海上风电场的生态影响，到底怎么评估？

为了到 2050 年实现净零排放目标，据估计，全球将需要安装 2000 吉瓦的 海上风电场（offshore wind farm，OWF），而 2020 年仅为 35 吉瓦. 到 2050 年将需要每年安装约5000台新涡轮机，占用超过500,000平方公里。

有人认为，如果管理和设计得当，未来部署的海洋风电场OWF可能会增加生物多样性，并有可能为社会带来积极的环境效益。一些研究发现，海洋风电场OWF结构的基础部分充当人工鱼礁和鱼类聚集装置，为一些动物（包括中上层和底栖鱼类、海洋哺乳动物、幼年珊瑚和其他底栖无柄无脊椎动物）提供定居、庇护和觅食的空间。同样，通过限制可能对环境产生负面影响的活动，海上风电场可以充当事实上的海洋保护区（MPA），从而有可能增强周边地区的生物多样性和商业渔业。然而，虽然在全球范围内，通过海洋风电场OWF能源实现脱碳的优势是毋庸置疑的，人们认识到，这种快速的转变有可能在当地和全世界范围内产生广泛的意想不到的负面环境后果。在许多研究中，对海洋风电场OWF装置对当地环境的潜在影响的担忧越来越多，包括：栖息地丧失、碰撞风险、噪音和电磁场影响、入侵物种的引入以及可能影响海洋风电场OWF涡轮机附近的人类和动物种群的视觉或美学影响。随着海洋风电场OWF的规模和规模的增加，预计产生重大累积效应的风险也将增加。

在这项研究中，我们对已发表的关于海上风电场OWF影响评估中考虑的环境和社会经济影响的全球研究进行了半系统回顾。拟议的审查旨在回答以下两个主要问题：1.存在哪些同行评议的已发表证据证明海洋海洋风电场OWF结构对生物多样性和生态系统服务的影响？2. 有哪些已发表的证据证明海洋OWF结构的建造、运行和退役对海洋生态系统的影响？然后，该审查分析并讨论了生物多样性和生态系统服务（ES）方面的一些机会、数据信心问题和权衡，如果海洋风电场OWF部门要以可持续的方式向前发展，可能需要解决这些问题。这种理解对于确保关于下一代海洋风电场OWF的国际决定将基于最全面的信息，并将有助于要求所有“新”基础设施开发项目的政策义务，以确保生物多样性净收益（net gain of biodiversity，BNG）、环境或生态服务ES目标在全球范围内变得普遍（例如， 爱知生物多样性目标). 这些目标和方法的目的是使生物多样性和环境处于与基础设施发展之前相似或更好的状态，同时确保为人类和环境带来更广泛的利益。因此，本研究旨在作为一个进步阶段，以更全面和详细地了解 海洋风电场OWF 发展的不同阶段对生物多样性和生态服务ES 引起的积极和消极变化之间的平衡。

图 1.海洋风电场OWF 对生态和社会影响的全球研究，包括到 2030 年各国的未来安装趋势

表 1.半系统评价热图。314项证据被分为9个主题类型（基于主要研究主题）和18个不同的结局（基于海洋风电场OWF的主要效应）。根据施工 （C） 和运营 （O） 期间的结果进一步细分。较深的绿色单元格表示大多数研究;而红细胞表示研究最少。

1. 施工影响

大多数设施影响是负面的（52%，图2）在各主题组（几种鱼类（主要是比目鱼类、鲽鱼类、鳕鱼类）和一些鸟类（如崖海鴉、红翼鸟）中显示出强烈的负面趋势。这些趋势的例外情况包括对某些鱼类（例如条鳕pouting）和某些鸟类（小鸥little gull）没有影响，对某些种类的海鸥（例如银鸥herring gull、小黑背鸥lesser black-backed gull)）有积极影响。总体而言，8%的设施影响对生物多样性产生了积极影响。在大西洋鲱鱼（Clupea harengus）和太平洋鲱鱼（Clupea pallasii）的海洋风电场OWF建造过程中发现了不确定的影响（24%的研究），这些鲱鱼在全球具有重要的商业和文化意义（图2). 关于海洋风电场OWF构建对贝类、底栖沉积物、蝙蝠、人类的影响以及海气交界处发生影响的全球同行评审证据有限。在建设阶段，大型无脊椎动物（差：5.7）、鱼类（中等：8.2）和鸟类（中：9.9）也缺乏证据，而研究最好的对象是海洋哺乳动物（鲸类）组（良好：10.5）。

