论文标题：Assessing, monitoring and mitigating the effects of offshore wind farms on biodiversity

论文译名：评估、监测和缓解海上风电场对生物多样性的影响

作者信息：Stephen C. L. Watson, Nicola J. Beaumont, Claire L. Szostek, Andrew Edwards-Jones, Betheney Wills, Gordon J. Watson

期刊信息：Nature Reviews Biodiversity

发表时间：2025年9月

DOI：10.1038/s44358-025-00074-5

Abstract

海上风电场（OWF）是全球向可再生能源转型的核心组成部分，但其发展也给海洋生物多样性带来了复杂的挑战。海上风电场的建设和运营通过噪声污染、栖息地改变、物理屏障以及潜在的缠绕风险，影响了包括鱼类、无脊椎动物、海鸟和海洋哺乳动物在内的一系列物种。反之，涡轮机结构也可作为人工鱼礁和鱼类庇护所，从而在局部增强生物多样性。该综述整合了目前关于海上风电场全生命周期（从建设到退役）影响的知识，重点阐述了直接和间接的生态效应，包括食物网的变化和渔业活动的转移。该研究讨论了评估、监测和缓解策略，并强调需要在数据共享、累积影响评估和长期生态监测方面采取更加协调的国际方法。鉴于不同国家或地区在治理、监管、数据收集和缓解策略上的差异导致了海上风电场生物多样性结果的多样性，该研究概述了改善区域和国际层面评估与监测的优先步骤，包括利用新兴技术、适应性管理、开发更复杂的模型和决策支持工具，以及建立区域定制的生态系统监测项目，以更好地理解海上风电能源开发对生物多样性的影响。

Introduction

海上风电场（OWF）作为清洁可再生能源的重要来源，在全球摆脱化石燃料的转型中发挥着举足轻重的作用。全球大型海上风电场的装机容量预计将从2023年的117吉瓦增长至2030年的至少320吉瓦，扩张涉及158个国家，其中欧洲、亚洲和美洲的增长潜力最大。与此同时，浮式风电技术的发展将使得风电场能够拓展至更深的水域。然而，随着OWF的快速扩张，监管机构、利益相关者和研究人员对其潜在海洋环境影响的担忧日益增加。OWF项目可能对海洋环境产生正面或负面影响，例如水下噪声升高、电磁场变化和物理屏障效应可能扰乱海洋生物，但其结构也可产生人工鱼礁效应，支持海洋生命。尽管在测量OWF对全球生物多样性的影响方面已取得实质性进展，但在分类学和地理学知识方面仍存在重大差距，累积压力的影响评估也存在相当大的不确定性。随着全球海洋保护协议的推进，海上风电行业正致力于使项目更加“自然向好”（nature-positive）。该研究总结了OWF对物种和生态系统的各类影响，讨论了固定式与浮式风电场以及全生命周期各阶段（建设、运营、退役）的差异，并提出了未来的评估、监测和缓解方向，旨在在加速OWF部署的同时增强生物多样性。

Results

 该研究通过系统梳理现有文献，发现海上风电场对海洋生物多样性的影响具有高度复杂性和双重性，既存在由于噪声、物理障碍导致的负面干扰，也存在由人工鱼礁效应带来的局部生物量增加等正面效应。

物种丰度、生物量和多样性的变化：在建设和运营阶段，涡轮机结构和尾流会改变局部流体动力学，影响营养分布和初级生产力。固定式涡轮机及其冲刷保护层可作为人工鱼礁，增加物种丰富度、生物量和多样性（如贻贝、螃蟹、龙虾），但这种积极影响的程度取决于设计材料、地理位置和自然种群的定殖能力。浮式风电场的系泊线和浮动结构也能吸引鱼类和头足类动物。此外，由于风电场区域通常限制捕鱼，这里可能成为鱼类的避难所，产生溢出效应补充周边种群。但也存在非本地物种甚至入侵物种定殖的风险。

物种行为的改变：水下噪声、物理屏障和电磁场是主要干扰源。打桩噪声对海洋哺乳动物（如港湾鼠海豚）和鱼类造成压力和行为干扰，尽管运营期的低频噪声影响较小。风电场作为物理屏障，可能迫使鸟类和蝙蝠改变迁徙路径，增加能量消耗，或导致其回避该区域造成栖息地丧失。海底电缆产生的电磁场可能影响某些鱼类和无脊椎动物的导航和觅食行为。

