉积物中纳米粒子的含量，确定它们进入环境的频率、释放的途径，它们的来源，它们在水生环境中的迁移转化规律，以及它们对环境所具有的潜在影响。当前急需开发出对环境中纳米粒子的标准化检测技术，研究清楚污水处理设施对纳米粒子的影响和它们在环境中的迁移转化规律。由于当许多物质处于纳米状态时，我们并不能使用常规的方法对它们进行测定，因而这些工作的开展都面临着重重困难。

当前我们对河流生物体内积聚的大量纳米粒子会产生的环境效应还不是很清楚。仅有一些研究表示这些纳米粒子具有毒性作用，但这个结论只针对特定种类的纳米粒子和生物种类。例如，富勒烯和纳米管会对鱼类产生不良影响，而金属纳米粒子会对某些种类的鱼类和无脊椎动物产生有害作用。因为所掌握的数据有限，科学家们和监管机构很难提出限制使用纳米材料的具体指导方案。有些物质在我们还没有了解它们对环境的影响之前，它们就已经广泛地存在于环境中了，纳米材料就是这样的一个例子。

现有的法律法规是否足以保护海洋生物、

野生动物和人类免受这些新型污染物质的危害？技术上有什么进步吗？

目前的环境管理体系已经难以应对新的环境污染了。在美国，只有当一种污染物已经广泛存在于环境中、被证明有毒性作用，并且已经对环境造成广泛危害之后，它才可能被列入监管名单。比起保护环境或人类健康，《有毒物质控制法案》(Toxic Substances Control Act，TSCA)目前看起来似乎更偏向于保护化学品生产商。它作为一项法律来说存在根本的缺陷和弱点。重新评估新型污染物存在的环境风险和开发出测量它们的新方法是非常必要的。此外，毫无疑问的是，一旦我们学会如何去判断一种物质对环境的潜在危害，我们还将会发现很多过去对它们一无所知的污染物质。

2013年的一项研究发现，污水处理设施中的纳米银并不会以金属的形式长期存在，而是会转化成银的硫酸盐形式。考虑到银的硫酸盐形式因其中的银的可溶性低而造成的环境问题更小，这对我们而言是个好消息。在污水处理厂，大约有95%的纳米粒子会留在污泥中，只有剩余5%的纳米粒子会随污水排出。这5%的纳米粒子还可以通过使用更有效的过滤器进一步去除。

海洋噪声污染是什么？

目前，海洋中的噪声污染已经成了一个新的环境问题。过去的几百万年来，海洋中一直充满着来自自然界的各种声音，比如鲸鱼的吟唱和撞击声，还有其他鱼类的各种声音。许多海洋生物有着敏锐的听觉、回声定位能力和交流能力。曾几何时，蓝鲸的叫声能被远在数英里之外的同类听到，但自从螺旋桨发动机问世以来，这种情况发生了变化。随着船只、航运的增加，海底石油和矿产的勘探和开发，使用气枪进行地震勘探，声呐技术甚至水上摩托艇的使用都加重了海洋里的噪声污染。声音在水中的传播速度是其在空气中的4倍，所以声音能在水中传播更远的距离。高频率的声音可以在海洋中传播数千英里。由于水的密度比空气的更大，声波在水中以更高的能量传播，因此音量更大。

海洋噪声具有哪些种类？

水下噪声分成两大类：①脉冲式——音量大，间断性或不规律的噪声，比如来自打桩和地震勘测的噪声；②连续式——持续较低水平的恒定噪声，比如来自船舶发动机和风力机的噪声。这两种类型的海洋噪声对海洋生物的影响也不一样。噪声的频率和音高也很重要，因为不同的动物对不同的频率敏感。例如，游艇产生的噪声大多数是低频的，低于1.5千赫兹(kHz)。虽然大部分海洋动物只对频率在15千赫兹以上的声音较为敏感，但是宽吻海豚就会被这些游艇所产生的噪声所干扰。因为宽吻海豚的听觉范围是0.075～150千赫兹，而它们自己所发出的声音的频率都在2千赫兹以下。

美国海军有可能在全球范围内部署的仍在开发和测试中的低频主动声呐已经被证明是一种新型海洋噪声污染源，它会对海洋环境产生即时且显著的负面影响。这种声呐的数项测试直接导致了很多海洋动物的死亡。海洋油气开采作业所使用的气枪阵列以10～12秒/次的频率向海水中发射强烈的压缩空气脉冲。地震调查所造成的海洋噪声要比除了海洋开发之外的其他人造海洋噪声严重得多。在地震气枪测试中，作业船只使用气枪向海底发射超强的压缩空气，用以探测到海底的石油和天然气的储藏位置。这些气枪所发射出来的压缩空气必须具有极大的能量，以使它们得以穿过海水和地壳并反射回海面。实际上，这些气枪所发出的声音的强度是喷气式发动机所产生的海洋噪声的10万倍。这种测试持续33天，每天都不间断，这将会伤害甚至杀死海洋哺乳动物，其中包括一部分濒危物种。这些受到伤害的海洋哺乳动物包括鲸鱼、海豚、鼠海豚、海豹和海獭。这种强有力的海洋噪声会扰乱鲸鱼、海豚、海龟和鱼类的正常生活，使得它们远离原来觅食或聚集的地方；扰乱它们的一些重要行为，比如求偶和照顾幼崽；也可能使它们永久丧失听力或导致直接死亡。一只原本依靠听觉来进行交流、导航和觅食的海洋哺乳动物，在丧失听力之后是无法继续在海洋环境中存活下来的。我们无法得知噪音的影响是否会直接导致动物死亡，也无法知道动物后来是死于听力丧失还是环境影响。这种强度的海洋噪声也会影响海鸟和其他物种，比如一些濒临灭绝的海龟种类。渔民们担心这些海洋噪声会对他们的生计造成不利影响。

海洋噪声污染会产生什么环境问题？

魏因加特(Weingart)指出，噪声污染可以对生物产生致死效应和亚致死效应。巨大的噪声会吓到大部分动物，并可能损伤这些动物的体内器官(尤其是耳朵)，引起动物恐慌。噪声还会干扰海洋动物之间的交流。科学家正在研究哪些频率和噪声会对海洋生物造成负面影响。海洋哺乳动物一般具有极好的听觉，这使得它们能充分利用听觉优势去弥补视力缺陷。鲸鱼和海豚头部的大量共振腔给了它们很好的听力。美国海军的声呐系统对海洋环境造成的危害相当于炸弹爆炸。美国海军估计，在他们日常的训练中，声呐系统会间接杀死大约2000只鲸类动物(鲸鱼和海豚)，并对超过500万只鲸类动物的听力造成损伤。美国海军估计，即便在远离声呐源300英里的地方，噪声依然超过了海洋哺乳动物可以承受的极限的大约100倍。有些海洋动物，尤其是鲸类在接触到这种强大的噪声之后便可能会在接下来的几个小时内死亡。例如，美国海军的一次战术声呐演习可以致使鲸鱼在沙滩上搁浅死亡。在希腊、马德拉群岛、夏威夷、西班牙和美国沿海地区这些声呐演习很频繁的地方屡有这种情况发生。在2000年3月，在巴哈马群岛至少有17头鲸鱼搁浅死亡。美国联邦政府介入调查后发现这次事件主要是因为美国海军的主动声呐的系统测试而引起的。科学家们在对这些鲸鱼的尸体的研究中，发现它们的大脑出血、耳道破裂和系统组织中出现气泡的现象，鲸鱼体内出现气泡表示鲸鱼处在一种类似于人类患减压病(潜水病)的状态。喙鲸是最容易受到海洋噪声污染影响的鲸鱼种类之一。科学家们在加利福尼亚州沿海的柯氏喙鲸的身体上安装了一种数码装置，用以检测它们所受到的噪声污染和它们对噪声的反应。当鲸鱼周围3～10千米范围内存在着200分贝的噪声源时，鲸鱼会停止觅食和游动，并迅速游离到远离噪声源的地方，有的鲸鱼会下沉到很深的海底。

噪声污染也会对海洋生物产生慢性影响。海洋生物学家发现强噪声会减少海洋动物的发声，这意味着它们的交流、觅食和繁殖能力的下降。在斯特勒威根海岸国家海洋保护区(Stellwagen Bank National Marine Sanctuary)中，座头鲸的歌声因为大约200千米以外的一项海洋声波波导遥感实验而减少了。

其他海洋动物对海洋噪声也很敏感。由于海洋工程船舶向海洋发射的气枪，2001年至2003年期间，我们在西班牙海岸上发现了巨型鱿鱼的尸体。这些巨型鱿鱼的尸检报告显示死因是接触到了高频率的海洋噪声。安德烈和他的同事们进行了一项针对低频噪声对海洋动物的影响的研究，他们对四种头足类动物施加和巨型鱿鱼遭遇的差不多的噪声污染，结果显示鱿鱼、章鱼和乌贼都遭受了严重的听觉损伤，它们的听觉器官都受到了严重的伤害。

类似于打桩这样的人类活动所产生的音量高、短促的噪声会对附近的鱼类造成危害。那些有气体组织或界面的动物器官(如耳朵、鱼鳔和气囊)最易被影响。拥有鱼鳔的鱼类最易被强噪声影响，比如打桩产生的噪声，因为鱼鳔里的空气会因为声压而膨胀最终使鱼鳔破裂。噪声还会产生其他伤害，比如细胞和组织紊乱、内出血、听觉受损。此外，一些更温和的噪声，比如船舶产生的噪声长时间持续的话也可能对海洋中更大的区域和其中的动物造成影响。鳃鱼是一种珊瑚礁鱼类，它们的觅食习惯会受到噪声的影响，船舶产生的噪声会减少它们的食量。船舶噪声同样也会影响天竺鲷幼鱼正常的定位和游动能力；也会影响棘鱼和鲦鱼的觅食习惯，使它们吃得更少并出现惊吓反应。

目前还没有很多关于海洋噪声对其他海洋动物造成的影响的研究，但是也有少量的研究表明海洋噪声污染对海洋动物具有广泛的慢性影响。例如，根据记录，船舶所产生的噪声会使螃蟹的新陈代谢速率加快，加重它们的身体负担。强噪声同样会削弱螃蟹的捕食能力和在面对捕食者时的防御能力。噪声对大螃蟹的影响比起小螃蟹更为严重。

我们应该怎样应对海洋噪声污染？

也许声呐对于战争时期来说是必不可少的，但在平时我们实在不应该在鲸类动物栖息地附近的海域进行声呐演习。培养工作人员了解鲸鱼迁徙模式的知识，将会减少我们人类对这些动物的不必要伤害。在2013年3月，加利福尼亚州海岸委员会(California Coastal Commission)拒绝了美国海军在南加利福尼亚州海岸进行爆破和声呐演习的项目计划。有批评说，美国海军的这项计划将会危害当地的濒危海洋动物。该委员会裁定，海军方面并没有足够的信息去证明此次演习对海洋哺乳动物所造成的危害可以忽略不计。此外，委员会对不断增加的声呐演习可能对蓝鲸、长须鲸和喙鲸之类的濒危动物造成的危害表示担忧。尽管海军预估这个一年一度的项目计划(包含超过5万次爆破和持续1万小时以上的高强度声呐演习)将可能会使约130只海洋哺乳动物死亡，1600只海洋哺乳动物丧失听觉。但是批评者认为这些数字过于保守，海军低估了他们的项目计划会对海洋生物带来的伤害。因为海军的演习区域涵盖了南加利福尼亚州沿海12万平方海里的海域，包括了南加利福尼亚州到夏威夷之间的海域，那片海域是很多濒危鲸类动物的栖息地。加利福尼亚州海岸委员会想要海军在海洋保护区和蓝鲸、长须鲸、灰鲸的季节性聚集区附近设立禁止高强度声呐演习的安全区域。

美国国家海洋大气局正在记录海洋中的人造噪声，并准备将这些数据绘制成一幅大型的海洋噪声地图，这幅地图将使用鲜亮的颜色来标记海洋中的声音。这幅声音地图所使用的表示噪声等级的颜色将会从高到低依次对应红色(最高的115分贝)到橙色和黄色，再到绿色和蓝色(最低的40分贝)，这些颜色表示的是这块海域中全年噪声的平均值而不是峰值。许多海洋表面的噪声评级是橙色评级，表示高强度的噪声污染，而鲸鱼和其他海洋哺乳动物是在那儿度过它们大部分的时间。这个项目的目的在于更好地了解海洋噪声的现状和它们对海洋哺乳动物的影响。这张地图可以使科学家们、监管机构和公众能够看到噪声对海洋生物构成的严重危害。这张地图的绘制可能会促进各国乃至全球通过法律、法规、条约和自愿减噪等行为来帮助减少噪声污染。人们可能会质疑，绘制这张地图时使用全年平均值而不是全年最大值的有效性——如果频率非常高的噪声只在一年中持续一周的时间，而一年中的其他时间并没有这么强的噪声的话，那么全年的噪声平均值将会非常低，而这一周里的高频率噪声将会杀死或伤害很多海洋动物。

如今，许多用于捕鱼和科研的船只在设计时就考虑到了减少噪声的问题。美国政府通过《濒危物种法》(Endangered Species Act)和《海洋哺乳动物保护法》(Marine Mammal Protection Act)来规范海洋噪声的产生和管理。联合国的国际海事组织(International Maritime Organization，IMO)有权力制定海洋中的声音标准。在过去的几年里，人们开始讨论如何实现自愿减噪。由于许多商船来自美国以外，而且大多数船舶噪声都是在国际海域产生的，国际海事组织的支持对于有效减少噪声至关重要。我们可以建造出比目前投入使用的更安静得多的船只。新设计出的船只航行将更有效率并且污染更少。然而改造现有船只的花费将会非常庞大。

2013年6月，一个环保组织联盟——美国自然资源保护委员会、海湾修复网络组织、生物多样性中心和塞拉俱乐部，与美国内政部还有石油和天然气的代表们达成了一项重大协议，以保护墨西哥湾的鲸鱼和海豚免受由石油和天然气工业的气枪勘测产生的高频率噪声的影响。协议要求签署的各方对海洋环境采取新的保护措施，包括将一部分生物意义重大的区域设为保护区、扩大对濒危动物的保护，以及采用更好的噪声监测设备以保证海洋勘测不会危害到濒危物种(如抹香鲸)。2013年11月，美国国家海洋大气局的渔业部门发布严格规定，要求美国海军在大西洋和墨西哥湾训练和演习期间采取保护性措施以减少对海洋哺乳动物的影响。这些保护性措施包括在使用声呐的船只周围建立海洋哺乳动物缓解区；对演习进行严格监管，如果发现海洋哺乳动物出现在演习区域，必须立即停止声呐操作；爆破作业中如果在一定距离发现海洋动物，则要终止爆破作业；在某些特定的情况下实施相应的项目终止计划；海军要配合美国国家海洋大气局渔业部门的调查和实施项目终止计划；使用特定的缓解措施来减少对北大西洋露脊鲸的影响。

我们目前是否对海洋中的放射性物质存在担忧呢？

数十年前禁止核试验条约颁布之后，人们对核辐射的担忧大大减少。然而，依然有很多起放射性物质被倾倒或排放到海洋里的事件发生，这些事件可能是人们有意为之，也可能是无意的。例如，一家英国核燃料工厂多次向爱尔兰海中排放放射性物质，一家法国核再处理工厂向英吉利海峡中排放放射性物质，苏联曾向北冰洋和巴伦支海中倾倒大量放射性物质。2011年3月，日本海啸引发的福岛核电站核泄漏事件重新唤起了人们对海洋中放射性物质的关注。关注点包括日本附近海域中鱼类体内的放射性物质水平，还有迁徙的鱼类也有可能携带这些放射性物质去到了其他海域。类似碘-131(半衰期为8天)这样的短周期放射性元素和像铯-137(半衰期为30年)这样的长周期放射性元素都会被浮游植物、浮游动物、海带和其他海洋生物吸收，并通过食物链进入鱼类、海洋哺乳动物和人类体中。研究表示，海洋中的放射性物质会随着洋流进入海洋沉积物中，并随后进入海洋食物链中。一旦这些放射性元素被机体吸收并聚集在骨骼和其他组织中，再进入血液循环，则可能引发基因损伤或癌症。取决于这些放射性物质被生物体吸收时的化学形式，放射性物质也有可能通过食物链聚集起来。

被海啸摧毁的日本福岛核电站向太平洋中释放了大量的放射性物质，这使得附近海域中的铯元素含量超标了4500万倍。这次事故使得数千吨含放射性物质的废水被排放进太平洋中，事故发生后依然有少量的含放射性物质的废水继续排放进入太平洋中。2012年6月，事故发生15个月之后，日本政府检测发现核裂变使得当地受测鱼类中56%的鱼类体中含有核裂变产物铯-137和铯-134。超过9%的鱼类体中的铯元素的含量超过了日本政府的官方上限标准。从日本出口的海产品中也发现了放射性物质含量高的现象，比如鳕鱼、鳎、比目鱼、鲤鱼、鳟鱼和鳗鱼。事故发生几个月后，当地金枪鱼、章鱼和凤尾鱼体内铯的高含量逐渐降低下来。然而，在2012年6月，仍然有约69%的凤尾鱼和约32%的金枪鱼的体内依然存在着铯元素超标的问题。日本福岛沿岸的商业捕捞活动已经被禁止了，但在该地区以外也发现了受到核污染的鱼类，这引起了人们对于核污染扩散的担忧。金枪鱼可以跨越大洋迁徙，2012年马迪根(Madigan)和他的同事们在加利福尼亚海岸捕获的15只蓝鳍金枪鱼体内发现了放射性铯元素的存在。虽然这些蓝鳍金枪鱼体内的铯元素的含量并没有超标，但这一发现说明了迁移的鱼群会携带着污染物从事故发生地转移到世界上其他地方的现象。2013年3月，关于日本附近海域中鱼类体内的放射性物质含量的报道引发了公众对这一事件的持续关注。一家报纸报道了附近相关海域中的一种六线鱼和一种石斑鱼体内的放射性物质含量超标的情况。虽然在个别鱼类体内发现的放射性物质并不能代表总体，但这样高的含量依然值得我们警惕。2013年依然有关于含有高放射性物质的废水持续泄漏事故的报道。

海洋光污染是什么？

光污染是强度过大的或突兀的人造光束所引发的污染问题。类似其他形式的污染问题一样，它会扰乱生态系统并会对生物健康产生不良影响。由光污染引发的最知名的海洋环境问题就是使刚孵化的海龟幼仔迷失方向。海龟幼仔在夜间从沙滩上的巢穴孵化出来后需要指引才能到大海中去。它们在沙土表面以下等待，直到温度足够凉爽才出现。这种温度的要求促使它们主要在夜间出现，也有一些海龟幼仔是在傍晚或清晨从沙子下钻出来的。它们通过朝着远离植被和沙丘的阴影的方向去移动来寻找海洋。刚孵化出的海龟幼仔具有天生向最亮的方向移动的直觉。在自然状态的沙滩上，最亮的方向往往意味着夜晚海洋上方的天空。刚孵化出的海龟幼仔也有远离沙丘黑暗的阴影区域的天生直觉。这样的行为可以在月亮处于任何形态和任何位置的情况下发生，这意味着这些刚孵化出的海龟幼仔并不依靠找寻月光的方向来返回大海。刚孵化出的海龟仔可能因为海滩边的酒店、公寓和其他建筑物发出的很明亮刺眼的灯光而迷失方向。对于它们来说，这些人造光源会扰乱它们，并不是因为这些光源的亮度足够亮到可以点亮天空，而是因为这些人造光源是附近最近的光源。这耀眼的光让光源所在的方向比其他方向都要明亮，无论这一光源是否与海洋有关系，海龟幼仔都会向着人造光源移动。当这些海龟幼仔在错误的道路上行进着，它们会耗尽所储备的有限的能量。这些能量储备本来可以使它们顺利到达海洋并游离海岸约60英里到有漂浮的海藻的区域，而迷失方向的海龟幼仔可能会在陆地上游荡，最后因脱水或被捕食而死；也有可能会爬到游泳池中死亡。在佛罗里达州，人造光源每年都会使数千只海龟幼仔死亡，这对于保护海龟来说是一个严重的问题。

我们应该怎样应对海洋光污染？

消除海洋光污染的第一步，就是减少在海滩巢穴旁可见的人造光源，以消除人造光源对在海滩产卵的动物的影响。世界各地的海岸委员会都通过了一些相关法律去要求沿海居民在海龟产卵季节关闭海滨地区灯光。在海湾国家海岸，大约有一半的海龟卵在孵化以后会面临着迷失方向的问题。在一项教育计划后，仅仅一年的时间这一数据就降低了6%，这表明对公众进行有关海洋光污染的科普教育会对海龟有益。此外，一些散发出红色灯光和琥珀色灯光且不会对海龟造成影响的新型灯具被研究出来了，因为海龟不容易感知到这些波长范围的光。

8  生物积累和生物放大

什么是生物积累和生物放大？

生物体会通过皮肤、鳃或消化系统从环境中吸收污染物。“生物积累”通常是用来描述生物体吸收污染物的一个术语，同时也有一些特定的术语，用以描述生物体特定的吸收方式。生物积累作用指的是生物体从环境中所有的污染物来源中吸收污染物。生物积累因子(bioaccumulation factor，BAF)指的是当沉积物中的污染物是生物体内污染物的主要来源时，生物体内的化学污染物浓度和沉积物中的化学污染物浓度的比值。“生物富集”是一个用来描述生物体从水中吸收污染物的更专业的术语。生物浓缩因子(bioconcentration factor，BCF)指的是生物体内的化学污染物浓度和水体中化学污染物浓度的比值。生物放大效应指的是从食物链上低营养级到高营养级中，污染物增加的现象，这种现象来自营养级转化过程中的食物积累。生物放大因子(biomagnification factor，BMF)指的是某一营养级的生物各物种的污染物浓度与比其低一个营养级的生物物种的体内污染物浓度的比值(取决于这些物种以什么为食)。温度越高，引起的生物积累作用越强，这也许是因为温度越高，它们的新陈代谢率就越高，从而导致它们吃得更多。

金属物质一旦被吸收进生物体内会发生什么？

化学物质一旦被生物体吸收，生物体可能将其储存一部分、代谢一部分，或通过鳃或尿液排出一部分。金属物质无法被代谢，所以它们可能在生物体中以不同的浓度储存下来。一些人体必需的金属元素，例如铜和锌，往往会在生物体内积累到某种最佳浓度，多余的将会被排出体外。潜在的有毒金属只有在其被排出体外或其含量维持在一个对机体无毒害作用的浓度范围内时，才被认为是对生物体没有伤害的。当这些有毒金属的含量超过了无毒或可以被排泄的含量时，它们就会对机体造成毒害作用。金属物质一般储存在特定的组织中，比如肝脏。肝脏中的镉、锌、铜、铅和铬的浓度最高。然而，我们也同样在肌肉组织中发现了高浓度的金属物质，而这些动物的肌肉组织往往会成为人类的食物。例如，某些可食用的甲壳类动物(如蓝蟹)会在肌肉组织中储存大量的汞。由于甲壳类动物需要周期性地退壳，它们在退壳之前将金属物质存放到壳中是一种可以有效地摆脱金属物质污染的方法。在珊瑚礁上，虫黄藻是一种生长在珊瑚组织上的珊瑚共生藻类，它的体内会比珊瑚骨架和珊瑚组织中积聚更多的金属物质。虫黄藻从珊瑚上剥落可以减少珊瑚上的金属物质含量。软体动物在受到压力时会分泌出大量黏液，这也是一种去除金属污染的方法。鱼类会从水中或食物中吸收金属物质，但食物的种类影响了金属物质向鱼类体中营养转化的程度。鱼类体内的汞大多数都是以甲基汞的形式存在的，这些以甲基汞形式存在着的汞会通过食物链发生生物放大作用并随着时间积累下来，最终在大型肉食性鱼类的体内积聚并达到最高浓度水平。

金属物质会储存在生物体内的哪些地方？它们又是如何储存的？

因为金属物质与对其很敏感的细胞器和酶接触时会损害细胞的正常功能，金属物质储存在细胞内的位置很大程度上决定了金属的毒性。金属物质与蛋白质结合以后会影响蛋白质的正常功能。例如，金属物质可以与一些生物体必需的酶的活性位点结合起来，改变这些本质是蛋白质的酶的形状和活性。然而，也有一些特殊的蛋白质可以结合金属物质，并使这些金属物质不再对生物体构成影响，这些蛋白质被称为“金属结合蛋白”，例如金属硫蛋白。金属硫蛋白的分子量很小，且具有热稳定性，可以结合相当数量的金属物质，使其不再对机体造成伤害。然而，金属硫蛋白能结合的金属物质数量也是有限的。有些动物，比如甲壳类动物，可以将金属物质以不溶性颗粒的形式储存在组织中。因此，根据金属物质在机体中的位置和结合的部位，它们可能是有毒的、影响机体正常功能的；也可能是无毒的，不会影响机体正常功能的。有些动物的身体里积聚了大量的金属物质而没有出现特别大的影响就是因为动物体内大部分的金属物质都与金属硫蛋白结合储存成不溶性颗粒，这可能是这些动物可以在高金属物质污染的环境中存活下来的主要原因。威廉·华莱士(William Wallace)和塞缪尔·卢奥马(Samuel Luoma)发现金属物质在机体内储存的形式也决定了它们向捕食者进行营养级转化的效率。对于捕食者来说，它的猎物体内的金属物质最好是以不溶性颗粒的形式储存而不是与金属硫蛋白结合，因为这对捕食者来说更有营养价值。