图 2. 海上风电场建设对生物群的潜在影响方向。

2. 运营影响

总体而言，在所有受试者组中，积极和消极的运营效果均衡，34%的效果被列为积极结果，而32%的效果被评估为负面（图3)。在“运筹学研究”operational (26%) studies中，大约四分之一的效应被归类为对受试者组没有影响（26%）。对鱼类、贝类、蝙蝠、人类和空面研究的更详细调查报告说，海洋风电场OWF运行对这些受试者群体产生了净积极影响。记录了鳕鱼cod和条鳕 pouting两种具有重要商业价值的物种对种群丰度增加的积极影响。相关国家的民众和休闲渔业者也表示，由于渔获量增加和渔业结构的等方面，海洋风电场OWF是一个增强的捕鱼地点（图3).

图 3.海上风电场运营对生物群和人类的潜在影响方向。

相比之下，对鸟类、大型无脊椎动物和沉积物的大多数影响是负面的，许多研究发现，海洋风电场OWF周围鸟类和底栖物种的丰度、生物量和多样性有所减少。另几个观察结果显示是海洋风电场OWF建设过程中沉积物羽流的运输和移动影响。居住在海洋风电场OWF结构旁边的当地居民（与可以居住在内陆结构的普通公众相反）和商业渔民也报告了负面效应。只有海洋哺乳动物记录了海洋风电场OWF实施的总体影响，尽管对于某些物种，如港湾鼠海豚，这些影响在研究中是可变的（图3)。相关研究考虑了更广泛的学科组，结果记录的置信度分为差、中、好，例如：海气界面、鸟类、人类、大型无脊椎动物、贝类（中等：7.2-9.6）;蝙蝠（差：4.0）;鱼类和底栖沉积物（良好：10.4-11.4）。

3. 生态系统服务影响和社会接受度

结果摘要显示，海洋风电场OWF的建设和运营对14个生态服务ES产生了积极或消极的影响（图4）在九个被调查的生态学主题组中。与生态服务ES的物种特异性联系汇总显示在图4，港湾鼠海豚（Phocoena phocoena）被归类为海洋哺乳动物。在施工阶段，除了非商业鱼类种群的生物多样性外，已确定对所有生态服务ES具有潜在负面影响。从结果图4（选择服务增强（深绿色）或降级（深红色）影响评分），我们确定了四个具有特定机会或价值的生态服务ES 面临海洋风电场OWF 的风险。虽然不是专门针对 生态服务ES，但关于社会接受 海洋风电场OWF 发展的民意调查的回应也非常积极，因此与四个受影响严重的 生态服务ES 一起详细讨论：

图 4.海上风电场在建设和运营阶段对生态系统服务的影响。

'-'、'-'、'0'、'+'和'++'分数分别表示对服务的影响显著下降（深红色）、降级（浅红色）、无变化（黄色）、增强（浅绿色）和显著增强（深绿色）。浅灰色阴影表示生态系统服务与主题之间的关系未知（例如，宏观反转操作>废物修复>）。证据可信度（1-5）与每个影响评分相关的可用研究数量有关。

4. 野生食物和渔业的提供

根据CICES框架，野生食物的生态服务ES被定义为“为人类消费而收集的野生食物”。如果研究表明对具有重要商业价值的物种有影响，但没有将这种变化与人类福祉直接联系起来（例如，通过使用渔获量或上岸数据），则这些影响被认为是对生物多样性支持服务的影响。由于海洋风力发电场（OWF）的发展，野生鱼类种群和商业渔业可能会产生积极或消极的影响，这取决于对鱼类和渔业的三种直接影响：渔业排斥和位移效应、物理能量效应（即电磁场（EMF）、波浪和水流）以及人工鱼礁效应。对建设阶段的影响的研究主要集中在具有商业价值的鱼类上，有证据表明，由于施工引起的位移效应，鳕鱼、比目鱼、舌鳎和沙丁鱼的捕捞量出现了明显的下降（图4）。观察到的总体负面影响并未波及所有物种，没有证据表明在建设阶段鳎（sole）和条鳕（pouting）的捕捞量/上市量（landing）受到了影响。

相反，观察到的鳕鱼、鲂鱼和其他商业固着和移动底栖大型无脊椎动物（如蓝贻贝和棕蟹）的捕捞量/上市量在海洋风力发电场（OWF）运行期间有所增加。这表明商业鱼类可能从风力发电场OWF结构中受益，从而可能为社会带来更多的食物供应益处。然而，对已审查的研究进行分析后，未发现鱼类产量增加与捕捞量增加之间存在与OWF直接联系和作用机制，这表明需要进一步研究此类联系。

