远洋深海为什么极端贫瘠，如何恢复海洋的生机？
一、 远洋深海为什么极端贫瘠？
“贫瘠”在海洋生物学中的含义是指营养物质的缺乏，尤其是那些支撑浮游植物（海洋食物网的基础）生长的营养盐，如氮、磷、铁等。远洋深海的贫瘠主要由以下几个关键因素造成：
1. 缺乏光照（深度超过光合作用补偿点）：
光合作用的基石： 海洋中的大部分生产力都依赖于浮游植物的光合作用。浮游植物是海洋食物链的生产者，它们利用太阳能将无机碳转化为有机物。
光穿透的限制： 太阳光只能穿透海洋的表层水，通常在200米以内（称为真光层或透光层）。超过这个深度，光线迅速减弱，最终完全消失。
深海的黑暗： 远洋深海（通常指超过1000米深度）完全处于黑暗之中，无法进行光合作用。这意味着这里没有原生的生产者来直接利用太阳能。
2. 营养盐的稀缺（缺乏向上输送）：
陆地输入的有限性： 大多数营养盐（如硝酸盐、磷酸盐）最初来源于陆地，通过河流、风或径流进入海洋。然而，距离海岸线遥远的远洋深海，受到的陆地营养物质输入非常有限。
表层水营养耗竭： 在阳光充足的表层水，浮游植物快速生长，大量消耗水中的营养盐。当浮游植物死亡并沉降时，它们将这些宝贵的营养物质带到了深海，从而使表层水变得“贫瘠”。
垂直混合不足： 海洋的温盐环流和风力驱动的混合主要发生在表层。深海中的营养盐主要来自于死亡生物沉降下来的有机物分解产生的无机营养盐（“海洋雪”）。然而，这个过程效率不高，且容易受到生物消耗的影响。深层海水的营养盐要向上输送非常困难，需要缓慢而漫长的过程，例如在一些特殊的上升流区域。
“死亡陷阱”： 海洋中的营养物质大部分被困在死亡生物的沉降过程中。一旦有机物沉入深海，其携带的营养物质很难再回到光合作用最活跃的表层。
3. 溶解氧的差异（表层富集，深海相对稳定）：
表层富氧： 表层水通过与大气交换以及浮游植物的光合作用，通常富含溶解氧。
深层耗氧： 随着有机物在深海的分解，细菌会消耗溶解氧。然而，由于深海的生产力极低，消耗氧气的生物量也相对较少，所以深海的溶解氧水平相对稳定，但也不是营养富集的标志。真正的问题是营养的缺失。
4. 低生物量与缓慢的生物过程：
食物链的起点缺失： 由于缺乏光照和营养盐，浮游植物的数量极少，无法支撑起庞大的初级生产力。
食物链的稀疏： 缺乏足够的生产者，就意味着食物来源稀少。因此，生活在深海的生物数量相对较少，而且通常体型较大、生长缓慢、繁殖频率低，以适应食物匮乏和高压低氧的环境。这些生物的生存策略使得深海的整体生物过程非常缓慢。
5. 极端环境：
高压： 深海承受着巨大的静水压力，这对生物的生理结构和生化过程提出了极高的要求。
低温： 大多数深海水的温度接近冰点，这降低了生物的新陈代谢速率。
食物稀缺： 如前所述，这是最主要的限制因素。
总结来说，远洋深海的贫瘠是由于其远离陆地营养输入，并且表层水生产力低下导致向下的营养物质输送不足，加上黑暗环境阻碍了原生的光合作用生产力，最终形成了一个缺乏食物来源的生态系统。
二、 如何恢复海洋的生机？
“恢复海洋的生机”是一个宏大而复杂的目标，需要多方面的努力。这里的“生机”可以理解为提高海洋的生产力，特别是表层水的生产力，并维持健康的生态系统平衡。恢复的重点往往在于解决人类活动造成的负面影响，并促进海洋自身健康的修复机制。
以下是一些关键的恢复策略，可以从多个层面展开：
A. 减少人为压力，为海洋自然恢复创造条件：
1. 减少海洋污染：
塑料污染： 减少塑料生产和使用，改进垃圾处理和回收系统，阻止塑料进入海洋。塑料会物理性伤害海洋生物，释放有毒化学物质，并分解成微塑料，进入食物链。
化学污染： 严格控制陆源污染（工业废水、农药化肥），减少石油泄漏和船舶排放的油污、化学品，防止重金属、持久性有机污染物等进入海洋。
富营养化（区域性）： 尽管远洋深海贫瘠，但沿海和某些海域可能因过量营养盐（来自农业和污水）导致藻类过度繁殖，消耗氧气，形成“死亡区”。控制化肥和污水排放是关键。
2. 应对气候变化（减缓全球变暖）：
减少温室气体排放： 这是最根本也是最关键的措施。全球变暖导致海洋酸化、海水升温、溶解氧减少、海平面上升，这些都会对海洋生态系统造成毁灭性打击，降低其生机。
海洋酸化： 工业排放的二氧化碳被海洋吸收后会产生碳酸，降低海水pH值。这对有钙质外壳的生物（如珊瑚、贝类、浮游生物）是致命的，直接影响食物链的基础。