生物体如何吸收有机污染物？

生物体在吸收外界的碳氢化合物之后，可能将它们代谢、储存或排泄出去。小型浮游动物是从水体中吸收有机污染物，而底栖生物则是从沉积物中吸收污染物，通常沉积物中的污染物含量都会比水体中的更高。软体动物中的氯代有机物(如多氯联苯和滴滴涕)的含量会比附近沉积物中的高出约10倍。如果生物体将吸收掉的氯代有机物全部代谢掉，这会需要很长的时间，氯代有机物会在动物的肝脏(或是肝胰腺，无脊椎动物体内的类似器官)，或海洋哺乳动物的脂肪中产生生物积累作用。这些化学污染物会在包括卵黄和肝脏这样的身体组织中积聚下来，并通过食物链发生生物放大效应。一般来说，动物体内这些化学物质的含量主要取决于动物的营养级和它们的脂质含量。因此，同一营养级中脂质含量高的捕食性鱼类(如蓝鱼)，其体内污染物质的含量就会比那些脂质含量少的鱼类(如条纹鲈鱼)的高。动物体内化学污染物的含量往往会随着动物的年龄和体积增大而增加。对于处于食物链顶端的动物来说，它们体内的污染物来源主要是食物。鱼类会从食物和沉积物中吸收多氯联苯类物质。它们体内污染物的积累量可能与猎物、污染程度、污染物转移途径、营养水平、生长速率和它们与污染物的接触时间(可以理解成动物的年龄)有关。雌鱼可以通过将它们体内的多氯联苯放到卵中(卵黄中含有丰富的脂质来结合多氯联苯)来去除身体中部分多氯联苯。海姆·冯·韦斯顿哈根(Haim von Westernhagen)和他的同事们发现雌鱼体内的多氯联苯含量低于雄鱼，此外还有很多人的发现佐证了这一结论。虽然这种方法对于雌鱼来说看起来是条减少多氯联苯的不错路径，但是这让下一代在生命伊始就摄入这些污染物，这对于整个种群来说不是一个良好的长期策略。海鸟和海洋哺乳动物这些处于海洋食物链中位置较高的动物也会在体内积累高含量的多氯联苯和氯化农药。生活在远北地区的海象和鲸鱼的体内也发现了这些高浓度的化学物质，而它们生活的地方是远离这些化学物质的。类似于鱼类将体内的污染物传递到鱼卵中的做法，哺乳期的哺乳动物也会将体内高浓度的污染物转移到幼体中，它们的幼体在出生时其肝脏就会携带着这些有毒物质。

生物如何代谢有机污染物？

多环芳烃在进入生物体之后首先会在肝脏中积累，然后转化为化学物质，经由鳃和肾脏排泄出体外。此外，某些生物体有专门的降解这些化学物质的酶系统。降解这些化学物质的酶被称为“混合功能氧化酶”(mixed function oxidase，MFO)，包括目前被高度研究的细胞色素P-450(CYP)系统。细胞色素广泛存在于多种生物体和组织中，可以参与包括多环芳烃类物质、多氯联苯类物质、农药和其他化学物质在内的多种有机成分的代谢。代谢可以分成两个阶段。在代谢的第一个阶段，它们将污染物分子水解或氧化，使其具有更好的水溶性；在代谢的第二个阶段，它们将阶段一的产物与一种物质结合，使其生物活性降低并使得这些产物容易排出体外。有时候，阶段一的产物要比原始污染物的毒性更强。

高度氯化的化合物的代谢非常缓慢，所以它们更容易在生物体内积聚。低度氯化的氯化合物在机体中的代谢速度和排泄速度要快一点。有机磷类农药也可以被混合功能氧化酶系统氧化。

哪些海洋生物可以用来作为化学物质的生物积累作用和放大效应的监测器？

类似贻贝这样定居型的双壳类软体动物经常被用来监测当地环境中的污染物。这种被用来监测污染物的动物往往都处于食物链底端，而且它们体内也不会聚集大量的污染物。在海洋中，类似鲸类和海豹这样的哺乳动物也可以被当作是污染物的“哨兵”。它们的鲸脂含量很高，可以从鲸脂中取样而不会伤害这些动物。海鸟也同样可以用来监测污染物，从它们身上取样成本低而且简便。海鸟的活动范围遍及整个海洋，它们在飞行过程中觅食，每年都会回到同一个地点繁殖后代。生物学家们在海鸟栖息地里采集海鸟的血液、羽毛、油脂和进行活体标本检查来做研究，这些可以给研究者们提供不同时间和空间尺度的污染信息。富含脂类(脂肪)的鸟蛋很容易积累脂溶性的氯化有机物，这些氯化有机物是最受关注的环境问题之一。鸟类的不同觅食习惯也会导致其体内的污染物不同。例如，鸬鹚大部分以近海海域中的鱼类为食，海雀主要以大陆架附近的小型鱼类和浮游动物为食，而如在近海活动的海燕之类的远洋海鸟则以浮游动物和小鱼为食。这些鸟类都将回到栖息地繁衍和哺育后代，因此我们可以在这些鸟类的栖息地对它们体内的污染物进行取样检测和标记追踪。20世纪80年代初，沿海栖息地中的海鸟蛋曾用来监测一些像滴滴涕这样的持久性有机污染物在海洋环境中浓度的下降情况。虽然滴滴涕这样的污染物最终可能在海洋环境中消失，但是目前还是能在这些指示物中发现低浓度的滴滴涕。

我们在海鸟的胃中发现，海洋中有许多污染物会吸附到塑料上(详见第3章)。误食大量塑料的生物体内的污染物含量因此变得很高，并可能产生中毒现象。过去10余年以来，出现了类似于氯化有机化学物的含溴或含氟的污染物。制成标本的鸟蛋可以帮助科学家分析造成环境问题的污染物的历史。

食用可能被污染的海味品会给人类带来什么影响？

鱼类和其他海味品中的化学污染物可能会对那些长期食用海味品的人们构成潜在的健康危害。这种危害主要来自人们的长期食用，偶尔吃一次，健康并不会受太大影响，这可能是海味品中的微生物污染食物的问题。被捕捞的鱼类体内可能含有各种浓度的工业化学品、农药和金属，这些物质达到一定浓度时可能会给食用这些鱼类的人们造成危害。人们对这些来自淡水河口和近岸沿海水域的鱼类体内的化学污染物的关注程度超过对开阔的海域的关注。在水产养殖运作的区域或附近使用的农药也有可能污染野生和养殖的鱼类。美国联邦政府已经为一些可能出现在海味品中的毒性最强和最持久的污染物设立了安全标准和指导标准。当地政府往往会根据这些标准来决定是否对某一水域发布公告或禁止在此水域对某种鱼类或所有鱼类进行商业捕捞。鱼类体中也会聚积一些无机化学物质，包括砷、镉、铅、汞、硒、铜、锌和铁。在这些无机物中最令人担忧的是汞，它是毒性最大的。有关部门会根据软体动物体中化学污染物的含量来对捕鱼水环境进行评级，或者只允许在特定时间和特定条件下的水域里进行捕捞等渔业活动。

什么是水俣病？

首个使世界认识到可食用海味品中积累的污染物可以危害人类的例子发生在日本的水俣市。在当地有一个工厂在生产塑料的过程中使用了汞并将汞排放到了附近的海湾。当地的人们经常食用这处海湾中的鱼，而这些鱼都因为工厂的排放而在体内积聚了大量的污染物。在1932年至1968年间，智索株式会社一共向水俣湾中排放了大约27吨的含汞化合物。这些被排放到水俣湾中的汞在海湾的沉积物中被甲基化，并进入海湾食物链中发生生物放大作用。环境中的微生物会将汞转变成甲基汞这一极具毒性和生物活性的形式，并使其进入食物链发生生物放大作用。当地成千上万的居民出现了严重的神经系统疾病和发育缺陷，这被称为“水俣病”，它警示着全世界的人们，接触汞可能会造成永久性的行为和神经系统的损害。严重的病例会出现精神失常、畸形和死亡的情况。许多孕妇在怀孕期间食用了受污染的鱼，所生的孩子都患上了较严重的先天性的疾病。不仅是有明显症状的母亲会生下先天患有水俣病的婴儿，没有明显症状的母亲也有可能生下这样的婴儿。这些婴儿往往都具有脑瘫的症状。当地受到影响的人群出现了肢体和嘴唇麻木、口齿不清，以及视力受损的症状，一些人还出现了严重的大脑损伤。在当地人群出现这些症状之前，村里的猫就出现了汞中毒的症状。这些猫在吃了人们的厨余和鱼市上剩下的鱼后，它们的症状与后来在人类身上看到的症状相似，并因此死去。当人们看到猫的奇怪行为时，一开始人们以为这些猫只是出现了精神失常。研究人员认为此类事件是由于某种食物中毒所引起的，而当地受污染的鱼类和贝类成了首要怀疑对象。最终研究人员确定当地鱼类体内的汞是这次事件的“元凶”。从当地出现明显症状的人和水俣市的一般人群中抽取头发样本进行检测发现，在出现明显症状的患者中，他们体内的汞含量最高达到了705毫克/千克，这是非常高的含量。没有出现明显症状的当地居民体内汞的平均含量为191毫克/千克，而居住在水俣湾之外的健康人群体内的汞的平均含量为4毫克/千克。

现在海味品中还存在汞污染的问题吗？

虽然水俣事件这样的严重汞污染事件已成过去，但目前对于汞污染依然存在两个主要的问题。第一个主要的问题是人们可能会食用来自汞污染地区的鱼类。美国每个州的相关部门都会对鱼类是否存在污染物进行监测，并在食用水产品可能对人类健康造成安全隐患的水域附近发布禁令或警告。已发布禁令的水域是禁止一切渔业活动的，而针对污染水域的警告则是提供给公众不可食用的水产品的种类、数量和大小的参考。那些重度汞污染的水域将禁止商业捕捞，水域旁都张贴了警告标志提醒休闲的渔民不要食用这儿的鱼类，但我们还不清楚目前究竟有多少垂钓者仅仅只因为一顿“免费的午餐”而无视这些禁令，值得注意的是，这其中的汞也是“免费”的。

第二个主要的问题就是，一些大型肉食性鱼类的体内的汞含量的增加。这些鱼类体内会含有大量的汞，并不是因为它们来自污染区域，而是因为它们处于食物链的顶端。这些汞主要来自大气，尤其是发电厂燃煤产生的汞。虽然其他的行业相比以前已经大大减少了污染物的排放量，但是电力行业造成的汞污染仍是令人担忧的。沿海地区的燃煤电厂所排放的汞会进入大气中并最终沉降到海洋中。过去一个世纪以来，海面上的汞含量达到了以前的两倍以上。几乎所有的鱼类和贝类体中都含有微量的甲基汞。活得越久的大型肉食性鱼类体内的汞含量就越高，因为它们有更多的时间来增加生物积累量。海洋汞污染对大型鱼类(如剑鱼、鲨鱼、鲭鱼和金枪鱼)的威胁最大。

目前对于汞污染，公众最关注的是它可能对胎儿的发育造成的影响。在水俣事件中，一些没有出现明显汞中毒症状的母亲生下的孩子也出现了严重的先天脑损伤。这是因为甲基汞可以通过胎盘由母体传递给胎儿。母乳也是甲基汞进行母婴传播的媒介。这种情况特别要引起大家的重视，因为幼儿特别容易发生汞中毒现象，随着年龄增长，汞对儿童的大脑发育也会产生特别大的影响。研究证明，一些在孕期接触过汞的妇女所生下的孩子的注意力、精细运动能力、语言能力、视觉空间能力和记忆力都会明显低于健康儿童。

虽然有汞中毒的危险似乎是避免食用鱼类的一个很好的理由，但食用鱼类的好处可能超过了许多风险。鱼类的蛋白质含量高，饱和脂肪含量低，还含有重要的营养成分，如有益心脏健康的ω-3脂肪酸。吃鱼还可以降低心脏病发作的风险，降低血压，改善动脉健康。所以这是一个如何选择正确的鱼去吃的问题。

美国环境保护署和美国食品药品管理局已经发布了关于特定人群食用海味品的建议。他们建议准备怀孕的妇女、孕妇、哺乳期妇女、6岁以下的儿童避免食用汞含量超标的鱼类，并限制每周食用鱼的次数。他们建议这些敏感人群不要食用鲨鱼、剑鱼、鲭鱼或方头鱼，因为这些鱼类体内都含有大量的汞(>1毫克/千克)，而每周食用12盎司(平均每周两餐)的低汞含量的鱼类和贝类被认为是安全的。儿童每周最好只吃6盎司的鱼。低汞含量的鱼类和贝类包括虾、罐装金枪鱼、鳕鱼、三文鱼和罗非鱼。长鳍金枪鱼体内的汞含量一般是中度的。美国环境保护署和美国食品药品管理局建议公众每周只能吃最多6盎司的长鳍金枪鱼，并建议公众查看当地有关部门发布的受污染源影响更大的水域中的鱼类的公告。这些有关部门给出的建议并不是意味着成年男性或已经过了生育年龄的妇女就不需要参考这些建议，公告是针对每一个可能会被汞污染影响的人。解决汞中毒的最好方法也许就是避免经常食用大型鱼类，转而食用那些体内汞含量不高的小型鱼类。例如，鳕鱼、三文鱼、黑线鳕、鲱鱼和沙丁鱼体内的汞含量就不高。

从牡蛎壳中提取的补钙剂存在金属污染的情况吗？

钙是预防和治疗骨质疏松症所必需的，但是我们在一些补钙剂中发现剂量超标的金属物质。一些标有牡蛎壳成分的碳酸钙补钙剂中含有铅。铅是一种神经毒素，会影响大脑和神经系统。虽然近年来铅污染水平已经有所下降，但它依然是人类健康的一大安全隐患。生产补钙剂的厂家很少在产品表中标明铅含量，根据规定，补钙剂中铅含量应低于2毫克/千克。加利福尼亚州的科学家们分析了各种补钙剂中的铅含量，发现其中有2/3的补钙剂中的铅含量都不满足加利福尼亚州可食用消费产品中可接受的铅含量标准，加利福尼亚州的标准要比美国国家标准更加严格。目前，相比于这些所谓的纯天然补钙剂，我们最好转而食用普通碳酸钙丸剂和柠檬酸钙补钙剂。

食用含有有机污染物的海味品会导致什么问题？

持久性强的多氯联苯及其相关化学物在相当长的一段时间内都会对海洋环境造成影响。因为它们在水体里会附着在微粒中，并沉降到沉积物中。底栖动物进食时，会吸收沉积物中的污染物，并将这些污染物传递到海洋食物链的上游。在食物链中，这些污染物会发生生物放大效应并积聚在那些肉食性的、脂肪含量高的大型鱼类体中。这些污染物主要积聚在动物体内的脂肪组织中，其次是肌肉组织中。科学家们在三文鱼中发现超过12种不同的氯化有机化合物，人工饲养的三文鱼体内的氯化有机化合物含量要比野生三文鱼的更高。只接触一次多氯联苯类物质并不会对生物体产生特别强的毒性作用(就像只吃一餐一样)，但长期低剂量的接触则会对生物体产生毒性作用，比如在相当长的一段时间内食用受污染的鱼类。因此，美国环境保护署和美国食品药品管理局为食用鱼类设定了安全标准。这些安全标准是在对老鼠进行了毒性试验的基础上提出的，并将污染物对老鼠这样的啮齿动物的安全剂量外推到人类。因此这些安全剂量存在着不准确性，任何人都不应该认为略高于这个标准就是令人担忧的，而低于这个标准就是完全安全的。多氯联苯可以导致试验动物患上癌症，美国环境保护署据此将多氯联苯认定为一种致癌物。其他以动物为实验对象的实验也显示出多氯联苯会损害生物的循环系统、神经系统、免疫系统、内分泌系统和消化系统。对于人类来说，接触过多氯联苯的女性生下的婴儿会面临着多氯联苯类物质污染的风险最大，就像汞对婴儿的污染一样。对于育龄妇女，尤其是对那些正在孕期或哺乳期的妇女来说，避免食用那些已知的含有多氯联苯的水域中的鱼类是减小多氯联苯危害的最好方法。我们对于长期接触低剂量的多氯联苯所带来的潜在的健康危害还知之甚少。可是，有些科学家怀疑，长时间接触低剂量的多氯联苯会产生包括儿童发育问题、肝损伤和癌症在内的多种健康问题。一些研究显示，有些孕妇食用过产自五大湖的受多氯联苯污染的鱼类之后所生下的孩子的头部偏小、视觉识别能力会下降，肌肉发育也会延缓。孕妇接触多氯联苯和其他化学污染物会对孩子的出生体重、短期记忆和学习能力产生轻微的影响。长期食用含有多氯联苯和其他化学污染物的鱼类的成年人在多项记忆与学习能力测试中的表现都不好。

尽管这些研究都不算“确凿的证据”，但都为我们提供了避免食用多氯联苯含量高的鱼类的理由。因为多氯联苯是积累在生物体的脂质内的，所以我们可以在食用鱼之前对其进行一些预处理。烹饪之后的鱼类体内的多氯联苯含量会明显下降，因为在鱼的烹饪过程中，类似多氯联苯这样的亲脂化合物会随着脂质一起被去除。在烹饪鱼之前，我们应该先去掉它的皮、油脂(沿着背部、两侧和腹部的部分)、内脏；在烹饪龙虾之前，我们先去除龙虾肝；在烹饪螃蟹之前，我们先去掉螃蟹蟹黄等这些容易积累化学污染物的动物组织。烹饪时，我们应该将动物的脂肪去除。对于鱼类烹饪来说，如果采取油炸的做法会使油脂封存在鱼体内；而烧烤的做法可以让油脂流出鱼体外，这种方式可以去除鱼体内20%~30%的多氯联苯类物质；如果要做烟熏鱼的话，最好在烟熏之前将鱼去皮和切片。

受到石油污染的海味品中也会积聚石油类的多环芳烃类物质。石油类污染物的种类与特性影响着海洋生物受污染的程度。原油及其衍生品是不同分子量和结构的多种烃类物质的复杂多变混合物。一旦生物体暴露在石油污染之中，生物体就会受到污染，并吸收和保留石油化合物。2010年的英国石油公司石油泄漏事故使得一大片渔业基地连同其中的大量海味品都受到了多环芳烃的污染，多环芳烃是致癌物和发育性毒物。我们虽然可以通过化学方法来检验海味品中的这些化学污染物，但这种做法会消耗大量的时间和金钱。根据美国国家海洋大气局给出的标准，我们还有一种确定海味品是否可以食用的方法——如果它闻起来或尝起来有汽油的味道，就会被认为是受过污染的，不适合食用。根据美国法律，受石油污染的产品不允许作为食品出售。被石油污染的海味品或石油本身并不一定是有害的，这种情况当多环芳烃类物质的水平低于有害水平时也有可能存在。然而，一个悬而未决的问题就是，有些鱼是否含有更高含量的多环芳烃类物质是无法直接通过嗅觉发现的。

为了应对英国石油公司在墨西哥湾的石油泄漏事故，美国食品药品管理局为墨西哥湾中的海味品设定了风险标准和多环芳烃污染物的安全阈值。在墨西哥湾重新恢复商业捕鱼活动之前，美国联邦和州的实验室已经追踪和检验了超过10000种当地鱼虾，以寻找来自石油泄漏海域的特定的微量多环芳烃类物质，以确保这个量远远低于对人类产生危害的剂量。然而以米丽娅姆·罗特金-埃尔曼(Miriam Rotkin-Ellman)为首的一些科学家们并不赞同美国食品药品管理局所设立的安全标准，他们觉得这些标准并没有考虑到儿童和胚胎对污染物与日俱增的敏感性。这些标准在这些科学家们看来并没有使用适当的海味品食用率，没有考虑到所有的健康相关的终极目的，也没有考虑到人们对多环芳烃类物质接触时间和可接受度的保护性预估。例如，对于两种特定的多环芳烃，苯并芘和萘的安全标准值应该要被设定得远远低于美国食品药品管理局设定的安全标准值，这两种参照这个更低的标准，超过53%的鱼和虾样本体内的多环芳烃类物质要高于会食用大量海味品的孕妇需要注意的剂量。这可能是因为政府为了减少墨西哥湾“深水地平线”石油泄漏事故所带来的重大经济损失而想要尽快恢复当地渔业生产的缘故。

海味品中会出现被二噁英污染的问题吗？

二噁英和呋喃是毒性极强的化学物质，会在食物链中产生生物放大效应。目前我们掌握的关于食品中的二噁英类物质和类似的多氯联苯类物质的数据非常有限，而且对这些物质的检测非常复杂且花费巨大。虽然目前在水产品体内，我们发现这些污染物质浓度最大的例子是在淡水鱼类中，但是这些污染物会积聚在海鱼体内丰富的脂肪中，并且往往会达到令人担忧的浓度。例如，人们在对50只格陵兰大比目鱼的抽样检查中发现，其中有10只体内的二噁英和类二噁英的多氯联苯的浓度超过了欧盟规定的安全上限。在对大西洋大比目鱼的抽样检查中发现，14只样本中有8只比目鱼的腹部含有超过欧盟安全浓度上限的，浓度非常高的二噁英和类二噁英的多氯联苯。

美国新泽西州纽瓦克市的帕塞伊克河的一个工业区因生产越南战争中所使用的一种除草剂(橙剂)，而使周围环境受到了二噁英的污染。当地的鱼和蓝蟹体内的二噁英的含量有所上升。有关部门在这片区域张贴了警告标志，但还是有很多人继续食用他们在此处捕获的蟹类。一份来自新泽西州环境保护部对当地风险评估的报告显示食用整只螃蟹的人患癌症的风险很高。此处已被列为“超级基金”资助的污染场址，但是负责清理工作的公司建议以另一种治理方式来替代全面地清理整条河流的方式。他们想在纽瓦克建一座用来饲养未受污染的鱼类的水产养殖设施，沿河驻地的渔民可以用抓到的受污染的鱼类来交换未受污染的鱼类。这项计划忽视了当地被捕捞和食用的最多的水产品是蟹类而不是鱼类的事实，它受到一些环境组织和当地报纸社论的批评和嘲笑。

鱼油补充剂里面也会含有污染物吗？

由于鱼类体内的脂肪中会积聚氯代有机物，因此在鱼油补充剂里面也可能发现污染物。大型肉食性鱼类(如鲨鱼、旗鱼、方头鱼和金枪鱼)的体内富含ω-3脂肪酸，但是它们因为处在海洋食物链的顶端，所以体内持久性有机污染物的含量也比较高。美国环保协会(Environmental Defense Fund,EDF)曾经检查过75家生产鱼油补充剂的公司，发现大部分补充剂都经过了充分的净化并且是安全的。食用鱼油补充剂的消费者应从那些经过严格验证、符合污染物安全标准的公司购买鱼油补充剂。美国加利福尼亚州的标准比美国食品药品管理局的更为严格。《美国消费者报告》发表了一项调查，该调查显示，根据加利福尼亚州65号提案(一项关于消费者权益的法案)，在一些鱼油补充剂中，多氯联苯的含量可能需要贴上警告标签。

食用体内积聚有害藻华毒素的鱼类和贝类是怎样导致人类患上疾病的？

类似甲藻和硅藻这样的单细胞藻类会产生毒素并容易在海洋食物链中积聚，从而对人类健康产生影响。正常情况下，海洋中可以产生毒素的藻类的种类和数量都非常少而且不会引起其他问题。然而这些藻类一旦疯长，将会引起有害藻华现象，这种情况往往出现在营养元素过剩的环境中。滤食性贝类会通过自身的组织将水泵入体内，再将水体中的藻类和其他食物颗粒过滤出来。当它们吃掉含有毒性的藻类之后，藻类毒素就会在它们的体内组织里积聚下来。一开始的时候，这些毒素并不会对这些滤食性贝类造成太大的影响。但是，大多数关于食用海味品中毒的病例发生在食用过积聚了毒素的贝类的人们身上。当藻类疯长的现象逐渐消失以后，这些贝类最终会将体内的毒素排出。不同于化学污染物需要相当长的时间才能在人体中积聚下来并产生影响，当人们吃一顿饭，尽管只是食用了少量受到有害藻华现象污染的贝类，就可能会很快出现急性症状。

麻痹性贝毒是什么？

麻痹性贝毒是一种严重的神经系统疾病，它是由于食用了被污染了的含有亚历山大甲藻产生的石房蛤毒素的贝类引起的。在美国的新英格兰地区，亚历山大甲藻的疯长现象很常见。石房蛤毒素会在蛤蜊、贻贝、牡蛎和扇贝体内积聚，在某些蜗牛的体内也发现了这种毒素。石房蛤毒素引起的症状包括刺痛、肢体麻木、灼烧感、晕眩、嗜睡、发热、皮疹和脚步踉跄等。在一些非致命的案例中，这些症状只会持续几天的时间。这种毒素可能引起的最严重的反应是，在食用后24小时内出现呼吸骤停现象，因为这种毒素会使膈肌麻痹，从而使机体不能正常呼吸。通过执行大规模的针对贝类体内毒素的监测项目和迅速封闭有毒的贝类捕捞区域，都可以预防麻痹性贝毒。除了测量贝类体内的毒素含量之外，对有害藻华现象的预测还可以通过监测上个秋季水体沉积物中孢囊阶段(休眠状态)的亚历山大甲藻的量来进行。为了保护公众健康，一旦发现贝类体内的毒素含量超过了某一定值，这一贝类养殖场就会被关闭。这种情况往往发生在收获季节的高峰期。得益于相关国家机构的有效监管，除了大型有害藻华之外，美国目前已经很少有因为合法食用贝类而发生中毒的现象了。然而，依然有些公众无视关闭标志而食用含有毒素的贝类，从而发生严重的贝类中毒。这种毒素并不能通过烹饪贝类而被杀灭。毒素可以在一些贝类体内储存数周的时间，毒素甚至可以在奶油蛤蚌体内存在长达两年的时间。麻痹性贝毒被认为是致使海洋哺乳动物死亡的一种原因，例如海獭在食用体内含有石房蛤蚌毒素的奶油蛤蚌之后可能死亡，有些座头鲸因为食用了体内含有石房蛤毒素的鲭鱼而死亡。亚历山大甲藻藻华还会引起濒临灭绝的鱼类品种死亡，如鲟鱼。

