在我们居住的蔚蓝星球上，海洋占据了总面积的70%，是生物圈内最重要的生态系统之一。健康的海洋生态系统需要氧气，海洋动物的生长繁殖离不开氧气。然而，上世纪中业以来，科学家发现某些大洋海域中存在“死亡区”，这些区域氧气含量极低，几乎没有任何生命迹象。与此同时，近岸海域的含氧量正急剧下降，使得近海生态系统“荒漠化”程度加剧。海洋未来将面临“窒息”的风险已经成为科学家的共识。本期“涨知识”让我们跟随主讲人樊炜一起认识海洋缺氧，探寻缺氧区生态修复之路！
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如何定义海洋缺氧？
氧气在海洋中以溶解氧形态存在，是绝大多数海洋生命活动的基础。科学上一般定义溶解氧浓度低于2mg/L为缺氧态。据报道，目前全球近岸缺氧区已超过400个，大洋缺氧区面积持续扩大。
No.2
海洋缺氧的主要原因是什么？
全球暖化与水体富营养化是当前缺氧加剧的主要原因。其中，暖化导致海洋层化加剧，阻碍氧气从大气向海洋内部补充；而富营养化刺激上层海洋浮游植物生长，其死亡后沉降分解加剧海洋内部氧气的消耗。
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海洋缺氧的危害有哪些？
海洋缺氧的危害主要体现在：
（1）从生态系统角度来说，海洋缺氧导致生物多样性和总量双重损失；
（2）从生物个体角度来说，海洋缺氧导致生物显性基因突变、繁殖成功率低、免疫系统失衡、疾病增加与生长缓慢等风险；
（3）海洋缺氧导致水体中的还原性有毒物质（如硫化氢和氨）增加，进而导致水质恶化；
（4）海洋缺氧同时引起重要生物地球化学循环的改变，如氮磷营养盐的循环。这些营养盐的循环与海洋生态系统功能密切相关。
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未来采用何种方式应对海洋缺氧？
解决缺氧的根本途径在于减缓富营养化与二氧化碳排放，但这些治理措施当前仍然面临巨大的经济与政治挑战，且长期实施的结果不确定性大。2007年，瑞典科学家提出工程地效仿自然下降流（即表层富氧水在自然力作用下入侵底层缺氧区）来治理减缓局部海域的缺氧现象，该方法即人工下降流方法。人工下降流被证实不仅可以快速恢复缺氧区氧气浓度，改善水质，还可能增加当地渔业产量与碳汇。
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如何工程地实现人工下降流？
目前普遍采用海洋可再生能源驱动产生人工下降流。
1） 风能驱动的人工下降流装置
由瑞典学者提出。利用风力发电驱动叶轮泵直接将表层富氧水抽至底层缺氧区，建造成本极高。
2） 波浪能驱动的人工下降流装置
由意大利学者提出。装置在波浪作用下上下运动时，外部水体会进入浮体中间的蓄水池使得水位抬升，形成水压差。当月池内外水压差大于环境密度分层所造成的压力差时，便可形成持续的下降流，目前处于海域试验研究阶段。
图5 意大利学者提出的波浪能驱动的人工下降流概念
3）潮流驱动的人工下降流装置
由浙江大学提出，已获得授权国家发明专利并发表相关论文研究成果。针对深水，采用管道式潮流泵结构，当水平潮流流经管口时，根据伯努利原理会形成压差，驱动产生下降流；针对浅水，采用导流式帆布结构，当水平潮流流经帆布时，将沿着帆布从底部流出，同样形成下降流。海洋学院人工系统课题组即将在山东烟台养马岛海域建成我国首个人工下降流增氧工程示范区。
本期主讲人
樊 炜 浙江大学海洋学院 副教授，博士生导师
研究方向：人工上升流增汇工程、海洋装备技术、海洋探测技术等