3. 可持续的渔业管理：
防止过度捕捞： 过度捕捞会摧毁鱼类种群，扰乱食物链的平衡，减少生物多样性。需要实施科学的捕捞配额、禁渔期、禁渔区，以及更环保的捕捞方式。
保护幼鱼和繁殖种群： 确保有足够的个体能够繁殖，为未来的种群数量奠定基础。
减少破坏性捕捞方法： 如底拖网会破坏海底栖息地，需要逐步淘汰。
4. 保护和恢复海洋栖息地：
珊瑚礁保护： 珊瑚礁是海洋生物多样性的热点，它们受气候变化和污染威胁严重。需要建立保护区，减少直接破坏，研究和推广珊瑚的抗逆性。
红树林和海草床恢复： 这些沿海生态系统是重要的育幼场和碳汇，可以为海洋提供生机。退化的栖息地需要进行人工恢复和保护。
保护深海栖息地： 例如深海热液喷口、冷泉以及海底山脉，这些是独特而脆弱的生态系统，不应因人类活动（如深海采矿）而受到破坏。
B. 促进海洋自身生机和恢复力：
1. 增加营养物质输入（谨慎且针对性）：
恢复上升流（自然或人为辅助）： 在某些长期贫瘠的海域，如果能通过科学手段（例如，通过研究深层水域的自然循环模式，在特定区域辅助性地开启某些深层水团的上涌）适度增加深层富含营养的海水进入表层，可能可以提高初级生产力。但这是一个极其复杂且可能带来负面影响的领域，需要极谨慎的研究和实施，否则可能导致局部生态失衡或富营养化。
恢复健康的海湾和河口生态系统： 这些区域是连接陆地和海洋的桥梁，健康的河口能更好地输送和转化营养物质，支持海洋初级生产力。
2. 培育和增殖关键物种（在特定情况下）：
养殖和放流有益物种： 例如，在某些区域，人工繁育和释放具有重要生态作用的滤食性生物（如贝类），可以帮助净化水质，调节营养物质。
恢复关键捕食者： 保持健康的捕食者种群有助于控制猎物种群，维持生态系统的稳定性。
3. 生物修复技术：
利用微生物： 研究和利用能够降解污染物（如石油）的微生物群落，可以帮助清理被污染的海域。
人工造礁与生态位构建： 在一些裸露的海床上，通过放置人工结构（如仿生礁石），可以为海洋生物提供栖息地和附着点，吸引生物聚集，从而提高局部区域的生物多样性和生产力。
4. 监测和科学研究：
持续的海洋监测： 了解海洋生态系统的健康状况、营养物循环、生物多样性变化，是采取有效恢复措施的前提。
深入研究海洋生态学： 理解不同海洋区域（包括深海）的生态过程、营养物质的输送机制以及生物对环境变化的响应，是制定科学恢复策略的基础。特别是对深海生物的生境需求和恢复机制的研究，能够指导我们如何在保护的前提下，尝试一些辅助恢复的策略。
C. 公众参与和政策支持：
1. 提高公众意识： 让更多人了解海洋的重要性、面临的威胁以及如何贡献力量。
2. 国际合作： 海洋是相连的，许多问题需要全球性的合作来解决，例如气候变化和跨界污染。
3. 强有力的政策法规： 政府需要制定和执行严格的环境法规，支持海洋保护和恢复项目。
关于恢复远洋深海的生机：
需要强调的是，“恢复远洋深海的生机”与恢复沿海或近海区域的生机在策略上有所不同。由于深海的极端环境和其缓慢的生态过程，直接“恢复”其生机（即提高其生产力）是极其困难的，并且可能不符合其本身的自然状态。
“恢复”深海生机的重点更多在于“保护”： 保护深海免受人类活动的破坏（如深海采矿、污染、过度捕捞），让其能够按照自身规律运作，维持其独特的生态系统。
间接恢复： 恢复海洋的整体生机，首先需要从恢复其最基础的“引擎”——表层海域的生产力开始。健康的表层海洋通过“海洋雪”将能量和营养物质向下输送，这是深海生物生存的唯一能量来源。因此，保护和恢复表层海洋的健康，自然也会间接地支持深海生态系统的存续。
研究与理解： 我们需要对深海生态系统进行更深入的研究，了解其脆弱性、其固有的生产力水平以及它们与其他海洋区域的联系。基于科学的理解，才能制定恰当的保护和可能的“维系”策略，而不是试图将其改造成一个不属于它的“生机勃勃”的景象。
总而言之，恢复海洋的生机是一项长期而艰巨的任务，它要求我们从源头解决问题——减少人类活动对海洋的负面影响，并通过科学研究和国际合作，为海洋自身提供恢复和繁荣的空间。这不仅关乎海洋的未来，也关乎人类自身的福祉。
网友意见
贫瘠的海洋
我们一般认为，海洋非常富饶，充满了从浮游生物，到珊瑚虫，海龟，鲨鱼，鲸鱼那样的各种生命。但是，海洋只有很少的地方是富饶的。大部分的海洋，比陆地上的沙漠还要贫瘠，几乎没有生物。