腹泻性贝毒是什么？

就像名字中表明的一样，腹泻性贝毒(diarrhetic shellfish poison，DSP)可以引起腹泻，尽管恶心、呕吐和抽筋的反应也很常见。症状通常发生在摄入受感染的贝类后不久，大概持续1天左右。引起腹泻性贝毒的毒素是冈田酸，这种毒素会使肠细胞变得对水非常有渗透性，从而导致腹泻并有脱水的危险。产生这一毒素的藻类是甲藻，它的分布十分广泛。腹泻性中毒在西班牙北部、爱尔兰和地中海的亚得里亚海地区是一个重大的问题。在加拿大东部，人们也发现当地的贝类体内有这种毒素。虽然我们尚未在美国西海岸发现腹泻性贝毒现象，但是甲藻在加拿大的不列颠哥伦比亚省和美国华盛顿哥伦比亚特区的普吉特海湾十分常见。由于腹泻性贝毒不会产生威胁生命的症状，因而目前尚无死亡事故的记录。

神经性贝毒是什么？

神经性贝毒(neurotoxic shellfish poison，NSP)是因为人们食用含有短裸甲藻毒素的贝类引起的，这种毒素主要由短凯伦藻产生。由短凯伦藻引起的赤潮被称为“佛罗里达赤潮”，经常出现在墨西哥湾沿岸。神经性贝毒的症状包括胃肠道和神经系统症状，如恶心、呕吐、口腔、嘴唇和舌头感觉异常(刺痛感)、四肢远端感觉异常、共济失调、口齿不清和头晕。与麻痹性贝毒相比，神经性贝毒引起的胃肠道和神经系统症状要稍微轻微一点。人和其他哺乳动物吸入雾化毒素，尤其是通过浪花接触到的短裸甲藻毒素，会产生呼吸不适或其他健康问题。神经性贝毒引起的神经系统症状可能会发展为身体部分麻痹。佛罗里达州的贝类养殖场中的短凯伦藻和其他会产生短裸甲藻毒素的生物处于相关部门的严密监控之中。得益于相关部门的得力监管，美国鲜有神经性贝毒中毒事件。然而在2013年，数量惊人(数百头)的濒临灭绝的佛罗里达海牛因为这种毒素而死亡。

记忆丧失性贝毒是什么？

记忆丧失性贝毒(amnesic shellfish poison，ASP)是由软骨藻酸引起的。软骨藻酸是由海洋硅藻属的拟菱形藻产生的，这是人们发现的第一种可以产生毒素的硅藻。当贝类通过滤食而积聚高浓度的软骨藻酸时，这种毒素就有可能传播到食用这些贝类的人类身体中。当鱼类和贝类体内积聚软骨藻酸时，它们自身都可能不会出现明显的病症。其他的一些浮游植物的捕食者体内也有可能会积聚这种毒素，如凤尾鱼和沙丁鱼。软骨藻酸是一种神经毒素，可以引起短期的记忆丧失、大脑损伤，严重的话还可能引起死亡。迄今为止，世界上已有超过100人受到过这种毒素的影响，其中有永久性的损伤，也有短暂性的损伤，甚至有人因此而死亡。第一次发现记忆丧失性贝毒中毒事件是在1987年，当时加拿大东部爆发了一起严重的食物中毒事件。当时很多中毒的患者死去，而余下的受害者承受着长期的神经系统的困扰。受害者出现了丧失记忆的症状，因此这些症状被称为“记忆丧失性贝毒”。它还有个更准确的术语名称，叫作“软骨藻酸中毒”。我们在有鳍鱼类身上发现了这种毒素，并且弄清楚了它的化学结构。软骨藻酸毒素不仅会危害人类健康，它对海鸟和海洋哺乳动物也同样会构成危害。南加利福尼亚州海岸上搁浅的海洋哺乳动物和死亡海鸟被认为和这种毒素有关。包括海狮和斑海豹在内，大多数死亡或搁浅的动物体内的软骨藻酸毒素检测都呈阳性。

雪卡毒素中毒是怎么回事？

目前报道最广泛的有害藻华毒素疾病就是雪卡毒素(ciguatoxin)中毒。人们受此影响并不是因为食用了受污染的贝类，而是由于食用了受污染的礁鳍鱼。据估计，全世界每年至少有5万在热带或亚热带生活过或短暂停留过的人受到雪卡毒素的影响。患者会出现持续几周到几个月时间的神经衰弱症状。雪卡毒素及与其相似的毒素是由甲藻门中的冈比甲藻产生的。这种甲藻会被一些食草的鱼类吞食，这些食草的鱼类转而又会被更大的肉食性鱼类捕食。雪卡毒素就会通过食物链传递，并积聚在鱼类体中。在热带和亚热带水域食物链中地位较高的物种最容易发生雪卡毒素中毒的现象，如梭鱼、鲷鱼、海鳗、石斑鱼、鳞鲀和琥珀鱼。其他种类也有可能引起雪卡毒素中毒的现象。雪卡毒素具有无嗅无味的特点，还具有耐热性，因此我们不能通过烹饪来去除鱼类体内的雪卡病毒。雪卡病毒会引起胃肠道和神经系统的相关症状。对于胃肠道系统，雪卡病毒会使机体发生恶心、呕吐和腹泻的症状；对于神经系统，雪卡病毒则会引起诸如头痛、肌肉酸痛、麻木、眩晕、出现幻觉等症状。严重的情况下，它会使人与寒冷物体接触时产生灼烧感。我们发现当一个健康的人和一个雪卡毒素中毒的人发生性行为之后，这个原本健康的人也可能会发生雪卡毒素中毒现象，这说明雪卡毒素可以通过性行为传播。有报道显示，雪卡毒素中毒的母亲通过母乳喂养的婴儿出现了腹泻和皮疹的情况，这表示雪卡毒素可以通过母乳传播。这些症状会持续几周到几年的时间，在极端情况下能持续长达20年，而且往往会导致长期残疾。大多数发生雪卡毒素中毒的人们都会随时间的推移而慢慢恢复，但也有些患者恢复之后出现了病情反复的情况。贝类养殖场可以被监控，当发现有害藻华毒素时人们就将该贝类养殖场关闭，但不同于久居不动的贝类，鱼类具有相当大的移动性，因其体内雪卡毒素导致中毒事件的发生率在不同地点的差异十分明显。在同一地点捕获的鱼类当中，有的体内可能含有雪卡毒素，而其他一样大小、同样种类的鱼类体中则可能没有。因此我们很难对雪卡毒素进行有效监管，并减少这种使人衰弱的疾病的发生。尽管在实验室阶段我们可以检测并确认鱼体中雪卡毒素的含量，但是目前却尚无实际的实地试验证明这种方法可以在情况变糟之前足够快地检测到雪卡病毒。目前对于雪卡毒素的预防主要建立在对公众和海味品供货商、分销商的宣传教育上，旨在让他们知晓有雪卡毒素的区域和一些引起雪卡毒素中毒的高风险的鱼类品种。在热带地区，唯一可以确保不会发生雪卡毒素中毒的方法就是不要吃鱼，显然这很难称得上是一个针对此问题令人满意的解决方案。

如何避免发生海洋毒素中毒事件？

对于减少海洋毒素中毒事件来说，持续的监管和快速的检测方法是必不可少的。然而，常规的在海洋进行样本采集然后紧接着在陆地的实验室进行分析的做法非常繁琐而且会消耗数天的时间——一个人在准备将这条鱼作为晚餐之前可不会等待这么长的时间。目前已经有些新技术被投入使用，比如机器人环境采样处理器(environmental sampling processor,ESP)，它可以使用分子探针检测水体中微生物的情况并拥有可以提供水体物质的实时监测信息的自动化技术。2013年夏天，有关研究人员在普吉特海湾使用机器人环境采样处理器进行实地实验，以验证这个仪器对有害藻类及其毒素和贝类病原体提供早期预警的能力。因为机器人环境采样处理器几乎可以实时检测出水体中的有害藻类和细菌，因而它可以在水华现象对贝类造成污染之前就做出早期预警。它所提供的信息可以帮助贝类养殖者，并帮助公共安全部门做出确保海味品不会对公众健康造成危害的决策。

9  气候变化与海洋酸化

导致全球变暖和气候变迁的原因是什么？

化石燃料的燃烧向大气中排放二氧化碳，这是导致温室效应的原因之一。从地表辐射出的热量变得更少，大气和海洋的温度不断增加。在过去的一个世纪里，海洋温度上升了约17.2℃，达到了200英尺的深度。压倒性的科学共识是，大气中人类造成的温室气体水平不断上升是主要原因。

气候变化给海洋带来了哪些问题？

气候变化是对海洋环境的最大威胁。海洋变暖将会给所有的海洋生物造成影响，其中最基本的影响就是加快生物的代谢速率，这最终会影响生物的寿命、种群数量和生态系统进程。海洋生物新陈代谢速率的提高意味着它们需要更多的氧，然而，海洋温度的上升使水体中的含氧量降低了。与此同时，海洋生物对有毒污染物的吸收也同样因为新陈代谢的加快而加快了。

海洋温度的上升同样也会对海洋中浮游生物的数量和分布造成影响。海洋表面温度的上升将会使海水发生分层现象，这会导致海洋表面和深层海水的温度差别非常大。垂直方向的海水流动(上升流)可以将海洋深层富含营养物质的海水带到海洋表层中，随着海洋温度的上升，这种上升流也会减少。因此，大部分生活在海洋表层水体中的光合浮游生物可以利用的营养物质将会减少，其产出也将随之下降。风可以促进上升流的海水跟表层水体更好地混合。而随着海洋温度的上升，风也减少了，这意味着上升流和表层水体的混合减少，浮游植物可以利用的营养物质会更少，用来供养鱼群的浮游植物也会更少。伴随着气候变化，20世纪80年代以来，海洋的初级生产量每年都在下降。温度的“细微”改变使加勒比地区信风的强度降低，从而供给浮游植物的营养物质也减少了，最终使当地的一部分渔业凋敝。1995年以来，有关部门每个月都会收集包括营养物质和浮游植物体内叶绿素含量、海洋气象数据在内的一系列对物理因素的观察，他们在委内瑞拉的海岸处建立了一个长期的数据收集系统，发现海洋表面的温度上升了约1℃，风力也减弱了。虽然这些变化看起来很小，但是这给海洋生物所带来的影响却是非常剧烈的：光合浮游植物的数量和当地沙丁鱼的捕获量都大幅下降了。由气候变化引起的洋流变化可能导致区域气候和天气模式的变化。

为什么珊瑚礁那么容易受到影响呢？

海草、红树林、盐沼草、牡蛎和珊瑚生态系统有着最为敏感的生物群落，这些生态系统为数千种生物提供了栖息地。现在和未来大气中二氧化碳的浓度将会导致海洋温度和化学成分的变化，这些变化将会给珊瑚礁生态系统带来前所未有的改变。有些科学家担心这些变化已经使珊瑚礁生态系统到达了一个“倾斜点”，这意味着这些珊瑚礁生态系统将很难再从附加的变化中恢复过来。它们被认为是对气候变化最敏感的生态系统之一，就像煤矿里的金丝雀一样。珊瑚礁在地球上已经存在了超过5亿年的时间，但是现在科学家们对它们能否继续存在却充满了不确定性。伴随着海洋温度的上升，珊瑚礁可能会发生白化现象(见图9.1)，白化之后的珊瑚通常呈现白色。当珊瑚礁失去它们的共生单细胞藻类虫黄藻时，它们就会发生白化现象。虫黄藻可以进行光合作用并为珊瑚提供养分，而珊瑚则为它们提供庇护并提供光合作用所必需的营养物质。虫黄藻对温度的变化十分敏感。当它们死亡或离开珊瑚之后，白化之后的珊瑚往往无法通过独自滤食满足它们的能量需求。在某些情况下，只要虫黄藻回到白化之后的珊瑚上，珊瑚就有可能幸存下来。温度上升和辐照所引起的白化和疾病以及海洋酸化所导致的钙化现象是对珊瑚最严重的威胁。自20世纪80年代以来，全球范围内大规模的珊瑚白化事件不断增加。例如在1998年，印度洋就有约80%的珊瑚礁发生白化，其中约20%死亡。

图9.1  珊瑚白化现象

来源：美国国家海洋大气局。

珊瑚礁的恢复被认为取决于来自相互连接的、有一定距离的珊瑚礁上的虫黄藻幼体是否到来。研究人员在对过往几次大规模的珊瑚白化现象长时间的观察中发现，如果没有人类活动的干扰，珊瑚往往能相对比较快地恢复过来。人类活动的干扰将会使珊瑚礁的恢复速度减缓。

科学家已经发现了珊瑚可能发生白化现象的前兆——虫黄藻中的某些蛋白质对温度变化的反应特别迅速和激烈。在发生白化现象之前，虫黄藻中血红蛋白基因的表达会处在一个较活跃的状态。因为它的敏感性，藻类产生物血红蛋白的量也可以作为一个衡量外界环境压力的早期预警指标。科学家同样也发现了一些地区的珊瑚中的某些耐热基因可以使珊瑚避免发生白化现象，并在有些可以杀死其他珊瑚的条件中存活下来。这是一个令人振奋的发现。

气候变化对极地地区有什么影响？

极地生态系统特别容易受气候变化的影响。两极地区的温度上升速度要比其他地区快得多，约为全球平均气温上升速度的5倍。不断变暖的洋流加快了北冰洋冰盖的融化和南极冰架的下降和解体的速度。北极冰盖一直在缩小，2012年夏天达到了有记录以来的最低水平。据估计，未来不超过30年，夏天时的北极将会完全没有冰块。因为冰川融化，格陵兰岛每年因融化而损失大约1000亿吨冰。现在全球海平面上升的速度已经远远高于政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)在2007年预测的数值。冰川消融速度的加快对海滨栖息地的威胁又进一步加大了。随着温度的上升，一些地区的典型浮游生物大量繁殖的现象减少了，另一些大型的浮游植物群落也渐渐变小了。这种转变也影响着浮游动物。磷虾依靠浮游植物生存，但磷虾的摄食效率很低，这种转变使磷虾的数量下降，而摄食效率很高的樽海鞘的数量则上升了。同时，磷虾也需要冰川作为繁殖地，而冰川却正在消融。更糟的是，根据斯科菲尔德(Schofield)和他的同事们的研究，其他依赖冰川生活的物种数量也正在下降，比如南极洲的阿德利企鹅，而其他企鹅种类的数量却正在上升。风向的变化也影响着南极洲的浮游生物。融化的冰川和更强的海风会使不同海水层的海水互相混合，这将会使光合浮游植物沉到深一点的水域中，而那里可以用来进行光合作用的阳光更少。这导致浮游植物的数量下降，随之而来磷虾和鱼苗的数量也下降，而磷虾又是长须鲸的一种重要的食物。磷虾也受到冰川消融的影响，冰川是它们躲避捕食者的避难所。

冰川的消融在将来会使北极和北冰洋地区的船运大大增加。到时候北冰洋西北航道和穿过北冰洋中心的船只有可能将新的、潜在的入侵物种带到北冰洋和北部港口。随着北冰洋冰川的消融，新的港口将被连接起来，现有港口与港口之间的航程也将缩短，这将为入侵物种提供新的机会。更短的航程意味着附着在船体或压载水中的生物更容易存活下来。入侵的物种作为一种典型的生物污染将在下一章节进行详细讨论。

气候变化会影响物种分布吗？

随着全球气候逐渐变暖，海洋生物地理分布可能会发生变化，包括物种向更高的纬度地区(朝着两极)迁移，或向温度更适宜的海洋深处迁移。据预测，浮游植物被认为正在向极地方向移动并远离赤道。如果海洋的温度和预估的那样继续上升的话，热带水域中的光合浮游植物的数量和多样性将会进一步减少，极地的光合浮游植物群落也会发生改变。研究人员已经观察到很多海洋动物向极地方向转移了。然而，那些已经生活在极地的动物们会发现随着冰川的消融，它们的栖息地也在进一步缩小。例如，依靠冰川生活的北极熊的数量正在不断减少。随着南极洲温度的上升，白眉企鹅的数量也大幅下降了。南极半岛主要的三种企鹅中的两种——白眉企鹅和阿德利企鹅的数量随着这一地区的温度上升(在过去60年里上升了约3°C)而大幅下降。相反地，白眉企鹅的数量和分布范围都增加了。

鱼类会对海洋温度的变化做出反应，海洋中的鱼类会向极地方向游动或潜入更深的海水中以躲避升高的温度。随着海水变暖，渔民们会发现一些从温暖水域游过来的新品种的鱼类。美国国家海洋大气局的东北部渔业科学技术中心的一份2009年的报告显示，他们研究的物种中近半数正将活动范围向更北或更深、更冷的水域中转移，这些物种包括大西洋鳕鱼、黑线鳕鱼和无须鳕。鳕鱼是美国的新英格兰地区渔业的基石。此外，新英格兰南部地区的龙虾商业渔业正在消失。如果海洋动物不随着海水温度的上升而改变它们的地理或纵深分布的话，它们的生长、繁殖和死亡率可能会发生改变。海水变暖可能导致生产力下降，但是也为基于气候因素、渔场和渔船之间相互作用的渔业提供了新机遇。

气候变化会给水产养殖带来影响吗？

根据联合国粮食及农业组织(Food and Agriculture Organization of  the United Nations，FAO)的数据，水产养殖是世界粮食产业中增长最快的食品行业。大部分水产养殖位于发展中国家，并构成了当地经济重要的一部分。目前全世界大概有一半的海味品来自水产养殖，而且这个比例还在不断上升中。传统的渔业被认为已经接近最大产能了，未来的海味品产量的增长将主要来自水产养殖。如果有充足的食物的话，动物可以在温暖的水中长得很快，这非常有利于水产养殖的发展，如原本只能在温暖水体中生活的鱼可以在新的地方饲养。然而，在热带国家，鱼类和贝类的疾病对水产养殖来说是一个比较棘手的问题。在温暖的气候中，疾病会更加致命，传染更快。在热带地区，水产养殖业的疾病暴发可在相对较短的时间内彻底摧毁整个鱼类种群，这会给当地经济和食品安全带来巨大的损失。气候变化会使这样大规模的疫情在暴发时变得更严重。

气候变化会改变动物的体积大小吗？

随着气候变化，许多物种的体积都预计会变得更小。一个重要的原因就是物种需要氧气。气候变化会使水体中的氧含量变低，而水生动物对含氧量变低十分敏感。最近的一项研究测试了温度变化是怎样影响生物体的质量的。对于体重为100毫克的水生动物，温度每增加1℃，其体重就会减少约5%；而对于相同体重的陆地动物来说，温度每增加1℃，其体重仅减少约0.5%。借助计算机模型，科学家们发现，从2000年到2050年，由于温度变高和水体中的含氧量降低，鱼类的体型大小将会减小约20%。由于海水变暖，美国、加拿大和欧洲部分国家的北大西洋鳕鱼的生长速度和体型大小已经下降了很多。较小的鱼类会对以鱼类为食物和贸易来源的社区产生经济影响。

气候变化会给捕食者和猎物之间的关系带来影响吗？

气候变化会给捕食者和猎物之间的关系带来影响。许多岩岸潮间带的生物已经接近它们的热承受极限了。在温度较低的地方，贻贝和藤壶可以在海岸上较高的位置生活，高于它们的水生捕食者(主要是海星)的活动范围。然而，随着温度上升，它们不得不下沉到海洋更深的位置，冒着被海星捕食的风险以求生存。过去60多年以来，加利福尼亚州海岸的夏天日最高气温增加了大约3.5°C，使得贻贝和藤壶的最高栖息地沿着海岸下降了约50厘米，而它们的最低栖息地的位置和捕食者所处的地理位置并没有改变。另一个改变捕食者和猎物之间关系的因素是海洋酸化，这一点我们将在稍后进行详细讨论。

海平面上升会带来什么？

海平面上升的现象是由海水变暖发生的热膨胀以及冰川冰架消融造成的，这些冰川和冰架消融后给海洋带来了新的水。虽然全球的平均海平面在近3000年的时间保持相对稳定，但是在20世纪期间海平面就上升了约17厘米，并且据预测到2100年将上升40～80厘米。在20世纪，海平面以每年约2毫米的平均速度上升，这比过去3000年来的海平面上升速度都要快得多。从1993年到2008年的测量显示，海平面上升的速度已经是过去数十年的两倍，而且已经超出了根据天气模型预测的上升速度。在地球上的不同地区，海平面上升的量都是不同的。虽然关于海平面上升有着各种各样的预测，但毫无疑问的是，1960年以来，25%～50%的海平面上升是海水热膨胀导致的。在20世纪，相当多的小冰川和冰盖消融了，未来将有更多的通过两极冰川和冰架的融化而产生的淡水流入海洋。过去20余年以来，两极地区冰层融化是导致海平面上升的最大原因。如果按照现在这个趋势进行下去的话，冰层融化依然会是21世纪海平面上升的主要原因。这样的话，到2100年，海平面将上升约1米。

有研究表明，到目前为止，仅仅是我们排放的温室气体，就会使海平面到3000年时上升1.1米。这个情况还可能更严重，最终会如何取决于减少多少温室气体排放量。如果我们按政府间气候变化专门委员会设想的那样继续向大气中排放大量温室气体的话，在接下来的1000年里海平面将会上升约6.8米。政府间气候变化专门委员会的另两个设想是海平面将会上升约2.1米或4.1米的高度。上升的海平面将使整体地区甚至是各个岛屿国家变得不宜居住或极易受洪水和暴风雨的袭击。因为沿海地区的高密度人口和快速发展，许多国家都将会受到海平面上升和沿海洪灾的影响。由于热带气旋的影响，全世界已经有数千万的人受到沿海洪灾的影响了。全球变暖带来的更严重的飓风和海平面上升将有可能增加洪涝灾害。发展中国家，尤其是小型岛屿和低洼地带的国家更易受海平面上升的影响，并很难对其做出很好的应对或从中恢复过来。发达国家的低洼地区，如美国纽约、长岛和南佛罗里达州也将面临巨大的风险。沿海地区的人们特别容易受到包括海啸、洪水和飓风在内的自然灾害的影响。全世界有超过1/3的人口居住在距海岸100千米以内的沿海地区，因此海平面上升带来的影响将是灾难性的。根据政府间气候变化专门委员会的预测，到21世纪80年代，将有数百万人遭受由于海平面上升而带来的洪涝灾害。

海平面上升会影响像盐沼和红树林这样在水边的潮间带生态系统。随着海平面上升，这些湿地中的生物群落会为了避免被淹没而移居到内陆或去更高的地方栖息。虽然这些湿地都是海鸟和海洋动物养育幼体的重要栖息地，但如果这些湿地不能迁移到内陆或海拔更高的地方，许多物种将面临危险。许多地区沼泽湿地的海拔增长速度并不会赶上海平面的上升速度。然而，如果暴风雨将大量沉积物带入沼泽湿地中，沼泽湿地的高度就会有可能上升很多并持续较长的时间。在发达国家和地区，沼泽湿地边的道路、房屋和其他人工建筑会阻碍沼泽湿地向内陆迁移。

为什么海平面上升的速度超过了预期？

政府间气候变化专门委员会在2007年的报告中预测全球海平面将会在2100年之前上升0.2～0.5米，然而现有的数据表明海平面上升高度已经达到或者已经超出了这一范围。基于现有的数据推测，到21世纪末海平面将上升1米的高度甚至更多。已有的预测并没有很好地反映出现实状况的原因，是所使用的预测模型没有考虑到加速这一切的关键影响因素，如北冰洋的海冰和格陵兰的冰盖融化。冰可以反射大部分的太阳辐射(称为“反照率”)，而海水是黑暗的，它会吸收大量的太阳辐射，冰川融化还会加速海洋变暖。北冰洋融化的海冰并不会直接使海平面上升，融化所产生的水会迅速被从靠南海域流入的盐度更高温度也更高的海水取代。这些温暖的海水因其是黑色的使得它们将会吸收更多的太阳辐射，而不是像冰一样将太阳辐射反射回太空，这种情况会加剧冰川的融化，导致北冰洋的海水越多，其所吸收的热量也就越多，海水就会变得更暖，如此恶性循环。

如今，南极洲和格陵兰岛大量的冰盖正在融化。2012年夏天，格陵兰岛融化的冰川的量创下有史以来的最高纪录。另一个被忽略的重要因素就是为了减缓干旱问题，全世界各地都在开采地下水，而这些地下水最终都会流入海洋，从而加快海平面上升的速度。