死亡率风险：建设期的船只碰撞对海洋哺乳动物和海龟构成威胁。运营期，旋转的涡轮机叶片增加了海鸟和蝙蝠的碰撞风险，特别是对于飞行高度在转子扫掠区域内的物种。对于浮式风电场，系泊缆绳和动态电缆可能增加大型海洋哺乳动物的缠绕风险，尤其是当海洋垃圾发生“二次缠绕”时。

食物网的改变：OWF通过改变捕食者-猎物关系和生态系统过程（如营养循环、垂直混合）影响食物网。人工鱼礁效应可能局部增强食物可获得性，但滤食性生物（如蓝贻贝）的大量繁殖可能降低区域初级生产力。大型风电场可能改变风应力和上升流，进而影响从浮游植物到高级消费者的整个营养动力学。

底栖栖息地的改变：地基安装和电缆铺设会导致海床栖息地的直接丧失或沉积物扰动，尽管相对于风电场总面积而言，地基造成的直接损失较小。除了物理破坏，防腐蚀系统释放的化学污染物也是潜在风险。退役阶段的移除活动可能再次扰动沉积物或导致依附生物群落的丧失。

渔业转移的间接影响：风电场内的禁渔区可能产生事实上的海洋保护区效应，增加某些物种的生物量。然而，渔业活动的转移可能导致捕捞努力量在风电场周边区域集中，从而对这些区域的鱼类种群和底栖生境造成更大的压力。

图1：全球不同开发阶段的海上风电项目空间分布

该图展示了不同发展阶段的海上风电场（OWF）项目的全球分布情况。“已宣布（Announced）”项目（深蓝色）指已公开报道但尚未获得许可或寻求土地、材料或融资的项目。“施工前（Pre-construction）”项目（红色）指正在积极寻求政府批准、土地权、融资并进行环境和/或社会影响评估的项目。“在建（Construction）”项目（黄色）指已开始安装设备的项目。“运营中（Operating）”项目（青色）指已实现商业运营的项目。“已退役（Decommissioned）”项目（橙色）指已被拆除的项目。插图显示了按安装类型（吉瓦）和地区划分的OWF容量。

图2：海上风电场影响物种和海洋生态系统的六种方式

(1) 随着涡轮机创造人工鱼礁栖息地，某些类群（如底栖无脊椎动物和鱼类）的丰度、生物量和多样性可能增加。(2) 涡轮机引起物种行为的多种变化：噪声污染可能驱离海洋哺乳动物等物种（2a）；物理屏障导致鸟类避开海上风电场（OWF）区域（2b）；电磁场可能改变行为（2c）。(3) 死亡率通过与涡轮机碰撞（3a）、与施工船只碰撞（3b）或被浮动设施的缆绳缠绕（3c）发生。(4) 人工鱼礁效应（如图(1)所示）和增强的垂直混合可能导致食物网改变，例如吸引鱼类进入OWF区域。(5) OWF的建设和（潜在的）退役可能损害沿海区域（通过高压直流（HVDC）电缆的安装和移除）（5a）以及固定式涡轮机底部海床（5b）的底栖栖息地。(6) 建设期间禁止延绳钓渔业进入OWF区域，运营期间禁止底拖网捕捞；这种渔业活动的转移可能对当地和区域鱼类群落产生一系列潜在的间接影响。

图3：碰撞风险和噪声干扰的评估、缓解与监测

碰撞风险（黄色）和噪声干扰（橙色）是海上风电场（OWF）的两个主要负面影响，在施工前阶段进行评估，并在施工、运营和退役阶段进行监测和/或缓解。a. 施工前（8年）：项目获得许可需要进行施工前生态调查以建立基线（包括该区域的物种丰度、分布和栖息地使用情况）、影响评估、利益相关者咨询和其他技术报告。关键文件包括环境和社会影响评估（ESIA）、累积影响评估（CIA）等。b. 施工期（3年）：噪声干扰可以通过避开敏感时期（如海洋哺乳动物繁殖、产犊或迁徙季节，此时物种对声学影响最脆弱）来缓解（1）；实施噪声阈值限制（2）；以及使用气泡幕（在噪声源周围释放一圈压缩空气气泡，形成减少水下声音传播的声学屏障）来降低噪声（3）。潜在的碰撞风险可以通过避开在敏感区域（如迁徙通道）和敏感时期（如繁殖季节）施工来缓解（1）。c. 运营期（30年）：可以通过在迁徙高峰期暂停运营（1）；使用闪烁灯而非稳定白光以减少鸟类吸引（2）；以及实施船只限速（3）来缓解碰撞风险。通过安装较矮的涡轮机（4）和将一个涡轮叶片涂成黑色以减少视觉模糊（5）也是缓解措施。运营阶段监测海洋哺乳动物的存在，但不存在针对性的缓解措施。d. 退役期（2年）：有时需要更新评估（ESIA或EIA）。退役期间的噪声缓解措施包括分贝限制（1），但不包括气泡幕。退役方式包括完全拆除和部分拆除。