风力发电场（OWF）在建设或运行期间对多种敏感物种（如幼鱼、底栖生物、美国龙虾和多种蟹类）产生了负电磁场和声学影响，大多数研究关注的是对打桩噪声或运行中的OWF电缆产生的电磁场的行为反应。这些研究中没有一项明确考虑这些影响如何转化为更广泛的社会效益，例如商业捕捞鱼类或无脊椎动物的数量变化。全球文献中还缺少关于OWF影响导致鱼类条件和营养成分改变的参考，野生食物在许多国家为文化遗产、食品安全和膳食质量做出了贡献。

5. 病虫害防治，入侵物种

全球有越来越多的证据表明，沿海和近海的人工结构是入侵或外来物种殖民的主要场所，特别是海洋风电场OWF，通过引入坚硬的基质（例如通过地基、系泊锚或电缆），可能会对病虫害防治的生态服务ES产生负面影响，这可以为入侵物种进一步扩张提供垫脚石。这反过来又会破坏当地的食物网动态并传播其他疾病，这可能会影响当地物种。在所审查的研究中，在固定的海洋风电场OWF上记录了几个非本地物种的分类群，包括贻贝、牡蛎、藻类、水母、海胆和各种大型无脊椎动物（例如海鞘、两栖动物、甲壳类动物和管状蠕虫）。然而，本综述中（截至2022年1月）没有纳入海洋风电场OWF研究，研究了可能附着在深水漂浮海洋风电场OWF上的入侵物种的潜在负面影响，使这些成为优先研究领域。然而，自本综述以来，最近的一篇论文表明，漂浮的海洋风电场OWF结构上没有非本地物种，而定居漂浮海洋风电场OWF的底栖生物群落与其他人工结构上的底栖生物群落总体相似。经济和社会成本，包括新开发的海洋风电场OWF的入侵物种或非本地物种的传播造成的商业价值损失，也从这次审查中开始出现。这也是急需研究的领域，因为鉴于海洋风电场OWF结构越来越多地被提议作为具有商业活动（如海藻或双壳类养殖）的多用途环境，共址效应可能是未来的一个重要因素。

6. 存在值

在这项研究中，生存价值观的大幅下降（图4）——可以定义为对野生物种、荒野或陆地/海洋景观的存在的认识和反思所提供的享受和哲学视角——主要涉及对海洋哺乳动物（如海豹和海豚）和海鸟等具有魅力的巨型动物可能造成的伤害（如通过电缆碰撞或缠绕），这些动物对个人具有文化重要性。研究工作的重点主要是在作战OWF内对海鸟和海洋哺乳动物的屏障和位移效应（即碰撞和回避）。在同行评审的文献中，描述海豹、江豚以及几种鸟类在海上风电场OWF施工期间避开OWF区域的文章也很普遍。然而，缺乏关于鸟类和海洋哺乳动物群体之间和内部影响的明确模式（图2、图3）表明，位移和干扰效应可能是一个物种特有的问题，取决于单个海上风电场OWF特征。这种影响还将伴随着人类福祉的丧失(图4)，许多人仅仅因为知道它们(或特定物种)存在并受到保护而内在地重视巨型动物，即使他们从未直接体验过它们。然而，所审查的研究不能明确归因于存在价值的变化，例如，它们没有考虑人们为环境资源的存在付费的意愿，也没有考虑因动物流离失所而可能对旅游业产生的潜在更广泛的经济影响（如海豹或观鸟旅行）。值得注意的是，已发表的文献中几乎没有关于其他几种有魅力的巨型动物群的OWF社会生态影响研究，如软骨鱼类（如鲨鱼、鳐鱼、鳐鱼和锯鱼）、海洋爬行动物（如海龟）和某些海洋哺乳动物群（如鲸鱼、儒艮、海狮）。这尤其令人担忧，因为船舶撞击和电缆缠绕已经是许多濒危巨型动物群（如露脊鲸种群）的首要危险因素，更多的建筑工程、不断增加的船舶交通以及未来连接到浮动风力结构的电缆可能会对这些群体产生累积影响。