我们该如何应对海平面上升？

即便我们立即采取看似不可能实现的强有力的措施来减少温室气体排放，气候变化所带来的影响也是不可避免的。现在主要的问题是如何减少和适应气候变化所带来的影响。为了保护沿海城镇，我们可以改善并提高盐沼和红树林的地理位置以使它们免受风暴潮的影响，我们还可以在海边构筑海堤和其他防护措施以防止上升的海水破坏城镇。据预测，未来沿海地区将会有更多的风暴，恢复和重建海滨湿地、牡蛎礁和珊瑚礁是可以在风暴中减少风暴潮冲击的方法。植物和珊瑚礁因其在海洋中对海水的阻力，可以降低水流的速度，并消耗水流的一部分能量。另一个方法就是撤退——将沿海的房屋和社区转移走，这项策略引起了相当多政治上的反对声音。也许将这种方法称为“搬到内陆”的话，它就听起来不会那么挫败，也不会有那么多人反对了。

pH是什么？

pH是一个衡量水体中氢离子浓度的指标，它的范围为0～14。pH为7时表示水体呈中性，水体中的氢离子(H＋)和氢氧根离子(OH－)的数量相等，如纯水就是中性的。pH小于7的溶液中的氢离子的含量要多于氢氧根离子的，使溶液呈酸性，而pH大于7的溶液则呈碱性。酸性最强的酸溶液的pH为0，而碱性最强的碱溶液的pH为14。海水呈弱碱性，它的pH在8.2左右。由于pH是一个对数比例，pH的变化往往代表着溶液中氢离子浓度呈数十倍的变化。所以海水的pH从8.2降到8.1代表着其酸度增加了约30%(虽然海水还是呈弱碱性)。

海洋酸化是什么？

当化石燃料燃烧所排放的二氧化碳进入大气中后，约有1/3的二氧化碳最终会溶解在海洋中。虽然有相当多的一部分的二氧化碳溶解在海洋中可以减缓温室效应，这听起来像是对我们有利，但是这种现象对海洋是有害的。二氧化碳与海水结合生成碳酸，随之分离出碳酸氢根离子(HCO-3)和氢离子(H+)，这会降低海洋的pH并使海洋的酸度上升。工业革命以来，海洋的pH已经降低了0.1，由于pH是一个对数单位，这个0.1的值代表着海洋的酸度上升了30%。这是过去2000万年以来海洋pH最低的时候。人类活动对海洋酸化的影响程度一直很难计算，因为它在不同季节、不同年份以及不同地区和特定地点之间存在变化。此外，我们对海洋酸化的监测也仅仅从大约30年前才开始。如果二氧化碳排放量继续以目前的速度增长，通常被称为“照常排放情景”，根据模型预测，到2100年全球海洋平均pH将会下降0.2～0.3，海洋的酸度将会变成目前的两倍。南大洋是一个重要的碳汇，全球海洋吸收进的二氧化碳中约有40%的量进入了南大洋中。二氧化碳不是被大面积均匀地吸收到深海中，而是被水流拉下来的洋流也会改变全球海洋中的二氧化碳的分布。海风、水流和漩涡会改变海水的分层，使不同温度的海水混合在一起，这会改变不同海域的酸度分布。

海洋pH下降或称海洋酸化(Ocean Acidification，OA)的现象不仅威胁着海洋生态系统的健康，也威胁着人们的经济福祉和依赖健康的有生产力的海洋生态环境的产业。富营养化(藻类由于营养元素过剩而发生过度增殖的现象)也是沿岸海域中二氧化碳的一个重要来源。海水中有机物腐烂所排放的二氧化碳和来自大气中的二氧化碳一起加速了沿岸海域的海水酸化。切萨皮克湾下游的海水的pH正在下降，它的下降速度是开阔海域pH下降速度的三倍，这种现象部分是来自农业和其他人类活动带来的营养物质。这些复杂的因素使得减小海洋酸化所带来的影响的工作难度更大了。

海洋酸化会带来什么问题？

海洋酸度的增加预计会危害到大范围的海洋生物，尤其是那些拥有含钙的外壳的生物(见图9.2)。海洋中许多生物都会利用海水中的钙和碳酸根离子生成自己外壳中的碳酸钙。

图9.2  海洋酸化现象

来源：马里兰大学海洋资助项目的切萨皮克湾海洋环境季度报告。

海洋pH的下降会降低碳酸钙在海水中的饱和度，这会使一些海洋生物很难得到钙和碳酸盐来生成坚硬的外壳和骨骼。碳酸钙的两个常见的矿物形式是文石和方解石。由于文石是一种比方解石更容易溶解的矿物，因而海洋酸化给通过文石获取碳酸钙的海洋生物(如珊瑚、翼足类动物和双壳类动物)的影响，比那些通过方解石获取碳酸钙的海洋生物(如珊瑚藻和海胆)的影响要严重。有趣的是，鱼耳中的骨结构——耳石并没有像预测的那样在酸化之后的海洋环境中变小，反而是变大了。海洋酸化已经对一些地方的软体动物的幼体和其他钙化生物的外壳生成产生了有害的影响。脆弱的珊瑚需要非常高含量的碳酸盐来构建它们的骨架，而海洋酸化将会给它们带来巨大的威胁。海洋酸化会降低珊瑚礁的生成速度，这会使珊瑚礁的恢复能力变弱导致被侵蚀。又因为珊瑚礁是很多其他生物的栖息地，所以珊瑚礁的消失将会给整个海洋环境带来广泛的影响，并可能会对热带区域带来深远的社会影响——尤其是渔业和旅游业。珊瑚礁的减少将会降低它们在飓风和风暴潮发生时对沿岸生物群落的保护作用。

海洋的pH以前就没发生过变化吗？

为什么现在跟以前不一样？海洋生物能否适应现在的变化？

在以前的地质年代里，海洋的pH也发生过变化，但是这种变化的速度非常缓慢，持续了数千年。而现在，海洋pH的变化却很快——仅在一两百年的时间里。在过去海洋pH缓慢的变化中，岩石风化和海底矿物溶解等过程可以抵消其所带来的影响。但是在现在，海洋pH变化的速度之快已经远远超过了这些缓慢的地质变化可以抵消的程度。虽然有些海洋生物能够忍受这种条件或逐步形成适应能力，但是海洋pH如此快的变化将会使大部分海洋生物都难以承受。

哪些物种最易受海洋酸化的影响？

海洋酸化将会破坏海洋生物生成外壳时的钙化过程，这意味着一些钙质浮游生物(包括某些食物链底层的光合浮游植物)、珊瑚、贝类和其他一切需要生成外壳的海洋生物都将受到影响。在这些受到影响的海洋浮游生物中，有一种被称为“翼足类动物”的小型软体动物在海洋食物网中扮演着重要的角色。因为它们要生成文石外壳，所以特别易受海洋酸化的影响。这种生物构成了幼年期阿拉斯加粉鲑的饮食中的重要部分，它们可能会因为食物减少而受到间接影响。海洋酸化将会使得贝类的贝壳更脆更薄，使得它们更难抵御那些能碾碎它们外壳的捕食动物。

有些海域的海水酸度偏高是一种自然现象。美国太平洋沿岸海水中碳酸盐的饱和度已经处在一个很低的状态了。当海面上的风将表层的海水带离海岸，深层的酸度较高的海水(被称为腐蚀性水)就会上流并危害贝类。在美国西海岸已经发生了周期性的富含二氧化碳的海水上流现象，导致当地的牡蛎幼虫存活率多年来一直非常低。几十年之前，这样的上升流事件中的海水并不像现在一样呈酸性，或许都不会引起人们的担忧。一些当地养殖场在养殖牡蛎幼虫时出现了困难。在一些商业贝类产业依赖于牡蛎的自然繁殖的河口地区，野生牡蛎幼虫的数量不断下降，这些现象很大程度上都是由于底层酸度较高的海水上流所引发的。当时，俄勒冈州威士忌溪贝类养殖场的工人们认为是pH低的水杀死了牡蛎幼虫。通过与俄勒冈州立大学以及美国国家海洋大气局的合作，他们明确了产生这一问题的原因，现在他们对海水的pH以及要进入海洋的水体进行了严密的监测，以确保当地海水环境适宜牡蛎生长。一项对于pH监测设备的小小投资使得这个行业免受了数百万美元的损失。

除了海水变暖所带来的问题之外，珊瑚十分容易受海洋酸化的影响，珊瑚外壳会因为海洋酸化而变脆。酸度和温度都偏高的海水(也许这就是以后的海水)给珊瑚带来的伤害更大，珊瑚会因为一些微生物而变得更加易碎，这些微生物包括藻类、蓝藻和真菌会在珊瑚表面钻出细小的孔或更甚一步削弱珊瑚骨架。届时珊瑚将不仅没有足够的材料来形成珊瑚礁，而且已经形成的珊瑚礁将会因海洋的酸化和这些微生物的作用而更快地被侵蚀。如果目前的这种趋势持续下去的话，随着珊瑚礁数量的大幅减少，全球与珊瑚礁相关的鱼类和无脊椎动物的数量也将大幅下降。

不断增加的二氧化碳也是一种额外的压力，促使珊瑚“转化”成海藻。在一项实验中，当二氧化碳浓度从背景值增加到一个设定值，珊瑚由于接触海藻而死亡的概率增加了两到三倍。因此，珊瑚礁特别易受海藻生长的影响，也易被海藻取代。然而珊瑚礁生态群落的其他生物却可以使珊瑚更耐受这些环境变化的影响。食草性鱼类和像海胆这样的无脊椎动物对维持珊瑚礁的健康起到了重要的作用，它们可以去除掉或者吃掉珊瑚表面的杂草状的藻类，为新生的珊瑚留下生存空间。这些食草动物可以帮助受损伤的珊瑚礁恢复过来。然而，并不是所有种类的珊瑚都可以这样。一些种类的珊瑚对低pH环境有一定的忍耐性，但是其他种类珊瑚短期暴露在低pH环境中将会在其生长阶段甚至世代间引起持续性伤害。珊瑚白化、疾病和海洋酸化彼此互相影响，影响珊瑚的生存、生长、繁殖、幼虫发育以及栖息地的发展。某些当地的环境压力之间的相互作用，如污染、沉积、捕捞过度，很可能会增强气候变化带来的影响。

海洋酸化并不仅仅只对生物的外壳产生影响。贻贝使用自身的一种刚性的弹性结构固定在海洋表面，这种结构被称为“足丝”。在pH较低的环境里，这些足丝会非常容易断裂并失去弹性，导致贻贝在酸性较强的水中的附着能力下降了约40%。海洋酸化还给大量海洋动物带来了生活习性和生长发育上的问题。鱼类使用鱼鳃来维持体内外的pH平衡，但是鱼在幼年期的时候并没有鳃，不能通过这种方式来维持体内和外界的pH平衡。对于河流入海口中普通的鱼类来说，它们的鱼卵和幼鱼在高浓度二氧化碳的水体环境中的成活率和成长会大大降低。在高浓度二氧化碳水体环境中，鱼卵的死亡率比幼鱼的死亡率要高得多。大西洋长鳍鱿鱼的鱼卵在二氧化碳浓度高的海水中要比在正常海水中生长更慢。鱿鱼体内的平衡石是一种矿物结构的物质，它帮助鱿鱼感知移动，平衡石在酸性水体中体积较小，而且会变成具有多孔的奇怪形状。平衡石出现问题会对鱿鱼的方向定位和游动造成很大的影响。

许多动物的行为也会受到海洋酸化的影响。例如，幼年期的小丑鱼在正常情况下会待在它们生活的珊瑚礁的周围，但随着水体的酸性变强，它们会游到离栖息地越来越远的地方去，而这种大胆的行为对它们的生存并不是一件好事，因为它们游得越远，被捕食者吃掉的可能性就越大。更糟的是，菲利普·芒迪(Philip Munday)和他的同事们在对新几内亚天然冷泉(天然冷泉中冒出的二氧化碳气泡来自海底的火山活动)旁的珊瑚礁的研究中发现，小丑鱼已经对它们的天敌失去了本能的畏惧心理。在酸性环境中生活会使小珊瑚鱼被潜在的捕食者的气味所吸引。海洋酸化给海洋生物带来影响的另一个例子是酸性环境使得天竺鲷的嗅觉和归巢能力受损。这些影响都会提高物种的死亡率。酸性环境也会使海洋生物的捕食能力减弱。棕拟雀鲷是一种珊瑚鱼，如果它生存的水体环境中二氧化碳含量一旦上升的话，它会选择躲避受伤猎物的气味而不是去靠近，这使得它的觅食能力大大降低。

“智利鲍鱼”是一种蜗牛，它能附着在被海浪冲刷的海边岩石上。当它被潮水拍下岩石之后，它可以迅速地重新附着到岩石之上，这对于智利鲍鱼来说是一项重要的生存能力。但当海水中的二氧化碳含量上升(pH降低)，蜗牛自我纠正的速度较慢或根本无法重新附着到岩石上。低pH水体环境还会扰乱寄居蟹对食物气味的感知。低pH水体环境中的蟹类的触须抖动率(嗅探反应)会减弱，它们对气味来源的地理位置的探测准确性会大大降低，与生活在正常海水中的蟹类相比，它们的活动也会大大减少。

由于物种对海洋酸化的敏感性存在很大的差异，我们可以预估：随着海洋酸化的加重，一些物种将会存活下来而其他的物种将会大大减少，这种情况会引起海洋生态系统的巨大改变。例如，类似蟹和龙虾这样的大型甲壳类动物，尽管它们的外壳也有对钙的需求，它们看起来似乎并没有受到海水中过量的二氧化碳的影响，它们的体型反而会变得更大。在高含量二氧化碳环境下，龙虾和蟹类的蜕壳会加快。在蜕壳之后，它们在软壳期会经历一次发育陡增阶段。海水中过多的二氧化碳会缩短它们的蜕壳周期，使它们的体型变得更大，较大的体型会使得它们在应对捕食者时不那么脆弱并使它们自身觅食更加容易。这些研究目前还处于初级阶段，还需要做很多工作去了解海洋酸化对各种海洋生物的影响。在酸化的水体环境中，软体动物会长得更小而且外壳也会更脆弱，这导致它们更易被捕食。海胆似乎也对海洋酸化有抵抗力，这是因为海胆体内拥有可以抵抗酸化环境的基因，而且海胆还可以很快进化。研究人员将海胆幼体分别放入高含量和低含量二氧化碳环境中养殖，对其进行取样使用基因测序工具来确定海胆体内的哪一部分基因组成发生了改变。通过观察每个基因所改变的功能，研究人员可以辨别出哪些特定的基因对海胆可以在酸性水体环境中生存至关重要。

海洋酸化会使整个海洋生态系统退化，产生由较少数的动物和植物为主导的基因同化的生物群落。阿拉贡城堡位于意大利海岸边的一座岛屿上，它附近的火山口会自然地释放出二氧化碳，造成海水不同程度的酸化，这可以使我们得以一窥未来的海洋生态系统会是什么样的。海水中三个不同的区域——轻度酸化、高度酸化和极高度酸化区域——分别代表着现在、2100年和2500年时海洋生态环境的状况。研究人员去除掉了岩石上的动植物并对其进行周期性的检查以观察岩石表面上的生态环境的恢复。结果显示：在轻度酸化的水体环境中，物种的数量和多样性降低；在高度酸化和极高度酸化的水体环境中，藻类的数量增加并占据了水体的大部分空间，因为海胆和其他食草动物并不以藻类为食。

钙质食草动物对于维持海洋生态系统平衡非常重要，它也是最易受海洋酸化影响的物种之一。

生物怎样保护自己免受海洋变暖和酸化的影响？

许多研究人员将海洋动物放到实验室的水箱中，在低pH水体环境中观察它们数天或数月的时间以了解动物们对酸性环境的反应。鱼类和贝类很难在这样的环境中生长得很好，而且无法和那些在碱性环境中生长的同类那样长得一般大或活的时间一样长。但是也有些物种显示出了很强的耐受性。和大多数实验室的规模实验不一样，真实海洋环境中的海洋生物都生活在一个完整的、拥有很多物种的海洋生态系统中，是一张复杂的关系网其中的一环。有些物种之间可能是争夺生存空间和食物的竞争者，而其他的物种则可能是猎物与捕食者之间的关系。条件有限的实验室研究并不能告诉我们海洋酸化所带来的长期影响和某个物种是否能适应海洋酸化。我们现有的理解大都依赖于短期的实验研究。长期的实验研究可以让我们发现一些物种可以随着时间慢慢适应海洋酸化所带来的影响。海洋动物在遇到所生存的水体中的二氧化碳含量骤然上升时可能会受到伤害，但是随着时间的推移，一些物种可能将慢慢适应这种变化所带来的影响。例如，珊瑚在二氧化碳含量高以致pH降低0.1的环境中生存一周，其钙化率降低了25%左右。与此相反，6个月之后珊瑚可能慢慢适应这种低pH水体环境，甚至有略微升高的钙化率。这项实验表明珊瑚也可以渐渐适应海洋酸化所带来的影响。一些软体动物可以通过驯化来提高它们对低pH水体环境的耐受性。一项研究发现水体中二氧化碳含量的上升会使牡蛎幼体的生长和发育减缓，存活率降低，而性腺成熟之后的成年牡蛎在高浓度二氧化碳的环境中所繁殖的后代会在这种环境中长得更大和更快。同样地，选育出来的牡蛎幼体比野生的牡蛎幼体对高浓度二氧化碳环境的耐受性更强。因此，一些海洋生物可以适应海洋中逐渐增加的二氧化碳浓度。

还有一种研究方法是以已经适应酸化水体环境的野生海洋动物群落为研究对象的，这些适应在世界上的某些地区是自然存在的。例如，在美国西海岸，俄勒冈州附近的海域就由于上升流而使得海水的pH降低。虽然就像上文所述的那样，这对牡蛎造成了严重的伤害，但是此地的海胆的幼体却显示出了比其在加利福尼亚州的同类对酸性海水更强的耐受性。这种迹象表明这些海胆已经产生了适应力和足以应对海洋酸化所带来的影响的遗传变异。研究人员已经发现了一些珊瑚具有可以增强其对海洋酸化耐受性的基因。

有些珊瑚礁可以适应高温并且不易发生白化现象。例如，波斯湾的珊瑚礁在夏天可以忍受的温度要比其他海域的珊瑚礁可以忍受的温度高约10℃，它们可以在经历了极端温度事件后在10年或更短的时间内恢复过来。这种耐热性表明其他的珊瑚种群也可能能够适应逐渐升高的温度。当珊瑚礁周围有足够的食草性鱼类来制约白化珊瑚上的藻类时，珊瑚礁从白化现象中恢复过来的速度就会变快。研究人员发现，因为过度捕捞，在红海中靠近沙特阿拉伯附近的海域中，珊瑚礁周围的食草性鱼类的密度要远低于红海其他海域中珊瑚礁周围的密度。这是造成沙特阿拉伯附近海域中珊瑚礁恢复速度较为缓慢的原因。

一些珊瑚礁也可以适应海洋酸化的影响。科学家们发现帕劳群岛附近海域中珊瑚礁在高度酸化的海水中长势非常好。种种迹象表明其他海域中的珊瑚礁也有可能会适应海洋酸化。

海洋酸化会给经济带来什么影响？

海洋酸化可能会给地区的旅游业和渔业造成影响，并对依赖于这两大行业的工作和收益造成影响。海洋酸化会给过度依赖珊瑚礁观光业和珊瑚礁渔业的地区造成严重的冲击，如果珊瑚礁受损或渔业产出下降的话，这两个行业的效益会大大下降。同样重要的是贝类捕捞、珊瑚礁相关工业和旅游业的变化将会影响到其他依靠这些受影响的行业的企业和社区，这可以使我们更好地理解海洋酸化所带来的全面的经济影响。商业渔业，特别是贝类产业，可能受到严重影响。不同国家对软体动物产量减少的受影响程度将取决于它们对软体动物的营养依赖程度和经济依赖程度。那些高度依赖软体动物产量、人口增速快并且适应力低的国家受到的损失最为严重。

如何减少海洋酸化所带来的影响？

为了减少海洋酸化所带来的影响，减少二氧化碳的排放和增加碳封存是值得考虑的方法。然而有很多人认为多植树造林并重建雨林、海草和红树林环境来固定碳(被称为“蓝碳”)的做法比上述陆源性方法的效率更高，并且可以减缓气候变化，这种方法也可以保护重要生态栖息地。这种方法具有周期长、花费大而且不能立即实施的特点，华盛顿哥伦比亚特区政府决定为自己争取时间。他们将会仔细地监测海洋酸化的程度并制定了一个应对海洋酸化的预算表，他们的行动基于对具体污染源可能引起的海洋酸化的具体程度的评估而进行。华盛顿哥伦比亚特区还将减少陆源性的碳排放，比如来自农业和城市径流的碳排放。他们将会采用切实可行的措施来抵消海洋中的碳排放，例如种植海草。此外华盛顿哥伦比亚特区还将对公众、商业领袖和政策制定者展开大量的宣传教育活动，以使他们了解不断加重的海洋酸化现象所带来的影响。

国际社会已经开始采取大量举措来致力于恢复和重建盐沼和海草栖息地，这不仅是为了减缓气候变化，也是为了给海洋动物提供栖息地以及保护人类的海岸聚居地。人们也正在努力修复受损的珊瑚礁。这些工作将会消耗大量的人力，需要在实验室培育小块珊瑚，然后把它们黏固到海洋中的珊瑚礁上。修复牡蛎礁在美国非常普遍，原因有很多。牡蛎礁可以为各种各样的海洋动物提供栖息地，并且可以充当风暴潮的缓冲器，它们的含钙外壳也可以应对pH不断降低的海洋水体环境。此外，牡蛎还可以滤食水体中大量的浮游植物来减轻和预防富营养化现象。

在应对气候变化方面，地质工程的技术性修复可以起到很大作用。施铁肥是一种为了增加海洋从大气吸收二氧化碳而已经真正被尝试过了的方法。在那些光合浮游植物因为铁含量低而生长受限的海域施用铁肥将会刺激这些光合浮游生物生长和加快光合作用进程，生态系统中的碳会被这些光合浮游植物吸收。这些被吸收的碳的一部分最终会随着这些生物的死亡而一起沉入深海中。关于这个理论，美国已经进行了312次大规模试验，主要在南大洋进行，虽然结果好坏参半，但总体来说，他们几乎没有证据表明这项技术能够可靠地固定碳。大多数科学家认为这样的努力不大可能有效果。新的计算方法不仅考虑了将被封存在深海中的二氧化碳，而且还减去了因通风、温室气体产生和燃烧化石燃料而造成的损失，以便生产铁盐，运输它们，并在海上分配它们。计算结果显示，为了将10吨/平方千米碳封存在海底中，所需要的铁肥在生产过程中每封存1吨二氧化碳约需要消耗掉500美金。2012年7月，普兰克托斯公司(Planktos)的拉斯·乔治(Russ George)从加拿大西海岸向太平洋海域投放了100吨硫酸铁。他宣称这种做法可以通过刺激浮游生物的生长来减缓气候变化。卫星图像显示这个行为最终造成了超过1万平方千米的海域出现了浮游生物的藻华现象。加拿大政府已经开始着手调查他的行为是否违反了包括《生物多样性公约》和《伦敦倾废公约》在内的多个国际条约。许多科学团体谴责他的行为，因为该项目违反了国际协议，包括《生物多样性公约》的禁令。

与此相反，能源效率是一项双赢的策略。对于发展节能汽车、建筑和家电方面，我们还有很多工作要做。能源效率可以比较好地节省大量成本并显著地减少碳排放。可惜的是，有些关于能源效率的小规模创新并没有得到太多的关注。因为它们不像太阳能电池板和风力机那样引人注目，而且也没有得到市场投资和政策的青睐。

资源的循环利用也可以降低气候变化的影响，因为这能够减少对矿物的需求量，减少原本会产生温室气体的加工生产。通过减少垃圾量，我们可以减少垃圾焚烧过程中产生的二氧化碳和堆肥填埋过程中产生的甲烷(一种强大的温室气体)。循环纸的使用可以减少树木砍伐，可以使要被砍伐的树木吸收更多的二氧化碳。20世纪70年代，美国的资源再循环利用率仅为7%，而到了2010年，美国已经有34%的垃圾得到了循环再利用。这是一个好消息，但我们依然还有很长的路要走。美国回收每年丢弃的接近1000万吨的纸制容器和包装可以节省下相当于16亿加仑汽油的能量。

虽然我们已经做了如此多的工作，但是全球二氧化碳浓度却依然持续上升。美国能源信息管理局(Energy Information Administration，EIA)的统计数据显示，2013年美国国内二氧化碳的总排放量比2012年增长了2.32%。目前，我们迫切需要建立制止海洋退化的补救措施，气候变化对全球海洋影响的速度和程度已经远远超出了我们之前所想。

