全球气候变化深刻影响着全球的生态系统及农业生产，由气候变化引起的生态灾难更是严重影响着全人类的正常生活，比如南极冰川消融、永冻土层融化、珊瑚礁死亡、厄尔尼诺现象、南极臭氧层空洞等等。
相对于陆地，气候变化对海洋的影响更为明显。一方面，二氧化碳等温室气体会导致全球气温升高，南极冰川消融，海平面上升；另一方面，二氧化碳溶解进入海水还会导致海洋酸化，在海水中养殖的各种水产经济动物都会受到直接或间接的影响。
南极冰川消融
然而，全球气候的变化规律非常复杂，根本无法被量化，那么水产科技工作者们到底该如何预测气候变化对海水养殖的影响呢？海水养殖又该如何应对水温升高、海水酸化带来的威胁呢？
这正是今天要讨论的话题。
首先，为什么要讨论气候变化对海水养殖的影响(而不是陆地淡水养殖)？水产养殖可以分为海水养殖与陆地上的淡水养殖，这两种养殖都有各自鲜明的特点。
- 陆地淡水养殖
陆地淡水养殖通常是以工厂或者露天池塘的模式进行养殖，对环境条件如水温、溶解氧、pH以及其他环境参数都有较强的控制能力，特别是封闭性的工厂化养殖车间，可以将各种水质指标都控制在理想的范围内。因此陆地淡水养殖受全球气候变化的影响并不是很大，相比之下，养殖户或管理者对水质条件的干预强度才是起主导作用的因素。
▲▲陆地淡水养殖的两种常见模式
- 开放式海水养殖
再看看开放式的海水养殖。虽然海水网箱已经可以升级为深远海抗风浪网箱，有的还配备了水下智能机器人进行清污操作。但是网箱、鱼排、筏架等养殖设施对洋流、水温、溶解氧、pH等指标几乎没有控制能力。因此，海水养殖者对环境的控制作用极少，“靠天吃饭”的特点比较突出。
▲▲开放式海水养殖的常见模式
除了洋流，一些异常的气候现象也会直接影响海水养殖，比如厄尔尼诺现象与台风。
厄尔尼诺现象会极大地改变太平洋西侧与东侧海岸的温度曲线，太平洋两岸的的海水养殖业也因此深受其害。当厄尔尼诺现象发生时，局部海水温度会比往常高3-6℃，大量的冷水鱼会因水温骤升而死亡，造成渔业减产。以秘鲁为例，在厄尔尼诺的影响下，2014年秘鲁海水渔业总产量仅为350万吨，比2013年下降了41%。
此外，温室效应还会催生出更多、更强的台风。早在1988年，国际著名期刊Science就模拟了两者之间的关系，后来Nature杂志上又进一步指出:在过去的30年里，热带洋面温度上升了0.5℃，这使得台风的发生频率升高，每年都保持在90次左右，北大西洋飓风的破坏力增加了95%，而太平洋西北部台风的潜在破坏力增加了75%。
水温升高、海水酸化会对海水养殖产生怎样的影响？- 水温升高对海水养殖的影响
温度与养殖鱼类体细胞生长之间的关系通常称为生长的热性能曲线(TPC)，很多养殖鱼类的生长会随着温度的升高呈现出“先升高后降低”的规律:也就是说，当水温高于某一特定的温度T1(发育阈温度)时，鱼类才开始生长发育，之后随着水温的继续升高，在中间某一温度区间(最适生长温度)达到最快的生长速度，之后如果温度再进一步升高，鱼类的生长就会变得缓慢甚至停止（如下图中的T2）。
▲▲海水鱼类的生长率与温度之间的关系，阴影部分的面积即为该发育过程中积累的总热量，称为发育积温。
国家海洋局预测，未来几十年内全球海面水温将会升高2-5℃，温度升高对海水鱼类的生长主要有以下4个方面的影响：
1.温度升高会加速水体的富营养化。
海水富营养化会引发大规模的赤潮，其中57%的有害赤潮会造成近海鱼虾的大量死亡。
2.温度上升会导致鱼类的生殖力下降。
相关研究表明，珊瑚鱼在随着水温的升高会减少生育行为，而且精子的产量会维持在低水平状态。很多鱼类性别也是由温度来决定的，只要温度上升1-2℃，性别比就会由原来的1:1上升到3:1，性别比例失衡无疑会降低鱼类的繁殖力。
3.温度升高会导致鱼类病害频发。
温度上升的水体为病原菌提供了繁殖的温床，变化的环境温度可导致病原体的毒力增强，还会催生出新型病原体，这些都会增加海水养殖中病害的发生频率。
4.温度升高还会导致水体中的溶解氧浓度下降。
特别是冷水鱼，对溶解氧的需求量很高，要求在24小时之内有2/3的时间要超过6mg/L，其余任何时间都不能低于5mg/L。而温度升高，水中的溶解氧会逃逸到大气中，冷水鱼就会因为缺氧而窒息。
▲▲常见的冷水鱼：①-④分别是斑点鲑、虹鳟、大马哈鱼、大西洋鲑。
- 海水酸化对海水养殖的影响