7. 体验式娱乐

海上风电场OWF的扩张引起了人们对不同海洋管理部门之间空间竞争的担忧。虽然监管机构和海上风电场OWF开发商经常关注OWF对商业捕鱼的影响，但公众和与沿海旅游业相关的企业也对OWF堵塞航线或限制其他娱乐活动（如休闲渔业或潜水）的可用空间表示担忧。总的来说，这篇综述提出了另一种选择:在不同的国家(如英国、美国和丹麦)，OWF的作用是作为一种引诱剂，要么是作为一种新的景观，要么是作为休闲钓鱼的目的地。休闲垂钓者和海滩使用者也对现有的 海洋风电场OWF 持积极态度，并将海洋风电场OWF视为绿色能源进步的象征。然而，海洋风电场OWF对海景的视觉效果也被提出为一个关键问题。该评论的初步证据表明，海洋风电场OWF被认为会降低海景的视觉舒适性，这可能会对人们的“地方感”或与海洋的联系产生负面影响，发现人们赋予海洋特殊的意义，并希望避免侵入海洋。体验式娱乐发现的一个强烈警告是，关于这种生态服务ES的大多数研究都是在发达国家和北半球国家（如英国、德国、美国）进行的，因此需要从其他地理背景进行更多的研究——特别是对于南半球国家（如巴西、印度和澳大利亚），这些国家的未来海洋风电场OWF部署趋势很高， 同时也是受欢迎的旅游目的地。

8. 社会接受度

社会接受度是新海洋风电场OWF发展计划中一个重要但经常被忽视的考虑因素，特别是在地方或区域层面。审查发现，无论国家位置和经验如何，一般公众受访者对新的和假设的海洋风电场OWF的总体态度似乎都非常积极。关于公众支持海洋风电场OWF的现有文献表明，积极接受因素的主要驱动因素很复杂，但包括对几个生态服务ES的考虑（例如美学或视觉影响，改善生物多样性的积极机会和创造新的娱乐活动）以及其他几个社会经济因素，如创造就业机会，经济增长和更广泛的社区利益。相比之下，海洋风电场OWF排斥的主要原因与海洋风电场OWF结构的潜在障碍和位移效应有关，特别是对商业渔民，他们担心在海洋风电场OWF内捕鱼的盈利能力和效率、技术可行性和操作风险，以及对获取自然资源的明确性（例如，在海洋风电场OWF中获取鱼类种群的渔业权利）。这些发现主要基于对假设的 海洋风电场OWF 的研究，表明可能需要更清晰的部门之间沟通和补偿协议来解决围绕新 海洋风电场OWF 开发的共址机会 。

9. 其他面临风险的生态系统服务

除了上述记录的最大幅度增强或退化的生态服务ES之外，海洋风电场OWF的发展还有可能改变许多调节和支持服务（例如生物多样性和生境质量）以及海洋系统的生物地球化学循环。虽然大型无脊椎动物和贝类可能会受益于 海洋风电场OWF （图4），与其他种群相比，鸟类通常受到栖息地退化和海洋风电场OWF运行造成损失的影响更大。在施工阶段，监管服务也有可能受到相当大的影响，但是图4清楚地表明了与这些服务的影响方向相关的大量未知数。鉴于全球净零排放的雄心壮志，令人惊讶的是，关于碳封存和封存的监管服务以及许多 海洋风电场OWF 对“蓝碳”栖息地的任何影响的研究屈指可数。现有的结果确实表明，一旦建成，海洋风电场OWF的存在可能会导致风电场内外的营养物质、有机物和碳的通量发生强烈的积极变化。一项研究由 表明，在涡轮机周围5公里的区域内，沉积物的总有机碳通量可以增加50%，在30公里外有显着影响。然而，海洋风电场OWF周围沉积物中碳的长期储存仍然非常不确定，如果海底受到干扰（即碳重新释放到水柱中），例如，由于拖网捕鱼的影响，或者如果在风力涡轮机退役后释放碳，则碳的储存时间可能有限。保留一些封存碳的一种可能情况是部分退役，其中部分 OWF 结构仍然存在，但这些假设仍然需要通过经验进行检验。同样，其他调节服务也可能受到影响，少数研究表明 OWF 会影响沉积物输运和下游沉积物，减少极端风暴潮，甚至可能成为微塑料污染程度低的区域。然而，关于 海洋风电场OWF 如何影响各种受试者群体（例如，大型无脊椎动物;图4），关于它们修复许多废物的能力，如微塑料、过量的营养物质和污水、重金属以及许多新兴或持久性污染物的能力等研究仍然稀缺。