10  生物污染

海洋中的微生物污染是如何而来的？

海洋中的微生物污染主要是人类向海洋中排放未经妥善处理过的污水所引起的。粪便污染是一个很令人担忧的问题，因为粪便中可能含有一些能引起疾病的微生物。缺少二级处理设施的污水处理厂排放出的污水中可能含有高浓度的病原体。采用合流制排水系统的老城区遇到暴雨时，雨水量超出了排水系统的容纳量，雨水、生活废水和工业废水就可能不经过任何处理而溢流出来。目前，尚没有关于有多少疾病是由污水排放引起的权威记录数据，但是据估计每年都有多达2000万的人口因为饮用含有病原体的饮用水而患病。这些病原体主要是来自未经处理过的污水，它们从污水中进入了饮用水源头的上游。非点源的地表径流也是沿岸海域中的病原体的来源之一，这些病原体可能来自动物粪便、家畜养殖业或野生动物聚居区。人们已经在沿岸海域中发现了甲型肝炎病毒和其他致病细菌(如沙门菌、李司忒氏菌、霍乱弧菌和副溶血弧菌)。

当污水被排入或随着河流进入海滨水域之后，其产生的微生物污染可能会在海洋生物(如贝类)的体内积聚。来自人类和动物的细菌和病毒进入海滨水域之后通常会附着在细小的颗粒物上，这会影响海滨水域的水质。当人们在海滨游泳时，就非常容易感染疾病。一项研究估计，加利福尼亚州每年约有400万人因为在被污水污染的海水中游泳而患病。有人在纽约市附近的哈得孙河这样的城市河流中发现了对抗生素有耐药性的细菌。在河流中，污水指示细菌最多的河段通常包括了耐药性最强的细菌。这些耐药性细菌包括假单胞菌、不动杆菌、变形杆菌和大肠杆菌的潜在致病菌株。科学家们也已经从污水和波罗的海的休闲沙滩上的海水和沙子中分离出弧菌和其他细菌，并且发现了它们对许多抗生素都具有耐药性。不过，总体来说，随着最近几十年来污水处理水平的提高，沿海水域的微生物污染情况一直在改善。

如何检测微生物污染？

肠球菌(如大肠杆菌)是一种自然存在于哺乳动物和鸟类消化系统中的微生物，但它也是一种会导致每年数百万人感染的机会致病菌。因为人和动物的粪便中含有这种细菌，所以要在实验室培养这种细菌相对来说还是比较方便的。它们的密度可以预测人们暴露在受污染的休闲水域的健康风险。它们被用作水媒病原体的替代品以及世界各地检测水的实验室的粪便指示细菌。

接触水体中的这些微生物可能会引起什么疾病？

由污水或动物粪便中的病原体所引发的微生物污染是饮用水供应中存在的主要问题，它在沿海水域也是一个问题，下雨后，雨水会将下水道和径流的细菌冲刷到水域，在沿海水域游泳的人可能会生病。相比于饮用水中的微生物污染所引起的感染，由于接触休闲水域中的微生物所引发的感染和疾病一般比较轻微而且难以检测。即便由此引起的疾病状况非常严重，通常也不能简单地将其归因于仅仅是接触过被污染的水域。流行病学研究表示，受到微生物污染的休闲水域可能会引起人的胃肠道和呼吸道感染，这就是为什么许多海滨浴场在大雨后会被检测到细菌污染升高，有的海滨浴场可能会关闭的原因。海水中微生物污染引起的另一个问题就是可食用贝类体内累积的致病细菌和病毒可能会使食用它们的人出现更严重的疾病状况。肠胃炎和甲型肝炎是能通过食用贝类传播的重要疾病；霍乱和伤寒(分别由霍乱弧菌和伤寒沙门菌引起)是首先被确认为与食用受污染的贝类有关的疾病。疫情暴发也被认为与人们食用受污染的贝类有关。一开始关于这些疫情暴发的分析基于流行病学数据，而现在分子生物学的进步和检测贝类体内低水平肠道病毒能力的提高，为确认贝类是某些疫情暴发源头的说法提供了更有力的证据。当检测结果显示贝类养殖场中细菌的含量超标时，有关部门就会关闭这些贝类养殖场。副溶血弧菌是引发海鲜源性细菌性胃肠炎的主要原因。在美国华盛顿州暴发过的副溶血弧菌胃肠炎，这被认为和食用生牡蛎有关。

并非只有人类面临着被冲刷到水中的病原体的威胁，许多海獭的死亡都是由一些原本只存在于陆地哺乳动物体内的疾病所引起的。M·A.米勒(M.A.Miller)和他的同事们发现这些海獭的死亡和一种特殊病原体有关，而发病与死亡又与当时当地海域30天到60天前来自河川径流的流量增加有关。这项发现支持了地表径流会将陆地动物粪便中的病原体带给海獭的结论。

如何判断某一片海域是否可以游泳？

美国国会在2000年通过了《海滩法案》(Beach Act)，这项法案将环境保护的范围扩大到沿海水域，并要求各州政府建立病原体监测项目。当海滩上的病原体超过安全值之后，政府的有关部门就会关闭这些海滩。然而，大多数卫生部门对海滩上致病细菌的检查一周只进行一次，这样的频率对于保护沙滩上的人们的生命健康安全来说还远远不够。一些模型可以用来预测一场雨之后某一特定海滩会被微生物污染影响的时间，但是如果你担心的话，最好在大雨后的几天内不要到沿岸海域中游泳。保护水资源协会撰写了一套健康游泳指南并为此建立了一个网站，为人们提供许多海滩的最新信息。

什么是物种入侵？

当一个新物种来到一个新环境之后，原先环境中保持其种群数量平衡的自然条件就有可能不存在了。没有了捕食性天敌、寄生性天敌和疾病，一些物种的数量可能在新环境中快速增长并最终占据这个新环境，对环境中原来生活的生物造成危害。几千年来，海洋中的许多生物都附着在浮木上并通过洋流在全世界范围内转移，近些年来人类的活动也促进了这些生物的转移。跟以前不一样的是，海洋生物转移的速度和数量已经跟过去大不相同了。就目前来说，海洋入侵物种会给生物多样性、生态系统、渔业、人类健康和经济造成重大的影响。当一个物种来到一个新环境之后，虽然这个物种中的大部分个体有可能都死亡了，但是依然会有一小部分生存下来，特别是对新环境中的某些条件具有耐受性的生物，这些新的环境条件往往会加重物种入侵的程度，比如污染、富营养化、本地生物种群密度低。就像安德鲁·科恩(Andrew Cohen)和詹姆斯·卡尔顿(James Carlton)所预测的那样，旧金山湾的物种入侵现象已经非常严重了，如今的旧金山湾生活着许多来自北美洲西北部的海洋入侵物种。

这些海洋入侵物种是如何到新环境中去的？

水生物种可以通过各种方式(载体)转移到新的环境中。它们可能是被人有意或无意地带到新的海洋环境中的：在船舶压舱水中或附着在船壳上，或跟在人们的靴子和潜水装备上“搭便车”，或是被作为活的生物体被交易以提供食物或饵料，或是作为其他生物的共生生物或寄生虫被带入新的海域中。格雷戈里·鲁伊斯(Gregory Ruiz)和他的同事们对海洋和河口环境中物种入侵的机制、范围和后果进行了综述。在19世纪，大西洋上的船舶急剧增加，许多物种随着航运在欧洲和北美东海岸海域之间被运输。长春花螺(玉黍螺)在19世纪早期被带到北美，现在已经遍布在从加拿大到新泽西州之间的沿海岩石上了。长春花螺很大程度上改变了这些沿海地区的生态系统，贸易和航运的增长使得那时候一个月内随着船舶压舱水进入新环境中的生物的量相当于以前一个世纪的量。据估计，每天有约7000种物种在压舱水中被带往世界各地，每年约100亿吨压舱水被运送到世界各地。其中，哪些物种将在一个新的地方存活下来，哪些物种可能会茁壮成长并对新的环境造成困扰是很难被预测到的，这种现象被詹姆斯·卡尔顿称为“生态轮盘赌”。

船体上附着的海洋生物所产生的污染是另一个重要的媒介。海洋中有些生物会附着在船壳、螺旋桨、传动轴、锚和锚链上。出于对环境问题的考虑，三丁基锡涂料正在被逐步淘汰。因为新型船舶防污剂防污效果较差，未来可能会有更多的海洋生物随着船舶被带到新的海洋环境中去。

包括牡蛎、沼泽草和鱼类在内的许多海洋物种会由于食用或控制侵蚀的目的而被引进到新的海洋环境中，而人类对这些物种会对新的环境造成什么样的影响知之甚少。如今鱼类和贝类被有意地带到世界各地进行水产养殖，这为人们提供了食物和工作岗位，但是这些引进来的鱼类和贝类可能会逃逸并对当地的物种、生态系统的功能和人类生活造成影响。被迁移的物种带来的病原体或寄生虫会使本地物种甚至人类患上疾病。在华盛顿州和不列颠哥伦比亚省，大西洋鲑鱼是被饲养在海网栏里的，这些地方每年都会有很多大西洋鲑鱼从养殖场的网箱中逃脱，在美国华盛顿哥伦比亚特区、加拿大不列颠哥伦比亚省和美国阿拉斯加州的咸水和淡水水域中都发现过这些逃逸的大西洋鲑鱼。

休闲垂钓也可能会传播入侵的物种。缅因州的诱饵蠕虫在全美国都很普遍。它们通常被包裹在海藻中，海藻中还含有许多其他的生物体。如果这些海藻被丢弃的话，其中的生物就可能会作为入侵物种入侵到新的环境中去。涉水靴、垂钓船、拖车都可能会在一个地方捎带上生物，然后把它们带到另一个地方，造成物种入侵。

水族贸易也会引起海洋物种入侵。许多水族馆会引进外来的鱼类、海洋植物、无脊椎动物和珊瑚。一个引起海洋物种入侵的最臭名昭著的例子就是衫叶蕨藻，这原本是一种热带海藻，但现在已经覆盖了地中海大部分海域。O.乔森(O.Jousson)和他的同事们认为，这种入侵物种来自水族馆。这种藻类第一次被发现是在摩纳哥的海洋博物馆的窗户下面，它很有可能来自某个水族馆。狮子鱼(翱翔蓑鲉)是加勒比海最具破坏力的入侵物种，这可能也是当地的水族馆放生所致。

2011年，日本海啸将大量海洋垃圾从日本附近的海域冲刷到了北美洲的近海海域中，很多附着在这些垃圾上的生物对北美洲的近海海域造成了物种入侵。研究者们在从日本漂到美国和加拿大近海海域的漂浮的海洋垃圾上发现超过了60种原本在日本才有的生物物种。在海啸期间，我们需要重点关注浮船坞、码头桩、轮船，它们在海啸发生时就在海水中，而且可能已经附着了大量的微生物。这与船舶运输所带来的海洋物种入侵不一样的地方就是，船舶在港口之间移动的速度很快，所以不会有太多的生物附着其上。一些生态群落随着海啸带来的碎片垃圾可以到达整个海岸线沿线，而不仅仅是港口。很令人担忧的是来自北太平洋的海星，这是一种以贝类为食的浅水生物，在入侵澳大利亚附近海域之后，两年的时间内其数量达到了1200万只，对当地水产业造成了严重影响。人们在日本海啸所带来的大部分的海洋垃圾中发现了一种名为“裙带菜”的海草，这种海草的繁殖速度非常快。在北美的近海海域中也发现了来自日本的包括蓝色贻贝、太平洋牡蛎、棕藤壶和蛤蜊在内的生物，还有海蠕虫和海胆。2012年，在俄勒冈州，有个全长66英尺的商业航运码头被冲上岸。附着到船舷上的100多种物种中，有2/3是亚洲本土生物物种，这些物种包括海藻、贻贝、海星、藤壶、蟹类和牡蛎，它们在海上漂过了5000英里，生存了约14个月。2年后，在一艘被海啸冲刷到华盛顿州海岸的日本渔船上，人们发现了东亚的土著鱼类、海葵、扇贝、蟹类、海蠕虫和海参。美国西海岸各州和夏威夷州的州政府已经制订了应对计划。由熟悉北太平洋海洋生物的专家组成的日本海啸海洋废弃物分类评估小组迅速检查照片，以确定某个物种是否具有潜在的入侵性，以便政策制定者能够确定应对策略。

哪些鱼类具有入侵性？它们会造成什么危害？

狮子鱼(见图10.1)原产于印度洋太平洋海域，之前作为热带鱼来出售。20世纪90年代初，人们第一次在佛罗里达州沿岸海域中发现这种鱼类，它们被认为要么是从水族馆放出来的，要么是安德鲁飓风导致的洪水将沿海水族馆中的狮子鱼带到海洋中所致。它们在大西洋中会抢夺本地鱼类的食物和生存空间。这些本地鱼类对当地生态和经济都有十分重要的意义。由于大西洋中的本地生物中没有狮子鱼的天敌，因此现在狮子鱼已经大量存在于大西洋美国东南部沿岸，并沿着南美海岸传播到墨西哥湾和加勒比海沿岸。狮子鱼身上的刺中含有剧毒的毒液，可以阻吓捕食者。狮子鱼的刺通常不会导致捕食者立刻死亡，但会使捕食者非常痛苦。马克·阿尔宾斯(Mark Albins)和其他研究者们发现狮子鱼在许多海域中的种群密度已经超出了本地的珊瑚礁鱼，而且狮子鱼在入侵地区中的体积和数量也要比原来在太平洋的环境中更大。在一些海域中，狮子鱼已经成为当地海域将近一半生物的捕食者。狮子鱼的物种入侵所带来的生态影响的范围十分广，从对珊瑚礁生态系统结构和功能的扰乱到对当地渔业和旅游业的影响。狮子鱼会捕食一些对生态系统很重要的物种，比如食用藻类的生物(如鹦嘴鱼)，这些生物可以控制珊瑚礁上的藻类。在狮子鱼严重入侵的珊瑚礁生物群中，狮子鱼会吃掉珊瑚礁中大约60%的本地鱼类。这些被狮子鱼吃掉的鱼中包含一些类似鲷鱼和石斑鱼这样的对当地经济很重要的鱼类。狮子鱼入侵造成了严重的社会经济影响，尤其是对渔业和旅游业的影响最为突出，这两个行业对加勒比海和大西洋海沿岸地区的国家尤其重要。狮子鱼在北卡罗来纳州沿岸的海域中的生存条件尤其优越，它们吃得很好，就像肥胖的人一样，在它们的内脏中甚至已经出现了脂肪组织，这对鱼类来说是不常见的。

图10.1  狮子鱼——翱翔蓑鲉

来源：美国国家海洋大气局。

入侵性的栉水母是什么样的？它们会造成什么危害？

最严重的一次海洋物种入侵现象发生在20世纪80年代初，当时来自北美的淡海栉水母(见图10.2)被带到了黑海。栉水母在形态上与水母很类似，但在生物学意义上却很不相同。栉水母不会像水母那样去蛰捕食者，而且它与水母属于不同的门(它属于栉水母门)，所以它们并不是真正的水母。淡海栉水母原本生存在大西洋海域的河流入海口中，它们的种群数量受到了天敌和寄生虫的限制，它们能承受范围广阔的温度和盐度。它们的长度可以长到10厘米，以浮游生物为食，也会捕食鱼卵和幼鱼。它们的种群在黑海中可以达到很高的密度。当淡海栉水母被带到黑海之后，它们迅速适应了新环境。根据T.史伽诺娃(T.Shiganova)的调查数据显示，在1989年之前，黑海中已有10亿吨的淡海栉水母在消耗鱼卵、幼鱼和一些原本是其他具有经济效益的鱼类食物的浮游生物，导致鱼类种群和黑海生态系统的崩溃。分析结果显示，这些淡海栉水母来自墨西哥湾附近地区(如佛罗里达州)及其北部区域(如罗得岛州)。黑海中栉水母种群的多样性表示黑海曾遭受大量、多次入侵，这与压舱水运输及其在大西洋的广泛分布是一致的。这些入侵的栉水母可能是被大西洋各个地区往来黑海的船只所带过来的。就像一个奇怪的轮回，1997年另一种栉水母——肉食性栉水母又作为一种入侵物种被带到了黑海。这种物种体型稍大，它以淡海栉水母为食，这使得黑海中的淡海栉水母的种群数量大为下降，有助于当地生态系统的恢复。随着肉食性栉水母的到来，黑海中的浮游动物、光合浮游植物和鱼类的数量也开始上升，所以将肉食性栉水母作为淡海栉水母物种入侵的一种生物防制手段而引入海域是可行的。然而，因为肉食性栉水母也可能有变成入侵物种的风险，所以用另一种外来生物去控制入侵的物种应该是不得已的选择。

图10.2  淡海栉水母

来源：美国国家海洋大气局。

哪些蟹类具有入侵性？它们会造成什么危害？

图10.3所示的青蟹，这是一种原本生活在欧洲和北非大西洋沿岸的物种。一般情况下它们生活在受到保护的岩岸、卵石滩、泥沼地和潮沼里。

图10.3  青蟹

来源：美国国家海洋大气局。

它们对盐度和温度的适应性非常高。作为一种入侵物种，青蟹被带到了南非、澳大利亚和北美洲沿岸的海域中。它们的幼体只需在浮游生物中待大约两个月，就能分布到沿岸好几英里远的地方。在岸上的青蟹会被潮汐和洋流带回海水和河流入海口，在那里蜕皮，并作为幼年个体定居下来。如果环境适宜的话，它们将在那里存活下来并繁殖后代，在新的环境中建立一个新的种群聚居地。19世纪初，这种青蟹被带到了美国大西洋海岸，它们在新泽西州到科德角之间的海岸定居下来。它们可能是附着在过往船只的船体上而被带到新环境中来的。随后它们的种群扩张到了更北的地方，使缅因州的软蛤类渔业严重受损。青蟹是软蛤和圆蛤的主要天敌。青蟹还以牡蛎、蠕虫和小型甲壳类动物为食。青蟹猎食蛤蜊和贻贝的速度要比其他蟹类快，在觅食方面，它们明显竞争得过当地水体环境中的蟹类。青蟹引起的第二次严重的物种入侵事件发生在1989年的旧金山湾，它们可能是以幼体的形式存在于压载水中或被裹在运往西海岸的海草和海带中。特德·格罗斯霍尔兹(Ted Grosholz)和格雷戈里·鲁伊斯(Gregory Ruiz)记录下了这次青蟹在旧金山湾中扩张的情况和对环境的影响。这次事件中，青蟹的入侵使得加利福尼亚州的马尼拉蛤蜊的数量减少了50%以上。随着向北方的扩张，它们已经对太平洋西北海域的珍宝蟹、牡蛎和蛤蜊渔业造成了影响。由于成年青蟹会将大叶藻连根拔起，而幼年青蟹以大叶藻为食，所以其对大叶藻床也是有害的。

被带到北美的青蟹身上的寄生虫更少，而且它们实际上要比在欧洲水域的老家的同类长得更大。这可能是它们能成功入侵的原因之一。在美国东海岸，当地的海螺和贻贝已经与青蟹共存了超过一个世纪的时间，它们进化出了更厚的外壳作为防御，这使得它们比没有接触过青蟹的海螺和贻贝更难被碾碎。相对地，青蟹则进化出了更强的蟹钳，这有点像进化上的“军备竞赛”。

中华绒螯蟹是一种原本生活在韩国和中国黄海海域的穴居蟹。它的名字源于爪子上浓密的绒毛。它被认为是在20世纪初偶然地被船只里的压载水带到德国的。从20世纪20年代到20世纪30年代，北欧的河流和河口中都发现了这种螃蟹。连英国的泰晤士河中也发现了数量庞大的中华绒螯蟹。中华绒螯蟹可以逆流而上并游很远的距离进入淡水水域，会捕食一些当地水体中的本地生物。中华绒螯蟹还在溪流和河流的岸边打洞穴居，这可能会引起河岸崩塌。英国的动物学家担心这种螃蟹将会吃掉或是淘汰掉本地脆弱的淡水物种。本地的小龙虾就可能被中华绒螯蟹的入侵所影响，事实上本地小龙虾的数量已经在下降了。中华绒螯蟹的物种入侵造成的渔业损失给欧洲带来的经济影响是约8000万欧元的损失。许多动物以这种螃蟹为食，包括浣熊、水獭、涉水鸟和鱼类，但它们显然没有吃掉足够多的螃蟹来减缓这个物种的入侵。

中华绒螯蟹是亚洲人餐桌上的一道美味佳肴，这就诱使有人将活的中华绒螯蟹非法进口到美国的海鲜商店去。中华绒螯蟹在20世纪90年代作为一种入侵物种被带到了美国西海岸，它对本土无脊椎动物、某些经济鱼类，以及淡水和河口的生态群落的结构构成了威胁。因为中华绒螯蟹喜食三文鱼的鱼卵，它们的存在危及加利福尼亚州的某些濒临灭绝的三文鱼种类。它们拥有在陆地行走的能力，可以到距离它们很远的河流环境中生存。中华绒螯蟹的入侵给加利福尼亚州的引水工程和鱼类救助设施都造成了严重的影响。2006年夏天，人们在切萨皮克湾中发现了中华绒螯蟹，2007年特拉华湾中也发现了它们的身影。在纽约州和新泽西州附近均可以找到中华绒螯蟹。纽约州政府和新泽西州政府已经发布通告，希望每位捕蟹人在看到中华绒螯蟹之后都要向有关部门报告。幸好美国东海岸的中华绒螯蟹只是零星地出现，并没有迹象表明它们目前已经在东海岸形成了庞大的种群。

亚洲海岸蟹(又名肉球近方蟹)，这是一种体型较小的蟹类。1988年约翰·麦克德莫特（John McDermott）在新泽西州第一次发现了这种蟹类，它们可能是在幼年时期跟着船舶压舱水来到美国东海岸的。它们的活动范围已经扩大到缅因州和北卡罗来纳州，而且在多卵石的潮间带和浅海栖息地上的个体数量变得很多。它们能在多种环境条件下繁殖，这使得它们的种群密度很高。在一些海域它们已经取代了青蟹，这可能是因为亚洲海岸蟹会捕食小型青蟹。亚洲海岸蟹现在已经是美国东北海岸的潮间带岩石栖息地的主要螃蟹。鲜有迹象表明它们在此地有天敌或寄生虫。亚洲海岸蟹还喜欢由盐沼中的绳草和贻贝创造的潮湿且阴暗的环境。贻贝会吸附在绳草上，这种贻贝会给螃蟹提供裂缝以供其躲避天敌，这个过程被称为“促进级联”。绳草同时为贻贝和螃蟹提供了宝贵的阴凉之处。在这种情况下，亚洲海岸蟹对栖息地的利用似乎并未排挤本土物种。令人鼓舞的是，盐沼栖息地显然可以容纳这个新居民而没有严重的问题，然而，关于这种亚洲海岸蟹对环境生态的整体影响和经济影响还不是很清楚，但已有迹象表明亚洲海岸蟹数量正在减少，这有利于本土物种。

哪些附着生物具有入侵性？它们会造成哪些危害？

被囊动物或海鞘是附着在硬质物体表面的污着生物。海鞘的入侵一般都和人工建筑物有关，比如浮船坞、码头桩和水产养殖设施，但海鞘也会在自然生物的栖息地定居。一些入侵性的海鞘［如金星海鞘（史氏菊海鞘）、紫罗兰海鞘（堇菜色拟菊海鞘)］会附着在鳗草叶片上，减少了光的渗透，这会对鳗草叶片的成长和存活造成影响，而鳗草叶片是许多海洋生物的重要栖息地。格蕾琴·兰伯特(Gretchen Lambert)总结了海鞘曾作为一种入侵物种侵入了一些温带水域并在这些水域生长过度的历史，这些温带水域包括新英格兰和大西洋中部沿岸水域。这种海鞘在新的环境中可以迅速繁殖，且容易传播，并能在底栖生物栖息地大范围地聚居且成为主要物种。海鞘在入侵环境中的成长速度会超过诸如贻贝等一些本地生物。那些拥有大量开放性空间，不管物种多么丰富，都很容易受这种海鞘的影响。将这种海鞘的群落“破开”的做法可能会加速它们的入侵，因为它们分散的小群落都具有繁殖能力。因此，试图清除被污染的表面或进行疏浚可能有助于这类物种的传播，除非它们能被遏制或从水中彻底清除。

哪些海草具有入侵性？它们会造成什么危害？

地中海北部的大片海床上都被一种名为杉叶蕨藻的海藻覆盖着，杉叶蕨藻对地中海来说是一种入侵物种。它在地中海会排挤当地的海洋生物、扰乱生态系统并影响渔民的生计。杉叶蕨藻在20世纪后半叶是一种很受欢迎的水族贸易品。人们从摩纳哥的公共水族馆释放出一小部分的杉叶蕨藻到野外之后，它在水族馆前的一小块区域停留了一段时间，然后扩散了，这种物种迅速覆盖了长达约190千米海岸的海床。到2001年，杉叶蕨藻已经扩散到地中海沿岸许多其他的港口中，在地中海很多船锚和渔网上都可以找到杉叶蕨藻。杉叶蕨藻一开始会过度生长并遮蔽本地海藻和海草，这会对原本以这些本地海草为食的生物造成了影响。类似贝类这样不能快速移动的动物则有可能会因为这种海草而窒息。另外，这种海草通过产生毒素来保护自己，所以能吃它的物种相对较少。然而，地中海鲷鱼可以食用这种海草，并将其产生的毒素以一种不会直接伤害自己的方式聚集在体内。