表1：生物多样性影响现有证据的地理和分类学空白

该表列出了主要分类群（鸟类和蝙蝠、鱼类、海洋哺乳动物、底栖无脊椎动物和栖息地、浮游植物和浮游动物）在美洲、亚洲和欧洲区域的研究情况。对于每个分类群和地区，表格列出了发现海上风电场（OWF）对生物多样性有正面、负面或无影响的参考文献示例。表中显示关于浮游生物的研究极少，且美洲和亚洲的数据相对于欧洲更为匮乏。

表2：跨项目阶段的固定式和浮式海上风电场传统与创新生物多样性监测方法总结

该表总结了多种监测方法（如船基调查、航空调查、潜水员调查、水下视频、被动声学监测、主动声学/回声测深仪、抓斗/拖网采样、光诱捕集器、卫星遥感、遥测、碰撞风险模型结合传感器、自主水下航行器AUV、自主水面航行器ASV、无人机UAV调查、人工智能AI和机器学习、数字孪生），并列出了它们适用的阶段（建设C、运营O、退役D）、优缺点及实施案例。

Implications

    该研究表明，海上风电场对海洋环境具有双重影响，既能通过人工鱼礁效应增强栖息地，也会引入对物种有害的干扰。这种双重性强调了采取细致的、基于证据的方法的重要性，以确保海上风电场的选址既能满足气候目标，又能保护海洋生物多样性。研究指出，目前大部分关于生物多样性影响的理解来自间接观察、模型或机会性观察，缺乏系统的长期现场数据，导致难以做出自信的归纳或为政策决策提供充分依据。特别是对于浮式风电场和退役阶段的影响，目前存在巨大的知识空白。

为了改善对环境影响的预测、管理和缓解，该研究提出以下建议：

加强国际协调与数据共享：建立全球或区域性的海上风电生物多样性效应数据库，共享ESIA、EIA和监测数据，以支持更稳健的模型和决策支持工具。

实施区域生态系统监测项目（REMP）：建议政府、科学机构和开发商合作，实施针对当地生态敏感性的区域监测计划。这些计划应嵌入国家监管框架，覆盖OWF全生命周期，并关注难以识别的间接或次级影响（如水质变化、流体动力学改变）。

标准化监测指标：建立共享的指导原则框架，定义核心生物多样性指标、标准化数据格式和最低监测间隔，以支持一致和可比的环境评估。

采用新兴技术：投资创新的监测工具（如环境DNA、数字孪生模拟、无人载具、AI识别），以获取高分辨率、实时的生物多样性数据，补充传统方法。

关注累积影响：不再局限于单一项目的评估，而是通过标准化的区域框架进行累积影响评估（CIA），结合动态建模工具和基于生态系统的管理原则。

方法总结

该研究采用综述（Review）的方法，综合了截至2025年的全球文献证据，以评估海上风电场对生物多样性的影响。研究者并未进行新的实地实验，而是系统性地回顾和分析了现有的实证研究和模型研究。

文献筛选与分类：研究涵盖了固定式和浮式海上风电场，以及建设、运营和退役各个阶段。研究者按照主要的分类群（鸟类、蝙蝠、鱼类、海洋哺乳动物、底栖生物等）和地理区域（欧洲、亚洲、美洲等）对文献证据进行了分类整理，并识别了数据空白（如表1所示）。

评估方法分析：该研究分析了当前用于评估生物多样性影响的方法学质量（如Box 1所述）。研究指出，目前最常用的设计是“前后对照影响”（BACI）设计（占35%）和“对照影响”设计（占12%），这些被认为是最稳健的方法。然而，仍有相当比例的研究缺乏合适的对照组（31%）或仅进行“事后”研究，这限制了归因分析的可靠性。

综合合成：研究者将收集到的证据合成为六大类主要影响机制（如图2所示），并对比了不同生命周期阶段和不同风电技术（固定式与浮式）下的影响差异。

监测与缓解策略评估：该研究还审查了现有的缓解层级（避免、最小化、恢复、抵消）的应用情况，并总结了传统与新兴的监测技术（如表2所示），评估了其在不同项目阶段的适用性和优缺点。