结论

尽管关于海洋风电场OWF对生物多样性影响的知识体系正在不断增加，但海洋风电场OWF对生态服务ES的后续影响仍然面临着限制知识差距和科学不确定性的政策。因此，继续需要建立和综合目前关于生物多样性和生态系统的知识，以支持决策，特别是随着海洋风电场OWF扩展到新的国家和海洋环境。对所审查文献中所有可用证据的总结表明，海洋风电场OWF对生物多样性和生态服务ES的负面影响总体上是普遍的（36%），但海洋风电场OWF的存在可能对现有的生物多样性和当地人类社区群体有益（28%）或没有影响（27%）。这一结果与最近关于该主题的其他系统综述一致，例如Galparsoro 等人（2022 年）他们还认为，海洋风电场OWF对海洋生物多样性组成部分的影响可能是负面的（占他们统计研究报告总量的72%）。本研究中发现的生物多样性影响在建设阶段（52%）对生态服务ES的影响通常是负面的，而在运营阶段（34%）则更具可变性和潜在益处，包括支持商业鱼类和贝类种群，为关键幼年物种提供新的栖息地，以及提供体验式娱乐区域。一个关键的发现是不同种群和物种对撞击的易感性不同。以前的研究报告了海洋风电场OWF对物种的高级分类群的一般影响，例如对鸟类、爬行动物或哺乳动物的影响，但这项工作表明了更大的细微差别，需要将影响置于种群或物种水平的背景下，以确定它们是否具有生物学意义，特别是在确定整体生态服务ES影响时。

总体而言，本研究发现，在全球发表的同行评审文献中，海洋风电场OWF影响、生物多样性主题组和生态服务ES之间存在196个数据差距或未知关系（103个在施工期间，94个在运营期间;总共86%的未知关系）。这项工作表明，需要对海洋风电场OWF能源转型对生物多样性和生态服务ES的影响进行更有针对性的评估，包括：（i）新兴市场和南半球国家，特别是那些未来海洋风电场OWF潜力很大的国家（如巴西、印度和澳大利亚）;（ii） 海洋风电场OWF和深水浮动构筑物的退役;（iii） 关于若干生物类群，包括：软骨鱼类（如鲨鱼、鳐鱼、鳐鱼和锯鳐）、海洋爬行动物（如海龟）、某些海洋哺乳动物类群（如鲸鱼、儒艮、海狮）和其他优先保护的底栖生境（如热带和冷水珊瑚）;及（iv）对建设阶段的生态服务ES影响，特别是对监管服务的影响。在许多情况下，尚不清楚生态变化，例如鱼类丰度和海洋哺乳动物行为将如何转化为生态服务ES的变化。

还可以提供关于海洋风电场OWF的建设和运行对生物多样性和ES影响的强度和持久性的更多证据，这些证据尚未得到充分研究，而且大多数同行评审的文献通常没有涉及这些证据。为了实施这种方法，需要更准确的数据，说明物种在年度周期中的空间分布和时间丰度，以及海洋风电场OWF周围鱼类、海洋哺乳动物和鸟类的迁徙路径，可能来自“直接”长期监测项目，也可能来自更“间接”的基于动态生态系统模型的方法。在这项研究中，许多受试者组（即生态学（以及随后的 ES）预测的信心为“差-中等”，这主要是由于可用于证据综合的研究数量有限，并且缺乏超出单个 海洋风电场OWF 量表的研究。随着海洋风电场OWF所占栖息地比例的增加，预计对受试者群体的累积影响也将变得越来越重要，但这些影响对生态服务ES的程度和形式目前高度不确定。一些国家正在制定海洋风电场OWF对海鸟影响的补偿框架和措施，例如英国和美国，并且随着海洋风电场OWF发展的累积效应变得更加严重，未来将变得越来越重要。

最后，虽然 海洋风电场OWF 开发商、政治家、生态学家和经济学家开始在实现“净零目标”、脱碳解决方案和生物碳抵消方面取得进展，本综述中只有四项研究在部署海洋风电场OWF的背景下考虑了碳封存和封存的全球重要性生态服务ES。同样明显的是，全球对生物多样性净收益BNG方法的转向范围更广。因此，例如ES影响矩阵图4可以设定一个基线，据此，新的海洋风电场OWF发展可以促进海洋生物多样性和生态服务ES净收益目标，可能采取减压措施来抵消任何负面的生态服务ES影响（例如，在海洋风电场OWF建设或开发期间减少打桩噪音），或利用部署海洋风电场OWF所涉及的更多机会的补偿措施（例如，开发牡蛎礁或通过禁止拖网捕鱼活动来恢复海床）。这些方法可能需要开发决策支持工具和模型，将海上可再生能源开发的环境和社会经济影响结合起来，现在已经有了这种评估方法的框架。如果实施得当，这些措施可以为可持续能源开发和增强海洋生物多样性带来双赢，包括环境和海洋生物多样性及其提供的惠益。

原文标题：The global impact of offshore wind farms on ecosystem services

原文网址：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0964569124000085

• 信息来源：海洋生物多样性微信公众号。
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