海带和裙带菜原产于中国、日本和韩国等国，在这些国家，它们被打捞并作为食物。它们可以在多种条件中生存，绳子、船壳、瓶子、软体动物的壳和其他海草都可以成为它们的生长环境。海带和裙带菜可能在新的环境中生成密集的群落，阻挡住一部分原本可以被本地生物吸收利用的阳光或抢占它们的生存空间。出于商业目的，人们将海带和裙带菜带到了法国，这些生物随之扩散到了英国、西班牙和阿根廷。海带和裙带菜进入澳大利亚、新西兰和意大利的海洋环境中却不是人们有意而为的。它们附着在笼子或绳子上，然后介入水产养殖，减缓养殖物种的生长速度或是取而代之，影响所到之处的水产养殖业的发展。

哪些沼泽植物具有入侵性？它们会造成什么危害？

芦苇(见图10.4)在美国很常见。对于美国东海岸的半咸水沼泽和淡水沼泽来说，芦苇的其中一种来自欧洲的基因变异物种却是入侵物种。在半咸水和淡水沼泽中，它会逐渐淘汰掉一些本地植物，替代其中多种多样的植物组合。在半咸水沼泽中，它对水生动物的影响各不相同。半咸水沼泽中的某些生物并不会因为这种芦苇的入侵而受到影响，而鳉鱼所喜食的互花米草则会因为这种芦苇的入侵而从沼泽环境中被淘汰掉。这种芦苇的碎屑会和互花米草的碎屑一样进入食物链中，因此它有一种相似的营养功能。这种入侵物种隔离污染物的能力比本地物种大米草强，而且对暴风雨有很好的缓冲作用，所以这种入侵物种既有负面影响也有正面影响。

图10.4  常见的芦苇

来源：佩德里克·韦斯博士。

大西洋米草属的互花米草是一种美国东海岸的本地生物，它具有很高的价值。出于保护海岸和沙丘固化的目的，它被人们广泛种植在其他地方。然而，就像加利福尼亚大学戴维斯分校的柯蒂斯·德勒(Curtis Daehler)和唐纳德·斯特朗(Donald Strong)所记录的一样，将这种生物带到美国西海岸这样的新环境中后，它也有可能变成一种入侵物种。在华盛顿哥伦比亚特区维拉帕海湾发生的互花米草物种入侵事件中，当地政府正在把大片的潮泥滩改变成高密度的互花米草植被，这对迁徙的水禽和滨鸟，还有生存在泥滩上的涉禽都造成了影响。在旧金山湾，入侵的互花米草会和当地环境中的一些大米草属的植物杂交，对当地沼泽中的本土植物群造成了威胁。这种杂交产生的后代会比亲本种更能忍受艰苦的环境，并更具有入侵性。

外来物种能对环境产生有益作用吗？

有些外来物种也可能会对当地环境和本地生物产生有益影响。例如，切萨皮克湾有一种外来的红藻，它在当地的长势十分迅猛并且分布广泛。在一些大叶藻因为富营养化现象而减少的地方，真江蓠作为大叶藻的替代物给幼年期的蓝蟹提供了栖息地。又如，在风暴和洪水来临的时候，芦苇是一道有效的屏障，可以提供生态保护并有效隔离污染物，而且芦苇所产生的碎屑和垃圾比大米草多，它可以增加沼泽海拔，使潮沼的高度高于海平面。

在不断退化的新英格兰盐沼中，青蟹作为一种外来物种也能起到有益的作用。因为过度捕捞现象，沼泽蟹的天敌——相手蟹的数量大量减少，由此带来了沼泽蟹数量的大幅度增加，这些沼泽蟹消耗掉了大量的大米草，摧毁了大面积的盐沼。布朗大学的马克·贝特尼斯(Mark Bertness)和泰勒·科弗代尔(Tyler Coverdale)发现青蟹的物种入侵取代了这些环境中相手蟹的作用，这有利于沼泽植物的恢复。

如何防止生物入侵现象的发生？

在海洋环境中消灭外来物种要比在陆地上困难得多，但并非不可能。虽然无法根除入侵物种，但是有一些控制的方法是可以实现的，尽管这些控制手段需要持续进行而且代价昂贵。在任何情况下，控制生物入侵的最好的方法就是不要引入外来物种。我们需要对外来物种采取及时的监管，以免使其演变成环境问题。

由于船舶压舱水会带来很多外来物种，所以通过对压舱水进行管制来预防物种入侵的方式越来越受到重视。根据现在的国际法规，远洋船只在到达目的地之前需要在公海更换压舱水。一般来说，在港口中进入船舶压舱水的生物很可能只适应河口和河流的生存环境，当它们被释放后，将无法在开阔的海洋中生存。船舶在开放水域更换压舱水时，水箱将会被重新注入海水，海水中的海洋物种将难以在港口和海湾的环境中生存下去。但是出于安全考虑，船舶并不总是能够使用这种方法，比如在波涛汹涌的大海上就不能使用这种方法。另外，更换压舱水也不能完全清除压在水舱底部的沉积物，而许多生物恰恰在这些沉积物中，比如甲藻。这些甲藻则可能在新的地点引发有害藻华现象。更换压舱水同样也难以去除压舱水箱底部的一些成年期的无脊椎动物，这些无脊椎动物包括青蟹、泥蟹、海螺、软壳蛤、蠕虫和蓝贻贝，它们不会被海水交换所带走，它们的整个成年期的生活都在海上巡游。虽然由这种方式所携带的这些无脊椎生物不会太多，但是这种情况还是具有相当大的生物入侵的风险，尤其是在繁殖季节。例如，一只怀孕的雌蟹可能会携带数千到数百万只卵，在生产过后又可能会因为先前交配所保留的精子而重新受孕。虽然更换船舶压舱水的做法可以减少海洋物种入侵现象的发生，但是这不应该是唯一的措施。关于使用灭菌、添加臭氧和热处理的方式来消灭压舱水中的生物的研究正在进行中。还有一种方式是在港口建立针对船舶压舱水的处理设施，这些处理设施可以对船舶带来的压舱水进行灭菌和消毒。我们应该在一些运输业务繁忙的港口建造这样的压舱水处理设施，但这种方法也处理不了压舱水箱底部沉积物中的无脊椎动物。

为了降低新的生物入侵的风险，我们提出了可排放压舱水中生物数量的上限标准。国际海事组织、美国海岸警卫队、美国环境保护署和美国的一部分州政府已经制定了这样的标准。澳大利亚、加拿大和新西兰也制定了关于船舶压舱水排放的法规。国际海事组织所设立的船舶压舱水排放标准是基于对不同生物大小级有不同的每单位体积排放的压舱水中活的生物数量要求的。美国环境保护署在此基础上设立了更为严格的可排放压舱水中生物数量的标准。

为了缓解外来物种的入侵和扩散，对水产养殖者、渔民和其他人的宣传教育是一项长期工作。在一些地区，水产养殖业正在使用新技术来降低生物入侵的风险。例如，利用基因工程在人工养殖的贻贝上添加了新的染色体，使它们不能繁殖，从而降低野生的贻贝建立种群的风险。

新的技术也可以提高对外来物种的监测和管控。国际自然及自然资源保护联合会(International Union for the Conservation of Nature，IUCN)地中海协作中心发布了一款新的智能手机应用程序，帮助海洋保护区的管理者控制入侵物种在地中海的传播。这款应用程序包括一份关于地中海中已发现的重要的入侵物种的鉴定指南，它有助于在海洋保护区发现入侵物种，从而帮助相关部门在外来物种引起毁灭性效应之前对其进行有力的管控。

在生物入侵现象发生之后，我们可以做什么？

一个外来物种抵达一片新的海域，在其有机会形成群落和扩散之前对其定位并采取行动是非常重要的。这会很难。在海洋环境中将外来物种成功根除是很少见的。但如果一个外来物种在占据了相对小的一块海域时被发现，而且人们采取措施足够快，它有可能会被消灭。对外来物种进行调查研究十分重要，这种调查是由负责检测入侵物种的组织来执行，而且要重点针对某些地点和物种，比如可能带来外来物种的港口或具有高风险的入侵物种。

在新西兰，从钻机上被移除的污损生物中发现了贻贝之后，相关部门将深层软泥沙区中的翡翠贻贝给清除了。当时总共使用了227张疏浚拖网，从钻机上总共去除了约35吨的物料，将这些双壳类动物从相对较深的软泥沙中清除的行动表明，只要有合适的工具和一些其他的资源(包括充足的资金)，即便在困难的环境下也可以实施对外来物种的根除。在这次行动中，当局并没有宣称他们已经除去了全部的贻贝，而是说如果这次行动不可行的话，设立基于密度的有效的环境标准可以有效地降低风险。

加利福尼亚州南部附近的海域曾经发生过一次规模相对较小的蕨藻生物入侵事件，当时有关部门通过在这些蕨藻上覆盖塑料布并喷洒氯消毒剂来根除这些蕨藻。在2000年到2001年之间，相关部门花费了约233万美元用于管控和检测，而在2004年之前每年都有120万美元用于监控。澳大利亚使用粗海盐来根除杉叶蕨藻的做法也取得了良好的效果。克罗地亚使用塑料布覆盖在海藻上来根除外来物种的做法只适用于相对较小的海域。面对生物入侵，南澳大利亚州和新南威尔士州也采取了根除的做法，而由戴自给式潜水呼吸装置的潜水员手工去除法国地中海海域的一小块区域里的外来物种也取得了成功。这些做法能获得成功的前提是资源相对集中，如果一旦漏掉了一小部分，这些外来物种还是会很容易在新环境中引发入侵现象。

水族馆中售卖的蕨藻有可能会变成美国海域中的入侵物种。在2000年到2001年对加利福尼亚州南部水族零售商店的调查中发现，其中50家商店中有26家都售卖至少一种蕨藻，其中有7家售卖杉叶蕨藻。在2001年的后半年，加利福尼亚州禁止了对9种蕨藻的进口、售卖和持有。为了确定这项禁令的有效性，在禁令颁布的4年之后，对加利福尼亚州南部在先前的调查中被抽样的商家进一步做了调查。结果发现，在43家商店中有23家仍在售卖蕨藻，而其中有4家还在售卖杉叶蕨藻。这表明，加利福尼亚州的这项禁令实施并不理想，而且水族贸易也依然是加州蕨藻入侵的来源之一。

当外来物种的数量已经很庞大的时候，我们能做什么？

当一种海洋生物在当地已经具有庞大的群落之后，我们再对其进行管控是非常困难的。美国东海岸许多项沼泽重建工程都涉及了芦苇的根除和互花米草的重新种植，这需要非常多的人力物力，而且可能也会用到多种有毒的除草剂。这种类型的修复是为了有利于大米草的生长所需要降低沼泽的海拔高度，然而，这些重建的沼泽可能最终会被上升的海平面所淹没。在重建沼泽的过程中，恢复正常的潮汐流足以使芦苇的数量减少而互花米草的数量有所恢复，因为海水所带来的高盐度使得芦苇难以忍受，而互花米草则可以忍受。

澳大利亚曾经在游艇码头成功地清除了入侵的黑纹贻贝。当时有关部门使用的化学药剂是被用来杀死游艇码头里的一切生物，包括本地的海洋生物。这项行动涉及了对3个游艇码头和420艘船舶的化学处理，共有270名工作人员(包括为了保护潜水员免受鳄鱼袭击而雇佣的狙击手)参与，耗时4周，总耗资220万澳元。在夏威夷的卡内奥赫湾，一种叫作“超级吸盘”的真空装置被用来清除外来的藻类(如缢江蓠)，这种藻类会形成一层厚厚的垫子导致珊瑚窒息并死亡。

因为狮子鱼对生态和环境都有极强的破坏作用，一些国家已经采取了措施和管理方法来减少它们的种群数量。我们可以采取一些管控措施来减少狮子鱼的种群密度和影响，在狮子鱼入侵严重的环境中，狮子鱼的数量即便只是小小的减少也会对环境产生有益的长期效应。这项清理工作可以由专业人员和非政府组织的员工来进行，潜水员和志愿者也都可以参与。有关钓鱼和捕鱼的专业赛事组织都应该开展一些有关狮子鱼的生物知识、生态影响、收集和处理技术的宣传教育。在狮子鱼钓鱼比赛中所收集的数据可以用来监测种群数量在空间和时间上的变化。在墨西哥和巴哈马群岛的一些比赛中，每天会有超过2000只狮子鱼被清除。一些地方每个月都会举行狮子鱼清理比赛，并为潜水员和潜水工作人员提供奖品或进行表彰，其中一些人将收集狮子鱼作为他们的日常潜水活动之一，工作人员也会鼓励人们在潜水时搜索狮子鱼并告知潜水专家寻找狮子鱼。狮子鱼相当大胆且不怎么活动，因而可以在其近处用鱼叉去捕获，但是它们的逃跑反应却很快。在百慕大群岛，潜水员被允许去一些以往不被允许去的海域进行狮子鱼清除作业。这些潜水员必须提前参加安全研讨会。狮子鱼也可以用渔网有效地捞出，它们有时也会落入一些捕鱼的陷阱中。有一项研究的数据是由每周潜入加勒比海的开曼群岛附近几处海域清除狮子鱼的潜水员所收集的。研究人员要求这些潜水员不要把狮子鱼从一个特定的海域清除，以这处海域作为对照实验组。在潜水员清除狮子鱼的地点中，狮子鱼的种群数量下降了，这些种群中的狮子鱼个体都很小，而在对照地点中狮子鱼的种群数量却上升了。在实验刚开始的时候，实验海域中的狮子鱼平均有16英寸长，而在实验结束之后潜水员清除的狮子鱼却连这个长度的一半都不到了。由于体积越大的狮子鱼会消耗掉更大的猎物，产下更多的鱼卵，因此狮子鱼的体型大小是很有参考价值的数据。在捕狮子鱼的过程中，研究人员发现了一个潜在的问题，那就是狮子鱼种群会去学着改变自己的生活习性而不那么容易被潜水人员发现。最近的一项研究将用鱼叉捕猎狮子鱼海域中的狮子鱼和没有用鱼叉捕猎狮子鱼海域中的狮子鱼进行了对比，结果显示，前者在白天的活动时间更少而且更能有效地隐藏自己。

一些海域的潜水员尝试过诱导海洋中的顶位捕食者(如鲨鱼、梭鱼、石斑鱼、笛鲷)来捕食他们捕获的狮子鱼，希望这些肉食性鱼类可以养成捕食狮子鱼的习惯。然而，到目前为止，还没有证据显示这些肉食性鱼类正在学习捕食狮子鱼。诱导这些肉食性鱼类捕食狮子鱼的行为却会带来一些非预期的后果，例如这些肉食性鱼类在与潜水员接触时对潜水员的攻击性的行为会导致潜水员受伤。

可以通过吃掉它们的方式来控制生物入侵吗？

“如果你不能打败它们，那就吃掉它们；如果你不能让肉食性鱼类捕食狮子鱼，你可以鼓励人类去食用它们。”

狮子鱼其实非常美味。许多国家都鼓励人们食用狮子鱼。很多渔民依赖他们的捕获物为他们的家庭提供大部分食物，并认为狮子鱼是家庭餐桌上的一道佳肴；对休闲垂钓者来说，吃掉自己所钓上来的鱼也是比较有成就感的事。鼓励人们食用狮子鱼对清除过多的狮子鱼来说非常有效，但让公众知道在食用它们之前要去除掉狮子鱼身上的毒刺也非常重要。墨西哥、开曼群岛和加勒比群岛的餐馆已经开始提供用狮子鱼制作的菜肴了，有关狮子鱼的食谱也面世了。北卡罗来纳州海洋基金会的杂志《海岸观察》(Coastwatch)在2013年秋天的文章中刊出了几个烹饪狮子鱼的方法。

狮子鱼未来的商业市场可能将非常庞大。持续的、大规模的清除活动可能会阻止狮子鱼的种群数量增加，从而减少它们对本地鱼类种群的破坏性的影响。伯利兹大堡礁储备体系正在致力于推动这样的事情。蓝色探险(Blue Ventures)是一家英国的非政府机构，它的自然环境保护主义者们在与当地社群、珀拉什奇亚生产者合作社关于开发狮子鱼的国际出口市场方面通力合作。

以上将狮子鱼推向市场的做法可能存在的一个问题就是，人们可能只会捕猎符合消费市场要求的体型大的狮子鱼，而幼年期的狮子鱼还是会保留下来。为了应对这种情况，可以给幼年狮子鱼创造一个水族交易市场。例如，波多黎各现在每周都会将200~300只狮子鱼出口到美国，佛罗里达群岛的人们也会捕猎幼年狮子鱼售卖。虽然水族交易可能是狮子鱼生物入侵的最初来源，但这种做法总体来说还是减少了狮子鱼的数量。即便收集到的鱼类中有一小部分会从水族交易中逃到野生环境中，但相比清除掉的数量，这个数量毕竟还是少数。虽然这些清除狮子鱼的做法会给渔民和捕鱼者带来经济效益，但是依然存在着隐患——狮子鱼的水族贸易可能带来新的生物入侵。

中华绒螯蟹是东南亚人民餐桌上的一道美味佳肴，尤其是它的蟹黄和蟹膏。刚入秋，中华绒螯蟹的性腺一成熟，人们就开始食用这道佳肴。欧洲人也逐渐开始考虑将蟹类作为一种食物，如荷兰正在发展关于中华绒螯蟹的渔业产业。中华绒螯蟹已经在英国的泰晤士河形成了庞大的种群，英国政府部门正在考虑将其作为一种商品出口。有报道认为，泰晤士河中的中华绒螯蟹的数量已经多到可以进行人工捕捞了，而这种人工捕捞需要限制在几个月之内进行。这种做法可以减少当地中华绒螯蟹的数量并为当地渔民带来经济效益。虽然泰晤士河中的中华绒螯蟹体内可能会积聚一些污染物质，但是这篇报道认为，适度食用这些螃蟹将不会带来任何健康问题。

另一方面，一种入侵黎巴嫩、塞浦路斯、土耳其、希腊和埃及的河豚却是永不会被人们考虑食用的。这种来自印度洋太平洋海域的物种会吃大量小型的鱼类，而且还会挣脱渔网。这种河豚在数十年前被带到地中海海域，它的身体组织中有大量的毒素。

即便我们可以将海洋中的入侵物种作为食物来捕获以控制它们的入侵，但我们依然要注意一些问题。一个潜在的问题就是如果开发出一个市场，就会产生将这些入侵物种维持在一定数量的压力。如果这种入侵物种要成为一项经济资源的话，人们可能会尝试在其他地方也引进这种入侵物种，也会使当地社群开始保护这种外来物种。因此，通过吃掉它们来控制外来物种的做法需要仔细权衡利弊进行取舍。

11  控制和减少污染

什么是海洋健康指数？

由本·哈尔彭(Ben Halpern)领导的一组科学家使用了一个新的综合性指数(该指数被用来评定健康的海洋为人们带来的益处)来评估全世界每个临海国家的生态、社会、经济和政治环境。海洋健康指数(ocean health index)是第一个宽泛的量化评估指标，它是依据我们从海洋中获得的益处，对人类与海洋之间的重要关系进行评估。它不是简单地认为任何人类活动对海洋所产生的影响都是负面的，而是具体地评估了人类行为是如何对人们在意的事情产生影响的。海洋健康指数将健康的海洋定义为一个在现在和未来都可以为人类带来一系列益处的海洋。一个健康的海洋可以长期保持或增加它对人类的益处(如提供食物和服务)，而不危害提供这些益处的海洋生物。这个指数综合了10个不同的方面计算出代表海洋健康程度的分数。这不是衡量海洋的原始程度，而是衡量它是否能够持续地提供人类关心的东西。这些衡量，涵盖了海水质量、食物供应、碳储量、旅游价值、渔业、水产养殖业、海岸线保护和生物多样性等众多因素，这些因素可以反映海洋生态系统的可持续性和人类需求。这个指数源自现存数据，如礁石上的活珊瑚含量、拥有足够的卫生服务设备的沿海人群比例和北极海冰的范围。这个指数的提出者分析了超过200个数据集合，并根据可持续利用的最大限度来设定标准参考点以衡量每个国家的得分。该指数为海洋政策的制定提供了指导，因为它包含了有关现状、趋势和影响持续性的因素。它能够使管理者致力于重要措施的实施以改善海洋健康，促进人们对海洋状态的了解，并且为决策者提供指导。以100分为满分，海洋健康指数全球总体得分为60分(勉强及格)。近1/3的国家只有50分或更低。5%的国家得分超过70分，这表明这些国家在改善海洋健康方面还是有所进展的。发展中国家因为总体计划和控制海洋使用的能力更弱，所以得分更低；而发达国家总体上得分更高。美国得分为63分，英国为61分，印度为52分。贾维斯岛是太平洋上一块无人居住的面积为1.25平方英里的海岛，它得了最高分86分。

我们通过水体中的化学物、病原体、垃圾数量以及水体的富营养化程度来判断清洁的饮用水类的平均污染程度，得分100分的水体处于零污染状态。俄罗斯在清洁的饮用水方面排名第一，得分为97分；西非的贝宁排名垫底，得分为22分。这个分数是通过综合测量4个指标得出来的，它们分别是污染量、污染趋势(过去5年上升或下降的百分比)、污染压力、弹性政策(减少污染压力采取的措施)。一些海岸线更长的国家相比于其他面积差不多的国家来说往往会得到更高的得分，如一些岛国。一些小型岛屿在这方面得高分的原因则是它们大都是一些相对人迹罕至的岛屿(如贾维斯岛)或是地处偏远且环境压力较小的海域。另一方面，俄罗斯和加拿大的海岸线很长，它们得分高的原因是它们沿着北极圈有着很长的无人居住的海岸线，同时它们在有人居住的地区也管理好了水的质量。

什么是海洋法？

1958年通过的《领海及毗连区公约》(United Nations Convention on the Territorial Sea and the Contiguous Zone)概括了国家在其近海水域可行使的权利和肩负的责任。1982年，《联合国海洋法公约》(UN Convention on the Law of the Sea，LOS)进一步明确了各国在其海洋领域及周边海域的作用。虽然美国认可了1958年的《领海及毗连区公约》，但是直到2013年底，它都没有在1982年的《联合国海洋法公约》上签字。《联合国海洋法公约》阐述了一个关于海洋、海底和底土，外加海洋环境及其资源保护的法律的框架。它要求各个国家遵循相应的法律法规来控制海洋污染，并对各国可能声称拥有主权的海域建立管辖范围的限制，这些限制包括12海里的领海界限和200海里的专属经济区界限(国家对其沿海水域活动主张管辖权的做法可以追溯到17世纪，当时离岸3海里的领海被认为是一个国家对其沿海活动控制的极限范围)。美国认为1982年的《联合国海洋法公约》反映了国际惯例法，但是它不受协议本身约束。

什么是《国际防止船舶造成污染公约》？

美国在2008年成为遵守《国际防止船舶造成污染公约》附则四的成员国。《国际防止船舶造成污染公约》附则六涉及船舶所造成的空气污染，诸如对集装箱船、油轮、游船和散货船等大型柴油驱动远洋船氮氧化合物排放的限制，规定这些船舶使用更清洁的燃料以减少二氧化硫(SO_2)的排放。遵守该公约附则六的成员国选定外海区域作为二氧化硫的控制排放区域，在这个区域将会采取更严厉的污染控制举措。鉴于空气中的污染物质会在降水中沉降到水体中造成水体污染，这些管控措施将会改善海洋环境和空气质量。《国际防止船舶造成污染公约》中也涵盖了其他类型的海洋污染，详见第1章。

《伦敦公约》是什么？

《伦敦倾废公约》和《伦敦协议》(London Protocol)建立了减少和控制由于海洋倾倒而产生的海洋环境污染的全球规则和标准。制定《伦敦倾废公约》的主要目的是阻止人们在海上随意倾倒废弃物，这些废弃物会给人类健康、海洋生命造成威胁，毁坏设施，或是阻碍海洋的合法利用。1982年《联合国海洋法公约》指导各国采用的法律和规章的效力不亚于《伦敦倾废公约》的规则和标准。它采用一个“黑名单/灰名单”的方法来处理海洋倾倒：附则Ⅰ上的材料(黑名单)基本禁止被倾倒(如果所含污染物只是微量或可以迅速无害化，那么特定的材料可能被允许倾倒)，附则Ⅱ上的材料(灰名单)要求特别注意。美国在海洋保护、研究和禁猎法案上遵守了《伦敦倾废公约》的要求。

美国哪些国家法律有助于改善水质？

《清洁水法》是针对水污染管理的联邦法律。这项法案于1977年通过，它的目标包括：杜绝向海洋水体中排放大量有毒污染物质的现象，在1985年之前消除其他形式的水污染，在1983年之前确保海洋地表水的质量达到可供人们运动和娱乐(钓鱼和游泳)的必要标准。然而这项法案设立之初所定下的目标并没有在1983年前完成，即便到今天，这些目标也未完成。《清洁水法》中用来保护水体质量的方法主要有两种：对水体质量的监测和控制点源污染的排放。为了管理包括污水处理厂、制造工厂、矿业加工厂和炼油厂在内的点源污染，美国环境保护署使用了一套名为“国家污染物排放消除系统”的许可证制度用来管控点源污染，如污水处理厂或用于人工制造、采矿和开采石油和天然气的工业设施。在美国各州环保部门的协作下，这套许可证制度将不再允许点源污染在未获得美国环境保护署许可的情况下就向地表水中排放污染物。许可证上描述了允许排放的物质类型和允许排放的量。美国环境保护署为污染物排放制定了排放技术标准，这些标准是根据污染控制技术为每一类排放物设定的，却并没有将不同水体的不同耐受性纳入考量。这个想法是想通过使用现有的最好的技术，为每种污染物排放的所有设施建立一个基本的体系标准。在这个标准下，仅采用技术手段处置且未达到水质标准的水体，都被列为不合格水体。如果水质仍然受损(可能是因为许多水源排入相同的水体)，那么相关机构(如美国各州环保部门或美国环境保护署)可能会对许可证增加水质限制。这种限制将更为严格，并且需要工厂设备升级和安装附加控件。这些许可机构必须制定一个日最大负荷量，这是一个计算水体在质量标准范围内每日可以接受的污染物最大量。日最大负荷量的设立是在研究了具体水体环境和导致不达标的污染源之后来确定的。水体质量标准的设立包括将水体的指定用途(如可钓鱼和可游泳)、水体质量基准和环境政策纳入考量范围。水体质量基准可以是具体污染物的数值水平。狭义的水体质量基准也可以解释为限制污染物质对水生生物产生毒性的依据。水质生物基准是基于水体中的生物群落——存在于水体中生物的种类和数量确定的。营养物质基准可防止营养物过度富集，而沉积物中基准则描述了受污染和未受污染的沉积物条件，以避免不良影响。