海洋酸化(OA)降低了海水的pH值，海水的碳酸盐系统也会发生变化，这些变化会直接影响海洋生物的生理功能，比如光合作用、呼吸代谢速率、生物恢复速率、钙化速率等。在酸化的海洋环境中，大多数鱼类的呼吸代谢酶活性下降，从水体中获得氧气的能力也会下降，而为了能最大限度的维持正常代谢，海洋生物不得不增大呼吸容量来应对，有些鱼类，例如海湾豹蟾鱼 (Opsanus beta)还会出现呼吸性酸中毒的现象。
除此之外，碳酸钙是很多海洋生物骨骼的重要组成成分，比如部分软体动物、海星、海胆、珊瑚、石球藻等，而碳酸钙在酸性条件下是不稳定的，会分解产生钙离子和二氧化碳，因此海水酸化会严重影响海洋生物骨骼结构的完整性。而扇贝、牡蛎、贻贝、文蛤、缢蛏等双壳贝类也会受到直接影响，有可能因为钙代谢功能的失调而产生生存危机。
预测的金钥匙——渔业模型“模型”这个词汇虽然听起来比较陌生，但是在我们的生活中却有非常广泛的应用。举个例子，GPS全球定位系统就是一种模型，它解决了“如何确定某个物体在地球上的空间位置”这样一个问题。天气预报也是一种模型，通过收集大气中的温度、湿度、风向、风速、气压等数据来预测未来天气的变化趋势。
为了解决“全球气候变化对海水养殖的影响”这一难题，同样也可以用建立模型的方法来解决。该模型数据来源于地球物理流体动力学实验室的地球系统模型CM2.6，将这些数据与大西洋鲑、金头鲷、军曹鱼三种名贵海水鱼的生长的热性能曲线相结合（这三种鱼分别是冷水鱼、温水鱼、暖水鱼的代表），进而估算得出对渔业生产的影响。
▲▲上图是大西洋鲑、金头鲷、军曹鱼生长的热性能曲线，横坐标为温度，纵坐标为生长率。其中黑色圆点表示该物种在最低、最佳和最高温度下的增长率，黑色方形表示该物种的平均增长率。从上表可以看出，随着水温的升高，三种鱼的生长速率都呈现出先升高后降低的趋势，但是三种鱼生存的温度区间有明显差别。大西洋鲑的生存水温低于20℃，军曹鱼的生存水温高于22℃，金头鲷对水温的适应性介于两者之间。
海水温度升高对鱼类生长的影响存在很大差异。比如美国西海岸的海水温度升高，降低了鲑鱼的潜在生长量，促进了金头鲷的生长，但是同样的水温对军曹鱼来说却显得太冷了。在东南亚的热带海域中，升高的水温对鲑鱼来说太热，而且超过了鲷鱼的最佳生长温度而抑制了其生长，然而同样的温度却促进了军曹鱼的生长。
▲▲上图是2016-2020年之间三种海水鱼的平均增长率，从上到下依次对应大西洋鲑、金头鲷、军曹鱼。其中左边三幅图为月增长率，右边三幅图为年增长率。从上图可以看出，大西洋鲑的最佳生长水域位于水温较低的高纬度地区；鲷鱼的最佳生长区域位于中纬度的暖水海域，在赤道附近生长效果反而不佳；而军曹鱼的最佳生长区位于赤道附近的低纬度海域，年均水温较高。全球气候升温会导致三种鱼的自然分布带向南北方向偏移，这可能会引发潜在的物种入侵事件。
受水温变化的影响，即便是同一种海水鱼，也可能在同一个国家的专属海区内出现生长差异，澳大利亚就是一个典型的例子。在澳大利亚的塔斯马尼亚北部，鲑鱼的生长速度显著下降，但是在塔斯马尼亚南部的海域中，鲑鱼的生长速度却在增加（澳大利亚位于南半球，越往南水温越低，因此南方的鲑鱼长势比北方的要好），鲷鱼的生长呈现出相似的特征。
▲▲上图中从上到下依次是(a)大西洋鲑、(b)金头鲷、(c)军曹鱼的特定生长限制区域，当生活范围超过了紫色区域，这三种鱼的生长就会受到限制。全球水温升高有可能会使鱼类冲破原有的地域限制，造成鱼类种群的生态冲突。
海水养殖如何应对全球气候变化？选育新品种或许是最佳方案自然条件下，温度不理想会造成海水养殖减产。而通过人为选育新品种可以让水产养殖动物更快地适应水温的变化。
育种的目的就在于培育出抗逆性强、生长速度快、养殖周期短、经济效益好的品种。比如欧洲育种计划的研究项目发现，选育作用使三文鱼的生长速度增长了12%，而每一代鲷鱼的收获重量增加了10%-15%。选育新品种给海水养殖产量带来的增长作用已经超过了气候变化对海水养殖的抑制作用，并且在此基础上带来了25%-41%的增长率。
这也表明，我们有可能通过选育来抵消未来35年气候变化带来的渔业潜在损失。虽然目前全球只有10%的水产养殖是以选择性育种为基础，但可以确定的是，面对全球气候变化，水产养殖新品种必然会发挥越来越重要的作用。
虹鳟
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