《清洁水法》实施之后，社区升级了污水处理设施，工厂改进了生产工艺，美国大部分地区的水质都得到了明显的提升。尽管《清洁水法》非点源污染项目为示范工程、技术转让、教育、培训、援助和相关可以减少非点源污染的活动提供补助金，但像地表径流这样的非点源污染，由于没有得到像点源污染一样的强制性管理，依然是使海洋水体环境受损的主要污染源。显然，依靠人们自愿管理的行为并不如强制性的管理措施有效。

美国国会在1972年通过了《海洋保护、研究和禁猎法》(Marine Protection，Research，and Sanctuaries Act，MPRSA)和《海洋倾倒法》(Ocean Dumping Act)。《海洋保护、研究和禁猎法》可以对超过领域范围(离岸3英里海域)的海洋倾废行为起到规范作用，并严格限制“可能会对人类健康、福利、设施、海洋环境、环境生态系统和海洋潜在经济价值造成负面影响”的海洋倾废行为。美国的一项政府报告显示，在1968年一共有3800万吨疏浚物料(其中34%受到污染)、450万吨工业废料、450万吨城市污泥(其中受到了严重的金属污染)和50万吨拆建废料被倾倒入美国的海域中。《海洋保护、研究和禁猎法》授权美国环境保护署对美国领海的垃圾倾倒行为进行管控，包括工业废料、城市污泥、生物制剂、放射性试剂、垃圾、化学品和其他废料在内的海洋倾废行为必须从正规程序得到美国环境保护署的许可。如果当局经过一个全面的公开程序后确定某一物质排放不会无规律降解或危害人体健康、海洋环境，那么只要该物质不是疏浚淤泥，美国环境保护署将发放许可证允许其向海洋中倾倒。尽管在新泽西和纽约地区的海洋倾废行为并不是很多，但这些行为依然在当地引起了长期的争议。“12海里倾倒区”是指一块离新泽西海岸12海里的海域，全纽约市的污水污泥和新泽西州部分社区的污水污泥最终都会倾倒到此处。每年向这里倾倒的污水污泥超过了600万吨。这片海域中有高浓度的有机污染物、病原微生物和金属物质，这些污染物在海域的底部形成了一个黑色的腐泥层，其中很少有生物能够生存。直到1987年，在经历超过60年的海洋倾废行为和公众抗议之后，当地政府决定将倾倒区移到离岸106英里的深海区，在那里倾倒的垃圾可以更快地分散开来，但是争议仍在继续，最终联邦法律决定禁止一切海洋倾废行为。1992年6月29日，《纽约时报》的一篇报道写道：“今天下午晚些时候春溪号远洋驳船将最后一次装载美国最不受欢迎的‘货物’之一——400吨来自纽约市经处理过后的城市污水——悄悄地驶入东河并由此驶入海洋。4年前美国国会就投票通过了禁止把海洋当作市政便壶的法案，明天是这项联邦法律所规定的可以进行海洋倾废的最后一天，纽约市是唯一一个还存在海洋倾废行为的城市。在环保主义者和许多政治家看来，这趟最后的海洋倾废之旅将意味着海洋环境保护的一项胜利，他们说这将会使我们的地球成为一个更干净、更健康的地方。”

《超级基金法》是一部美国联邦政府用以清理危险废物污染场地的法案。它也由美国环境保护署来执行。这部法案的官方正式名称为1980年的《综合环境反应、赔偿与责任法》(Comprehensive Environmental Response，Compensation，and Liability Act，CERCLA)，这是在20世纪70年代在拉夫运河和时代沙滩发现了倾倒有毒废料的行为后才付诸实践的。它授权美国环境保护署去清理这样的污染场址，并迫使负责任的缔约方要么进行清理，要么偿还政府的清理费用。这个过程是很复杂的，它包括对现场环境污染状况的评估、将它们列入国家优先项目名单、制订和实施清理计划。这同样也是一个长期的过程，有的污染场址已经等待了超过30年的时间才能被清理干净。这个过程比较久的一部分原因是建立了对污染事故的责任追究制，确定污染责任并判定谁有责任为清理工作买单，这会引起长时间的诉讼。污染事故的责任方通常有多家公司，其中有一些可能已经倒闭或是被其他公司吞并。在这种情况下，法律上仍然认为它们有责任去清理污染。虽然“超级基金”资助的大部分污染场地都在陆地上，但是也有许多因为工业设施向潮沼或河口排放有毒污染物而受到污染的沿海区域。在本书中出现的一部分纽约和新泽西地区的受“超级基金”资助的污染场址已经被清理干净(如哈得孙河中受镉污染的铸造湾)；一些正在被清理过程中(如被多氯联苯类物质污染的哈得孙河上游、被二噁英类物质污染的帕塞伊克河)；还有一些污染场址仍待被清理(如哈肯萨克草场中被汞污染的贝里溪)。

《清洁空气法》也为沿海水质带来了一定的改善。例如，空气污染管制大大减少了进入海水中的氮。据估计，在20世纪80年代进入切萨皮克湾的氮有1/3是来自大气。在20世纪90年代，这些污染源由于汽车尾气排放标准的设立、汽油配方的改进、发动机的改进，以及来自船舶和其他燃烧石油、天然气或煤等化石燃料实体所带来的更少的污染而大大减少了。1990年的《清洁空气法》的修正案旨在控制酸雨，减少氮氧化物的排放。虽然这些行动一开始主要的目的是保护人类健康，但它们对海洋水体环境的改善也起到了一定的积极作用。

水体中的有毒化学品在一定程度上是由监管和控制哪些化学品可以被使用的法律决定的。《联邦杀虫剂、杀菌剂及灭鼠剂法》规范了在农药中所使用的化学品。就像我们在本书前面的章节所提到的那样，新型的农药在投入使用之前必须经过严格的毒性测试，在均衡它的毒性和它所带来的好处之后才可能被投入使用。《联邦杀虫剂、杀菌剂及灭鼠剂法》已经禁止了某些臭名昭著的农药，而一些在欧洲已经被禁用的农药却依然在美国使用。以三丁基锡为例，美国国会因为对《联邦杀虫剂、杀菌剂及灭鼠剂法》的程序缺乏信心，而通过了一项单独的法案去限制三丁基锡在船舶防污剂中的应用。对于农药以外的化学品的管控，《有毒物质控制法案》起到了主要的作用。这项法案在20世纪70年代通过，它对迄今所使用的成千上万种(据估计有6万种)化学品都有管控作用。《有毒物质控制法》不像《联邦杀虫剂、杀真菌剂和灭鼠剂法》，它不要求一项新的化学品在投入使用之前需要经过毒性测试，除非美国环境保护署强烈要求。换句话说，在《有毒物质控制法案》的框架下，化学品在被证明有毒之前都被假定是无毒的。在这种框架下，在《有毒物质控制法案》通过之后的40年间只有少许化学品(在到目前为止的8万种之中)被禁止或被限制使用。如果法律采取更为严格的预防性措施，那么我们的环境可能就不会充斥着多溴联苯醚和其他有害化学物质。许多人认为，美国环境保护署应该让化学品生产企业提供更多的健康信息和安全信息去证明产品是无毒的才可以生产。然而，想将这一想法付诸法律或将这个方法变得保守一些的做法都受到了某些政客的强烈反对。可笑的是，这些政客竟然称他们自己为“保守主义者”。

美国国家海洋大气局在美国扮演着什么样的角色？

美国国家海洋大气局在管理涉及海洋的法律中起着重要的作用：它提供的航海图基线用于确定美国领海的内部界限和内陆水域(如海湾和河流)的外部界线，根据国际法，它决定了美国领海的起点。美国近海海域的界限由于海岸线的变化(如侵蚀和增生)而需要每隔一段时间就做出调整。海域界限的划分对一个国家来说具有深远的影响。美国国家海洋大气局与美国其他联邦机构(如美国国务院)合作，跟踪海域边界，并通过航海图的形式来反映美国的海域界限。美国国家海洋大气局是一个渔业监管机构，以及《濒危物种法》(Endangered Species Act)与《海岸区管理纲要》(Coastal Zone Management Program)的协作方。它其实并不监管海洋污染。然而它还是会致力于发展关于海洋污染的公众教育的项目，尤其是在非点源污染和海洋垃圾方面，为美国和其他加勒比海沿岸国家在减少海洋污染和清洁海滩方面提供技术援助和咨询。除此之外，《海洋保护、研究和禁猎法》赋予美国商务部部长负责监管和研究海洋倾废行为，并对污染、过度捕捞和其他人类活动所造成的对海洋环境的长期影响开展研究的权力，商务部部长又将这项权力委托给隶属于美国商务部的美国国家海洋大气局。美国国家海洋大气局拥有数个研究海洋污染问题(如海洋酸化)的实验室。在埃克森公司瓦尔迪兹号和深水地平线钻井平台的石油泄漏事故发生之后，美国国家海洋大气局的科学家们将关注重点放在了对石油泄漏的研究上。美国国家海洋大气局有一个跨度30年的贻贝监测项目，该项目通过分析某些特定地点的双壳类动物来监测污染物。这种长期观测的数据使我们能够随着时间的推移对一些重点污染地点和海洋食品安全有了更深刻的认识与理解，它为我们提供了包括50种多环芳烃类物质在内的一些化学物质的背景水平和发展趋势等有价值的数据。这些多环芳烃类物质都是潜在的致癌物质。在处理石油泄漏事故时，这种长期数据提供了有关石油泄漏事故发生之前该地区环境的洁净程度等重要信息。

欧洲如何应对海洋污染？

欧盟在水资源保护和管理上建立了一个专门的国家协作机构。每个成员国都需要对自己国家境内的每条河流流域的状况进行鉴定和评估，并为每条河流的水体实行管理计划和采取措施。这个机构的目的包括预防和减少污染，提高循环水的使用，保护环境，改善水生生态系统，减缓干旱和洪水带来的影响。它(曾经)的目标是在2015年使欧洲各流域的化学和生态环境达到良好状态。每个成员国都将分析自己国家主要河流流域的环境状况，回顾人类活动产生的影响，分析用水的经济效益，制定需要特别保护的地区清单，并调查用于提取水供人类消费和生产超过10立方米/天以供应给超过50人的水体。

在保护海洋环境方面，各成员国之间必须合作拟订一个战略合作计划，以保护海洋生态环境、重建海洋生态系统，并确保海洋相关经济活动的生态可持续性。欧洲的海域主要分为四块区域：波罗的海、大西洋东北部、地中海和黑海海域。除了大西洋东北部海域以外，其余三块海域的环境都相对特殊，因为它们都是相对比较封闭的海洋环境。对这四处海洋环境的保护需要各成员国和毗邻此海域的其他国家之间的通力合作。就海洋环境而言，各成员国必须对其水体生态环境的状况和人类活动造成的影响进行分析评估。这些评估应该包括对这些水体的特性(如理化特性、栖息地类型和动植物种群)分析、人类活动给其带来的主要影响和压力评估(如有毒污染物、富营养化、非本地物种和船舶的锚钩对海洋环境的影响等)、海洋水体环境的利用所带来的社会和经济影响的分析及其恶化所带来的损失。各成员国必须在全面评估这些海洋环境状况的基础之上，进一步为海洋环境制定一个“良好生态环境状态”标准，这个标准应该基于对海洋环境的生物多样性、外来物种情况、生物群落健康状况、食物链、富营养化、水文条件、污染物质和噪声污染情况的研究，同时，各成员国必须定义目标和相应的指标以达到这个标准状态。这个目标必须是可量化的，并且保证区域内的一致性和有明确的计划时间表。各成员国为了实现这个目标拟定了具体的措施，并且必须将其可能产生的经济和社会影响纳入考量。在实施行动之前，他们必须对将要采取的行动进行全面的影响评估和成本效益分析。成员国同样也建立了实时监测机制以评估海洋环境的状况及其目标实现的进展情况。

在规范化学品的生产和使用方面，欧盟建立了一套和美国很不一样的预防准则。欧盟的环境质量标准是基于具有重大风险的主要污染物质和物质群。《水框架指令》(Water Framework Directive)包含了33种主要污染物，如金属、苯、多环芳烃类物质和滴滴涕都包含在内。关于船舶产生的污染，立法规定，排放污染物的行为原则上构成刑事犯罪；同时，向海洋中排放原油和其他有害的污染物的行为也在此指令管理之列。欧洲议会在2014年通过了一项旨在到2017年将一次性薄塑料袋的使用量削减50%的指令。许多发展中国家也有明文规定，但这项指令在发展中国家的执行情况却不是那么理想。

目前有哪些成功的案例？

过去几十年以来，美国一些重度污染航道的水质得到了一定的提升，这被认为是《清洁水法》的实施所带来的结果。弗吉尼亚州的伊丽莎白河在两岸工业鼎盛时期的水质非常差，木榴油木材防腐作业和修船厂遍布河的沿岸。河段上经常会发生有毒物质泄漏、爆炸、污染物排放和垃圾倾倒事件，河流的底泥中有含量极高的多环芳烃类物质和多种金属物质。来自高地的雨水径流和污水处理设施因故障所排放的污水使河水中的大肠菌群超标，所造成的细菌污染也使这条河成为美国环境保护署重点关注的受损害水体之一。经过几十年的努力，河流中的有毒排放物所带来的长期以来的影响和底泥污染状况得到了一定的改善，在提升河流的水质和改善河流底泥污染方面取得了一定的进步。目前，在这条河流沿岸，随处可见生机勃勃的盐沼和多产的牡蛎礁，它们是河流生态环境修复的好搭档。

位于新泽西州北部的哈肯萨克牧场已经从过度开发所造成的环境危机中走了出来，并经历了令人印象深刻的复苏。这2.1万英亩的沼泽生态系统的东部边界距曼哈顿西部也仅有3英里的距离，这是纽约和新泽西地区最大的咸水沼泽生态系统。纽约和新泽西地区作为北美人口密度最大的地区，过度开发、排水、筑堤、灌装、垃圾倾倒和污水排放都严重影响了沼泽的生态环境。这块沼泽地曾经被人们认为是无用的，它被工业废料污染，它曾覆满沥青，被用作合法或非法的垃圾填埋场。在20世纪50年代到20世纪60年代之间，数以百万吨的垃圾不加控制地被倾倒在24个垃圾场，覆盖了2500英亩的面积。由于没有对生活垃圾和危险废物进行区分，因此我们在这里可以发现包括油漆、石油、化学品、塑料和制药废料在内的各种有毒物质都混在垃圾中。这块区域过去曾是铬、多氯联苯类物质、汞和许多其他污染物的集中地。附近的猪肉加工厂的废料和13座污水处理厂的污水也排放到这块区域中，在20世纪60年代以前这些废料和污水在排放前基本上不经过任何处理。许多人将这块区域视为一块令人作呕的荒原。这块区域包括贝利溪共有7个“超级基金”重点修复的污染场址，贝利溪曾是全美汞污染最严重的区域之一。这块沼泽毗邻帕塞伊克河下游的区域曾是全美二噁英类物质污染最严重的地区之一。

随着1969年哈肯萨克草地发展委员会(Hackensack Meadows Development Commission，HMDC)的成立，这块沼泽区域的污染情况逐渐有了好转。该委员会是新泽西州立法机构为了该区域的填海工程、规划开发和重建发展所成立的机构。废弃物管理、地区开发和环境保护都是该委员会的职责所在，而这三者之间又是最难以平衡的。他们关闭了很多不规范的填埋场，并将这些填埋场都封闭了。有些不规范的填埋场将有毒物质仅仅置于一层薄薄的土层之下，这些有毒物质的渗滤液都可以渗到河流中。他们减少了非法倾倒垃圾事件的发生，禁止纽约市向此处倾倒垃圾，并清理了很多填埋场。他们的这些行动减少了这块区域的污染物对空气、水体和沼泽地的污染。美国联邦《清洁水法》鼓励市政当局升级和建造了许多高效的污水处理厂，这样大大减少了排放到地表水体中的污染物质。污染企业的关闭和无污染企业的建立，这种经济结构的改变也提高了环境质量。随着哈肯萨克河水质得到明显改善，河流中的鱼类、附近的鸟类和无脊椎动物的数量也大量增加了。现在有超过50种的鱼类在此河流中度过生命周期的一部分。美国国家海洋渔业局已经将哈肯萨克河下游阶段定为“重要鱼类栖息地”了，虽然河流的底泥中依然存在很多污染物，河流中的鱼虾也依然不可食用。这是美国国会要求针对所有联邦政府管理鱼类执行的保护规定。很多沼泽生态重建工程都在进行中，而且已经取得了不错的进展。哈肯萨克河增加了很多社会和娱乐用途，如“生态之旅”，并为城市人口提供好处，包括对环境和当地野生动物的认识和欣赏。在距离曼哈顿仅3英里的这个人口密集的地区，休闲娱乐设施齐全，公园、林间小径、眺望台、木板路、野生动物观察站、提供独木舟之旅的生态公园、自然步道、观鸟区和环境中心等人文景观在这里发挥着作用。

我们该怎么减少水产养殖业所带来的污染？

养殖业的浮式网箱的培养物会释放鱼类排泄物、污染物和鱼类没有消耗掉的食物。将这些沿岸的水产养殖场变成封闭式的可以更加方便地管理养殖业的垃圾和副产品。美国的渔民们正在尝试建设新的封闭的再循环式水产养殖系统，该系统会通过过滤废水和堆肥固体废物来降低未经处理的养殖业废物给环境造成的危害。这些水产养殖场都将远离鱼类进食和繁殖的易受影响的栖息地。美国的淡水罗非鱼、鲶鱼、军曹鱼和鳟鱼都是在美国内陆地区饲养的。北极红点鲑同样可以在陆地上的封闭再循环水产养殖系统中进行养殖，这样可以减少它们进行疾病传播的风险和造成的污染。这些鱼类都是海洋养殖物种的美味替代品，大部分鱼类——甚至三文鱼——都可以在远离敏感的海洋生物栖息地的区域内饲养。

我们也可以通过改良近海水产养殖来减少它对海洋环境的污染。采用可在不同区域移动的移动式鱼栏是一个减少污染的新方法。目前，一种可以循环利用养殖鱼类产生废水的方法正在开发过程中，新的饲料配方正在研发中，它会使用更少量的野生鱼类，并用植物蛋白替代，例如大豆。多营养水产养殖(或称整合饲养)将三文鱼的养殖场设在那些饲养可以消耗养殖三文鱼所带来的废料的动物和植物的养殖场附近。海藻是高效的废物回收利用者，它可以吸收水产养殖业所产生的废料中约40%的营养物质。我们可以在三文鱼养殖场的下游养殖附着在木筏绳子上的海藻，它们可以吸收一部分废料。这些废料主要是一些氨类物质(如三文鱼排泄物)和腐烂的食物。在三文鱼养殖场附近我们也可以养殖一些滤食性的贻贝，它们以鱼类的排泄物和剩余饲料的残渣为食。

什么是“绿色化学”？

我们可以利用基因工程所创造的微生物来制造可生物降解的塑料，这将会给海洋环境带来很大的改善。近来也有一些测量塑料在特殊环境中如何降解的技术标准，这些标准还在不断发展完善。然而，由于没有一个实体被认为制定了这些标准，因此塑料之间的比较是比较复杂的。我们要明白：“可降解”“可生物降解”和“可堆肥”这三个术语之间还是有一定的差别的。可降解意味着材料的化学性可能发生改变，这可能是阳光和热量的作用，使塑料的结构和特性发生了改变(如混浊化和碎片化)。更狭义的生物降解指的是由自然微生物(如细菌、真菌或藻类)所引发的降解，它并不能保证生物降解之后的产物是无毒、无害的或能够成为很好的堆肥。可堆肥的定义要更狭隘一点：微生物降解材料的过程必须产生二氧化碳、水、无机化合物和生物质，而且要不留可见的、可辨识的、有毒的残留物质。海洋环境中的塑料可生物降解的唯一标准：在6个月内塑料必须转变成直径小于2毫米的微粒而且其中30%的碳转变成二氧化碳。生物塑料可以由玉米或甘蔗制成。“绿色化学”意味着我们还可以制造出毒性更小或持久性更弱的化合物来取代现有正在使用的化合物。

考虑到气候变化对海洋环境的威胁如此之大，

各个国家和国际社会有什么对策去抑制它吗？

全球的气候变化是迄今为止公认的对海洋环境、陆地、野生动植物、农业和人类健康最大的威胁，而且由于所需花费巨大，因此至今也没有非常有效的对策来应对这一问题。一个较为可行的方法是对碳排放征税，但发达国家的人们可能不得不改变自己的生活方式。这些年来造成全球气候变暖的主要国家(如美国和欧洲众多国家)并不是遭受全球气候变暖所带来的危害最深的国家，深受其害的国家是一些例如孟加拉国这样的低洼国家和一些小的岛国。那些碳排放量位于前列的国家应该达成一个各自需要减少多少碳排放量的协议。同时，21世纪前10年全球碳排放量的增长速度约是此前30年的两倍。在美国，类似石油公司这样的资本主义巨头正在试图以“气候变化的解释尚在科学圈中存在诸多争议”转移人们的视线。其他国家和地区也有这样的现象，但美国尤其明显。然而事实却不是这样的，约有97%的气候学家认为人类活动对目前的全球气候变化负有不可推卸的责任。气候变化的争议存在于政治领域而不是科学领域，然而媒体觉得有义务为否定者和怀疑者提供同等的答辩时间，就好像他们拥有与美国国家科学院、美国科学促进会和其他受人尊敬的科学机构一样的可信度。虽然美国前总统奥巴马提出过一项针对气候变化的政策，但美国政界的反对党坚决地反对任何可以处理这一紧迫问题的政策。

虽然在减缓气候变化上我们没有取得重大进展，但我们在应对由气候变化所带来的一些灾难上做了很多努力，尤其是在飓风“桑迪”的毁灭性灾难之后。当时，飓风“桑迪”和其引发的洪水摧毁了无数大楼和其他基础设施，而我们制订了计划，以降低沿海的建筑物和水资源基础设施的脆弱性。

美国地方政府和州政府可以采取哪些措施来减少污染？

雨水径流

联邦政府本应该着力去解决雨水径流和其他扩散性污染源所带来的大范围污染，但是它并没有起到本应担负的领导作用。这些污染的源头大部分是化肥和动物饲料。即使没有联邦政府的指导，当地政府和州政府也可以采取一些措施去减少雨水径流。他们可以购买一些易受影响地区的房产来开发和利用自然防御(绿色基础设施)的项目，并将其转化为开放空间(自然区域)，这可以充当雨水的缓冲带，重建沼泽生态环境和用来保护岛屿的屏障岛；他们可以种植森林缓冲带，在城市街道上多种植树木以吸收雨水并减轻城市热岛效应；他们可以建造雨水花园和建设屋顶绿化，将不渗水的地面铺设更换成可渗水材料，这样可以吸收雨水。暴风雨天气时的雨水管理应该包括能进行雨水收集并处理城市径流的生物滞留系统。高效的雨水管理系统应该使用景观植被和特殊的滤膜以吸收雨水并过滤掉雨水径流所带来的细菌、金属、营养物质和悬浮物质。当局应该杜绝向雨水排水系统中排污的非法行为，他们应该建立收集宠物垃圾的项目。拥有老旧的排污系统的城市和合流制溢流污染的城市应该建立大雨之后的雨水储存系统。这些城市可以通过建设生态洼地来储存雨水，这些生态洼地上都会种植大面积的植被。每个雨水储存系统（包含20个5英尺长的槽）都可以在暴风雨来临时储存超过2000加仑的从街道和人行道而来的雨水径流；在地表以下，它们可以利用碎石和土壤层过滤和储存多余的雨水。2012年至2013年，纽约市在皇后区、布朗克斯区和布鲁克林区建造了许多这样的雨水储存系统，而且还计划要建更多。这是一种解决城市里内涝现象的创新性方式，它也有助于减少污水溢流到像牙买加湾、新城溪和郭瓦纳斯运河这样的临近水体中。纽约市的这些雨水储存系统加在一起每年可以避免约700万加仑的雨水进入排污管道中。若下大雨，新城溪附近的合流制排水系统发生了溢流现象之后，传感装置就会发信息告知大家，并会给附近的居民发送短信通知他们尽可能减少冲马桶的次数。

绿色屋顶指的是种植有绿色植被的屋顶。这可以起到吸收雨水、提供隔热层和为野生动植物提供栖息地的作用，它还可以降低城市夏天时的空气温度，缓解热岛效应。有两种类型的绿色屋顶：一种是密集型的绿色屋顶，覆盖其上的植被层较厚，而且植物类型也较多，但是这种植被层较重，需要消耗大量的维护；另一种是开阔型的绿色屋顶，覆盖其上的植被层较薄也更轻。瑞士是全世界人均拥有绿色屋顶面积数最多的国家，巴塞尔的这一数据尤其高。自20世纪90年代以来，瑞士规定所有屋顶坡度合适的新建建筑都要有绿色屋顶，这些建筑的主人必须在上面种植绿色植物，并维持这些自然的绿色植物生长。当局通过财政激励和建筑法规来鼓励绿色屋顶的使用。在2006年，巴塞尔约有23%的房屋屋顶平台上覆有植被。对于房地产开发商来说，绿色屋顶的建设已经成了他们建造房屋过程中必不可少的环节，开发商们对建设绿色屋顶的政策也并不反对。多伦多在2009年5月批准并实施了确保住宅和工业建筑具有绿色屋顶的法律。

气候变化

在应对气候变化方面，市政当局应该在城市规划中引入“智慧发展”的理念原则，这样的发展理念旨在减少市民出行对汽车的依赖，使人们更多地选择步行或骑自行车之类的出行方式，这就要求在城市规划方面给这样的出行方式预留出尽可能多的空间。当局应该沿街设立自行车道，让街道交通更有利于步行和骑自行车。政府当局应该鼓励市民选择更加节能环保的替代燃料，通过合理的车站选址和建设来提升公共交通的服务质量，将新的住宅和企业建立在地铁站周围可以增强人们选择公共交通出行的意愿。政府的公务用车也应该选择更加节能环保的新能源，成为真正的“绿色车队”。在交通方面，当局应该建立和推动反空转政策。新型建筑物，无论是住宅、商业建筑还是政府建筑都应该更加节能环保，最好都要带上绿色屋顶。对于那些在结构上不能建设绿色屋顶的建筑物，建设者应该把屋顶涂成白色，这样可以反射更多的阳光，这样做虽然没有绿色屋顶带来的诸多好处，但是也可以在一定程度上减轻全球变暖的现象。我们也应鼓励在那些阳光充足的地方的建筑物屋顶上铺设太阳能电池板。政府应该着力重建与维护湿地的生态环境，因为湿地可以起到吸收碳排放、为野生动植物提供栖息地和为内陆地区提供风暴缓冲带的作用。对于频繁遭遇洪涝的沿海区域，组织人员撤离海岸(正如英国环保署所称的“沿海区域调整”)的做法就是明智的反应。

新的忧虑

对于新型污染物，污水处理厂应升级污水处理方式到先进的方式。对于那些可能释放新型污染物的设施，污水处理厂应该需要制订预处理和污染预防计划，比如来自医院、护理机构、收容所、兽医院和药房的污水。有些州已经禁止含有塑料微粒的个人护理产品和化妆品的生产、运送和销售。政府应该支持规范有毒阻燃剂的提案，现有的阻燃性能标准也应该及时更新，要使像多溴二苯醚这样的有毒阻燃剂依法不能用于室内装潢和家具制造上了。

废弃物

需要制定有效减少废物和废物回收的方案。洛杉矶地区每天都会给太平洋带来约20吨的塑料碎片垃圾，这些塑料垃圾来自食品袋、吸管和饮料瓶等。加利福尼亚州政府的关注点在于阻止垃圾进入那些处在流域上的城市排水系统中，因为这些城市的污水最终会流入洛杉矶河。为了不让垃圾进入下水道，加利福尼亚州政府定期都会安排人员清扫街道，教公众正确的垃圾处理方法，并且增加公共垃圾桶的数量。此外，有关部门正在使用一种设备来清理进入下水道的垃圾，这种设备可以在垃圾进入河流之前将掉入下水道的大部分垃圾过滤掉。美国环境保护署和各州机构为塑料污染所设立的严格的水质标准，将帮助我们及早发现和预防塑料废弃物导致的污染并清理海滩和海洋。当下的情况将会鼓励美国各州和各市去寻找限制塑料垃圾进入地表水体中的新方法，并激励人们想出解决这一普遍问题的创新性方法。

有毒化学品

在对有毒化学品污染的管理缺乏强有力的联邦法律支持的情况下，加利福尼亚州法律在减少工业有毒化学品污染方面应该起到积极有力的作用。加利福尼亚州65号提案要求商家要告知大众消费品中的化学物质和他们在生产过程中所排放到环境中的化学物质。化学物质的列表包括许多已知的会导致癌症、出生缺陷或其他生殖系统伤害的物质，包括杀虫剂中的一些成分或添加剂、普通家居产品、食物、药品、染料或溶剂。通过这些信息，65号提案使加利福尼亚州人民能够对他们接触的化学物质做出明智的决定。65号提案还禁止企业在知情的情况下向饮用水水源地中排放大量被列出的有害化学物质。这项提案提高了公众对接触化学品所带来的不良影响的意识，并鼓励制造商从其产品中去除列表中的有害化学物质。这项提案也使得制造商将重新对消费品进行配方，以使其中不再含有有害化学成分。

2014年佛蒙特州参议院通过了一项在全美范围来说最严格的针对所有消费品中有毒化学物质进行监管的政策，但是众多生产商家的说客们通过游说的方式在众议院中缩减了这项法案，将化学品报告要求的范围限制在儿童产品上。最近佛蒙特州启动了这项法案，但是仅仅只针对汞、双酚A、铅和阻燃剂。

物种入侵

当局对物种入侵的监测应该频繁且仔细地进行。当我们在环境中发现了已知的入侵物种时，我们应该立即采取行动，迅速动员起来消灭它。作为一个经典的“迟来总比不来好”的例子，佛罗里达州鱼类和野生动物保护委员会在2014年禁止了进口狮子鱼用于水族贸易。佛罗里达州鱼类和野生动物保护委员会在狮子鱼入侵多年后采取的这一行动被解释为一种限制新物种进入佛罗里达水域的方式。

个人能够做哪些事来减少海洋污染？

在减少海洋污染方面，个人行为可以起到很大的作用。

雨水径流

在减少非点源污染方面，市民可以做很多事，例如，在贫瘠地区种草、乔木和灌木可以减少富营养化现象和径流。这些植被可以减少和吸收雨水的地表径流，这些植物的根系可以对土壤起到固化作用，可有效减少侵蚀和吸收雨水径流。在雨天，你也可以用水桶来接雨水，以减少雨水的地表径流。尽可能少地使用农药和肥料。如果你在海岸边有房子，保持沼泽植物覆盖海岸线的天然状态，这些沼泽植被可以吸收雨水地表径流，减轻化学污染物对海洋水体的危害，还可以作为风暴的缓冲带。你也可以去当沼泽生态重建的项目和牡蛎园艺工程(牡蛎可以滤食水体中的大量光合浮游植物，减少富营养化现象的发生)的志愿者。如果你生活在热带地区，也可尽可能多地去参加当地的红树林和珊瑚礁重建项目的志愿者活动。如果你从事船上作业的话，记得在船上使用排污泵设施。在浅水区请尽量降低船舶的速度，减少因船舶在浅水区行驶所带来的海底水土流失现象的发生，这些浅水区的海底上通常覆有沉水生植被和野生动植物，这也有可能是一块盐沼。如果你是一位农民的话，可以使用保护性耕种技术或免耕技术，在溪流的边缘种植缓冲植被，并使用高效灌溉技术，管理好粪肥；多种植豆科植物(如豌豆、大豆和扁豆)，这些植物可以利用空气中的氮气作养分，不需要使用肥料。一些有机农场可以不使用任何商业肥料，不喷洒化学药品，并将雨水全部循环利用。在宾夕法尼亚州约克县有一家名叫“瓦尔登湖”(真是一个合适的名字)的有机农场，他们使用在带轮子的移动围栏中饲养的鸡的粪便来充当植物的肥料。所饲养的猪和牛群会以农田上的杂草为食。

垃圾

细心管理垃圾。在河边或沙滩散步的时候，清除垃圾和碎片。回收塑料、玻璃和纸张，使用塑料袋的替代品。购物时带着可重复使用的购物袋。避免使用一次性、非循环使用的塑料餐具、盘子或泡沫塑料杯。旅游时带上咖啡杯而不是不断地丢弃塑料纸杯或泡沫塑料杯，多光顾不使用一次性塑料的商场，如去农贸市场而不去每天发几百个塑料袋的商店。产生的垃圾越少意味着流入海洋的垃圾就越少；不把垃圾丢到雨水管道，不然会堵塞住下水道或流进海洋。

气候变化

家居方面，平时在家的时候注意节约能源，可以为你省钱；封闭房屋来隔热的方法可以减少热量散逸，也可以省钱；换上节能型灯泡也能对环境事业有所帮助。出行方面，你可以买节能型汽车，当然，选择拼车或乘坐公共交通工具则会更好；尽可能选择自行车或步行的方式出行，这样还可以帮助你保持良好的体型。如果你的房子建在阳光充沛的地区，你可以考虑在你的房顶上铺上太阳能电池板或种满植物。减少消费、更多地回收和再利用都有助于减少碳排放。

物种入侵

如果你厌倦了你的鱼缸里的任何“居民”的话，不要将它们放生到附近的水体中，请将它们带到附近的宠物商店或为它们找到另一个家。如果你有一双涉水靴，在穿着它前往下一地点之前记得要将上面的泥土清洗干净。如果你钓鱼，不要将任何活的诱饵生物随意丢弃，如果你是一个园丁，你应该专注于本土植物的培养。

有毒化学物

安全地处置有害的家庭垃圾(如油、药品、电子产品、电池)是非常重要的。把不需要的油漆、溶剂和农药放到有害物质收集处。不要将这些化学品随意倾倒到地上和雨水沟渠中，因为它们最终将会进入溪流和河流中。不要将旧电池随意扔进垃圾堆。将使用过的机油送到机油回收工厂。选择瓢虫和螳螂这样有益的昆虫而不是杀虫剂来控制害虫，例如，你可以先去看看自家院子里有哪些害虫，然后只有在天敌无法控制害虫的情况下才使用杀虫剂。

新型污染

不要将没吃完的药片随意冲入马桶。避免使用包括油漆、空气清新剂、塑料浴帘或衣服和其他聚氯乙烯纤维制品在内的含有新型污染物的产品。不要使用含有三氯生(学名为二氯苯氧氯酚)和三氯二苯脲的抗菌洗手液，使用温水和肥皂或含酒精的洗手液在去除细菌方面同样有效。如果你使用磨砂膏来按摩身体的话，要记得提前弄清楚磨砂膏的成分，同时也要注意检查牙膏、洗发液和肥皂的成分。如果你在这些成分中发现了聚乙烯或其他塑料成分的存在，那么你在清洗这些产品的时候就会向水体中排放塑料微粒。事实上，这些产品都有一些使用天然成分的替代产品。

总体来说，多和身边的人谈谈海洋污染的问题。我们还可以考虑通过游说相关组织、个人(如给编辑写信、拜访政客，或向商会组织倡导回收利用和多采取一些防止水体污染的发展策略)或加入一些你支持其政策的团体来使自己在保护海洋活动上活跃起来。

海洋污染的总体状况和未来趋势如何？

目前关于海洋污染，既有些好消息，也有些坏消息。好消息如海洋中一些主要类型的污染物的量正在下降，包括滴滴涕和多氯联苯类物质在内的持久性有机污染物，如今大部分国家已经不再生产或使用这些物质了。坏消息如海洋中一些微量金属的量还没有显示出总体的下降趋势。海底底泥中沉积的污染物的持久性是海洋污染情况无法像我们希望的那样快速好转的原因之一。除非事先采取有效的预防措施或建立监管框架，否则类似海底采矿这样的新型海洋作业，尤其是在一些海底生态环境脆弱的海洋(如北冰洋)中，很可能产生新的污染问题。在一些新型的环境问题刚刚显示出苗头而没有发展成重大问题之前就对其采取有效的防治措施，这将是一种全新的污染治理方法。

过去20余年来，石油泄漏事故发生的次数显著减少了，在美国制造的油轮已有双层船壳。政府吸取深水地平线事故的教训，已经成立了专家小组为防止未来的井喷提供专业的意见。美国总统委员会为提高海洋石油作业的安全性设立了很多安全措施。然而，当地政府并没有遵循提高安全性的重要建议，比如防喷器的设计并不能阻止深水井喷的现象。目前沿岸的海洋石油作业有向深海发展的势头，在未来很可能会给海洋环境带来灾难。

目前，其他类型的海洋污染也一直在增加，包括由营养物质所引起的富营养化现象，这从世界各地越来越多的低氧区和有害藻华现象可以看出。在将来，我们对海洋的点源污染排放必须加强管控，使海洋中的持久性有机污染物和污水废物进一步下降。目前，是否会制定法规来减少非点源污染是一个开放性问题。包括阻燃剂、药剂和纳米粒子在内的一些最近才被认为是污染物的物质，将成为越来越关键的毒性来源，直到它们最终被法规管控。我们希望这些法律法规能够尽快出台并付诸实施。海洋垃圾是一个日益严重的问题，目前还没有得到有效管控。尽管目前关于船舶压舱水的法规已经减少了船舶这种媒介可能带来的物种入侵现象，入侵物种可能会继续到达新的地点。气候变化将加剧有毒污染物所带来的负面影响，温度上升的海水将会加快海洋生物的代谢速率，更快的代谢将会加重毒性物质对海洋生物的毒性作用；温度不断上升的海水将会给海洋生态系统带来很大的改变，海洋酸化所带来的低pH环境也将会给海洋环境带来很大的负面影响，尤其是对一些有壳类生物。气候变化将会加剧海洋富营养化的程度，海水温度上升之后其中溶解氧的含量会下降，而且海水的分层现象也会持续更长时间，深层海水的缺氧状态会更加严重。海水温度上升可能会导致讨厌的藻华现象。

一个环境良好的海洋能为大量人群提供食物、工作岗位和娱乐消遣，而且它还是清洁能源和新型医药的潜在来源。虽然目前并不缺少针对重建海洋环境的国际倡议和行动计划，但是仍有来自不同机构的无数报道显示相关组织对海洋的状况发出了警报，并呼吁相关部门采取行动，而这些几乎没有得到回应。我们很难寄希望于单个国家独立解决海洋污染问题，海洋污染问题需要国际通力合作，毕竟海洋不像人类的国家一样是有国界的。国际海洋状态研究组织(International Programme on the State of the Ocean，IPSO)是一个由一群科学家们所领导的非政府组织，它在2013年的一份报告显示全球的海洋环境正在经历着比全球变暖、海水氧含量下降和海洋酸化的“致命三重奏”更严重的威胁。这份报告显示海洋状况有可能会引发过去那样的物种大灭绝事件，但在很大程度上公众和决策者们却没有意识到或忽略了这种状况的严峻性。报告清楚地表明，如果我们对这种状况不及时采取行动，将会增加未来的成本，并有可能会给海洋带来更大的不可逆转的损失。虽然这些不是什么太新的发现，但是值得警惕。为了保护我们赖以生存的世界海洋及其资源，世界各国和国际社会必须采取措施来应对海洋污染物的投入和减少温室气体排放。2014年，政府间气候变化专门委员会的数据显示，从2000年到2010年，全球的二氧化碳排放量每年都增加了2.2%。

这让我们想起鲍勃·迪伦那首著名的民权与反战歌曲《答案在风中飘扬》《Blowing in the Wind》。我们也在反思：多少洪水才会让人们意识到海洋环境的重要？多少珊瑚礁的死亡才会让人们意识到海洋污染的严重性？我们希望答案是迅速而有效的，而并不只是“飘扬在风中”。

参考文献

第1章

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第2章

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1.为方便理解，后文用“污染物”统一表达。——译者注

2.1加仑≈3.79升。——译者注

3.1平方英里≈2.59平方千米。——译者注

4.1英亩≈4046.86平方米。——译者注

5.1磅≈0.45千克。——译者注

6.1英里≈1.61千米。——译者注

7.1平方码≈0.84平方米。——译者注

8.1英尺≈0.30米。——译者注

9.1英寸≈0.025米。——译者注

10.1盎司≈28.35克。——译者注

11.1海里≈1.85千米。——译者注

Table of Contents

海洋污染

总序

序言

致谢

1 关于海洋环境及其污染问题

为什么有些污染物在被禁用之后依然困扰着我们？

为什么有些物种会比别的物种对污染更敏感？

为什么要关注海洋的状态？

全世界的海洋污染到底有多严重？

化学品是如何危害海洋生物的？

哪些污染物是从空气中进入海洋的？

哪些法律约束海洋污染？

如何测定毒性程度？

毒性是什么？

水中的物体会造成污染吗？

水产养殖业是如何造成污染的？

污染物一旦进入水体，会发生怎样的变化？

海洋环境是什么？

海洋环境污染的主要源头是什么？

海洋生态系统和食物链的基础是什么？

田野调查是怎么探究毒性的？

致污物是什么？致污物和污染物有区别吗？

陆源污染进入海洋的主要途径是什么？

除了使生物致死之外，污染物还有什么影响？

2 营养物质

为什么生命体必需的营养物质被当成了污染物？

人们应如何应对合流制排水系统的溢流？

什么技术可以减少水体富营养化的危害？

合流制排水系统是什么？

哪些是有害藻类？

如何减少农田径流？

如何减少城市和郊区的雨水径流？

富营养化对海草有什么影响？

富营养化对珊瑚礁有什么影响？

富营养化的现象有多严重？

有害藻华是什么？

有害藻华现象的发生有多频繁？

未来的水体富营养化情况会怎样？

死区是什么？

污水处理厂是如何运作的？

营养物质过剩会损害盐沼吗？

过剩的营养物质有什么影响？什么是富营养化？

这些营养物质从何而来？

集中型动物饲养经营是什么？

3 海洋垃圾

为什么垃圾会在海洋中间大片聚集？

为什么海洋垃圾的量如此之大？

人类能对这种情况做什么？清理垃圾能起作用吗？

公共环境教育怎么样？

到底有多少海洋垃圾？

在减少海洋垃圾方面有没有相关的法律？

废弃渔具会引发什么问题？

怎样测定海洋垃圾的数量？

新技术会减少海洋垃圾问题吗？

海洋中最大的垃圾是什么？

海洋中的塑料会发生什么？它们能降解吗？

海洋垃圾从哪里来？

海洋垃圾会危害人类健康吗？

海洋垃圾的主要成分是什么？

海洋垃圾确实大煞风景，它们会对海洋生物构成危害吗？

海洋垃圾还会积聚在何处？

4 石油及相关化学品污染物

“埃克森·瓦尔迪兹”号油轮究竟发生了什么？

为什么使用分散剂的争议这么大？

什么是多环芳烃？

发生石油泄漏事故后，政府采取了哪些措施来保护海岸线？

墨西哥湾井喷事件发生之后采取了怎样的应对措施？

墨西哥湾井喷事件是怎么回事？

如何将泄漏的石油清理干净？

是否有为了预防石油泄漏事故而出台的新政策？

泄漏之后的石油会怎样？

泄漏出来的石油是如何危害海鸟和海洋哺乳动物的？

泄漏的石油会对海岸线造成什么影响？

泄漏的石油最终是怎么被清理干净的？

海洋中石油的主要来源是什么？

石油和分散剂发生了什么反应？

石油泄漏事故会对其他海洋动物产生什么毒性作用？

石油泄漏事故的影响会持续多久？

石油的组成成分是什么？

过去几十年来石油泄漏事故发生的趋势是怎样的？

这次事故发生的原因是什么？

这次事故对海湾生态的总体影响是什么样的？

那些遭受石油污染影响的海鸟和海獭可以获救吗？

5 金属污染物

不同化学形态的金属是如何对环境产生影响的？

不同的金属都有哪些毒性作用？

什么是覆盖技术？

什么是金属物质的生物修复？

哪些地方是重度汞污染区域？

密封式海洋倾倒是什么？

我们应该如何减少金属污染？

植物修复是什么？

海味品中不断增加的金属含量会对人类造成危害吗？

海洋生物如何保护自己免受有毒金属的影响？

自然衰减是什么？

金属比较容易在什么样的环境中积聚？

金属污染物的主要来源是什么？

金属污染的未来趋势是怎样的？

6 农药和工业有机化学品污染

“第三代农药”是什么？

《寂静的春天》具有怎样的重要性？

二噁英会产生什么影响？

二噁英是什么？

二噁英都是如何进入海洋环境中的？

什么是内分泌干扰？

什么是有害生物综合治理？

什么是生物标志物？

农药中的化学品会对种群数量产生什么影响？

农药中的化学品会对群落产生什么影响？

农药对非目标生物有哪些影响？

农药污染的未来趋势是怎样的？

多氯联苯和二噁英会对食用海味品的人构成威胁吗？

多氯联苯是什么？

多氯联苯是如何进入海洋环境中的？

如何监管农药的使用？

我们应该如何应对有机化学品污染？

有哪些新型的农药？

海洋环境中的农药从何而来？

海洋生物怎样抵抗这些毒效应？

这些化学品进入水体后会发生什么反应？

7 新的问题

为什么药物和个人护理产品会成为新的环境问题？

多溴联苯醚是什么？为什么说它会成为海洋污染物？

我们应该怎样应对海洋光污染？

我们应该怎样应对海洋噪声污染？

我们开始了解的其他种类的污染物有哪些？

我们目前是否对海洋中的放射性物质存在担忧呢？

氟化物会导致什么环境问题？

海洋光污染是什么？

海洋噪声具有哪些种类？

海洋噪声污染会产生什么环境问题？

海洋噪声污染是什么？

烷基酚会对环境造成什么影响？

现有的法律法规是否足以保护海洋生物、

纳米粒子是什么？它会对环境造成什么影响？

野生动物和人类免受这些新型污染物质的危害？技术上有什么进步吗？

面对药物和个人护理产品污染，我们能做些什么？

8 生物积累和生物放大

什么是水俣病？

什么是生物积累和生物放大？

从牡蛎壳中提取的补钙剂存在金属污染的情况吗？

哪些海洋生物可以用来作为化学物质的生物积累作用和放大效应的监测器？

如何避免发生海洋毒素中毒事件？

海味品中会出现被二噁英污染的问题吗？

现在海味品中还存在汞污染的问题吗？

生物体如何吸收有机污染物？

生物如何代谢有机污染物？

神经性贝毒是什么？

腹泻性贝毒是什么？

记忆丧失性贝毒是什么？

金属物质一旦被吸收进生物体内会发生什么？

金属物质会储存在生物体内的哪些地方？它们又是如何储存的？

雪卡毒素中毒是怎么回事？

食用体内积聚有害藻华毒素的鱼类和贝类是怎样导致人类患上疾病的？

食用可能被污染的海味品会给人类带来什么影响？

食用含有有机污染物的海味品会导致什么问题？

鱼油补充剂里面也会含有污染物吗？

麻痹性贝毒是什么？

9 气候变化与海洋酸化
pH是什么？

为什么海平面上升的速度超过了预期？

为什么现在跟以前不一样？海洋生物能否适应现在的变化？

为什么珊瑚礁那么容易受到影响呢？

哪些物种最易受海洋酸化的影响？

如何减少海洋酸化所带来的影响？

导致全球变暖和气候变迁的原因是什么？

我们该如何应对海平面上升？

气候变化会影响物种分布吗？

气候变化会改变动物的体积大小吗？

气候变化会给捕食者和猎物之间的关系带来影响吗？

气候变化会给水产养殖带来影响吗？

气候变化对极地地区有什么影响？

气候变化给海洋带来了哪些问题？

海平面上升会带来什么？

海洋的pH以前就没发生过变化吗？

海洋酸化会带来什么问题？

海洋酸化会给经济带来什么影响？

海洋酸化是什么？

生物怎样保护自己免受海洋变暖和酸化的影响？

10 生物污染

什么是物种入侵？

入侵性的栉水母是什么样的？它们会造成什么危害？

可以通过吃掉它们的方式来控制生物入侵吗？

哪些沼泽植物具有入侵性？它们会造成什么危害？

哪些海草具有入侵性？它们会造成什么危害？

哪些蟹类具有入侵性？它们会造成什么危害？

哪些附着生物具有入侵性？它们会造成哪些危害？

哪些鱼类具有入侵性？它们会造成什么危害？

在生物入侵现象发生之后，我们可以做什么？

外来物种能对环境产生有益作用吗？

如何判断某一片海域是否可以游泳？

如何检测微生物污染？

如何防止生物入侵现象的发生？

当外来物种的数量已经很庞大的时候，我们能做什么？

接触水体中的这些微生物可能会引起什么疾病？

海洋中的微生物污染是如何而来的？

这些海洋入侵物种是如何到新环境中去的？

11 控制和减少污染

《伦敦公约》是什么？

个人能够做哪些事来减少海洋污染？

什么是“绿色化学”？

什么是《国际防止船舶造成污染公约》？

什么是海洋健康指数？

什么是海洋法？

各个国家和国际社会有什么对策去抑制它吗？

我们该怎么减少水产养殖业所带来的污染？

欧洲如何应对海洋污染？

海洋污染的总体状况和未来趋势如何？

目前有哪些成功的案例？

美国哪些国家法律有助于改善水质？

美国国家海洋大气局在美国扮演着什么样的角色？

美国地方政府和州政府可以采取哪些措施来减少污染？

考虑到气候变化对海洋环境的威胁如此之大，

参考文献