图二是卫星评估的海洋中叶绿素a和陆地等效植物密度图。我们只看海洋。海洋的颜色从紫色（最低，0.01）到红色（最高，60）代表了叶绿素a的浓度（毫克每立方米），也代表了自养生物的密度，初级生产能力，和生物多样性。
可以看到，绝大部分的海洋（北极部分因为投影的原因，面积不真实）叶绿素a的浓度在0.1毫克每立方米以下，只有河流入海口的几百分之一到几千分之一。在广阔的热带和温带区域，只有河流入海口，部分海岛周边，以及洋流上涌区域，初级生产能力比较强，从而有较多的生物。
表一，部分生态环境的初级生产量和生物质密度
从表一可以看出，海洋的初级生产能力可以超过热带雨林，珊瑚礁和海藻生长区的固碳能力是所有自然生态区中最高的，达到2500克每平米每年，但广阔的大洋基本上是最低的，跟沙漠差不多。而生物质存量，海洋比同样生产能力的陆地小很多，大洋(open ocean)是最低的，甚至不到沙漠的二十分之一。
海洋贫瘠的原因
大洋主要处于热带和温带，同样纬度的陆地，除了沙漠都是生产力很高的森林或草地。大洋的水和阳光都充足，温度适宜，为什么会极端贫瘠呢？
固然，生命离不开水，也离不开阳光和适宜的温度，但是也同样离不开一些关键的营养元素，如氮、磷、钾、铁、钙、硫，等。海水中有众多基本元素，但磷和铁因为需求量大，海水中浓度不高，容易缺乏。
由于大洋表层的物理条件特别适合各种生命，因此生命，主要是浮游植物会快速发展，直到穷尽水中的某一关键营养元素。在陆地上，限制因素更多的是水和温度，营养元素虽然可能不足，但是地表水流动，灰尘等，足以保证所有营养元素得到一定的供给。但海洋广阔无边，均质化，分层，上下层一般不流动交换，雨水也是特别干净的蒸馏水，表层营养元素一旦耗尽，无法补充。陆地上，因为生态平衡，营养元素最后又回归土壤，再被利用，因此可以积累，循环利用。而海洋的生物同样会死亡，或者排泄，排泄物或尸体的很大一部分会直接沉积到海底，直接将营养元素带走，表层海水就更缺乏，以至于无法维持最基本的浮游植物生存，因而成为水中荒漠。
表一从可以看到，洋流上涌区要富饶得多，因为上涌的洋流将海底或深部的营养元素带到海洋表面，虽然这些海水更冷，不利于浮游植物，但仍然比物理条件更好的大洋能供养更多的生命。河流入海口特别富饶，是来自河流的营养补给。而浅海（海藻生长区，珊瑚礁）特别富饶，是因为海水不深，营养不会流失离开生态循环。
沙漠和大洋是生态无法持续的两个极端，一个缺水，一个缺营养元素。
在下图可以对比一下南海和黄海。南海的气候要比黄海好很多，但是远比黄海贫瘠。因为南海是深海，表层关键营养元素极度缺乏，而黄海是浅海。阿拉伯半岛两边的海湾和红海也是同样的差别。海湾是浅海，动植物丰富，而红海是深海，鱼虾稀少。
巨大的潜力
除某一两种关键营养元素之外，大洋的生态潜力巨大。一般海洋中只缺铁和磷两种元素，铁可以从灰尘和火山灰中得到补充。火山灰的元素比较全，所以一旦有火山爆发，一般都会引起周边海域生命大爆发。例如2008年阿拉斯加阿留申群岛的一次火山爆发，在营养缺乏的东北太平洋撒下了大量火山灰，导致两年后阿拉斯加湾一条河里的洄游红大马哈鱼数量猛增20倍。国外有一些机构和企业做过海洋补铁的实验，取得了很好的效果。
表一中可以看出，珊瑚礁的初级生产能力是大洋的20倍，生物质保有量是近1000倍。珊瑚礁的生产能力也超过了热带雨林，是农田的四倍。大洋表面，如果营养物质充足，完全可以达到珊瑚礁的初级生产能力。在淡水养殖区（有季节因素），产量大致是每平方公里500吨鱼产量，海水养殖产量更高，但是考虑到有很多甲壳类动物，我们可以简单算成每平方公里500吨鱼的可持续捕捞量。考虑到深海表层深度超过浅海，在营养充足的条件下，实际初级生长量应该能维持更大的捕捞量，为了方便估算，我们就取这个数字。
地球上的大洋面积是3.6亿平方公里，如果我们开发2%的深海，即720万平方公里，那么可以获得36亿吨鱼，已经超过目前世界上粮食加肉食的产量总和。
作为比较，陆地面积超过三分之一已经被我们开发为农田或牧场。其中牧场的面积是4000万平方公里，但只提供了3.2亿吨肉食。单位产量的差别来自于牧场的初级生长量低，牛羊的饲料转化率低，统计肉产量的时候除掉了下水，等。
对于中国来说，南海的面积有350万平方公里，如果开发10万平方公里，可以获得5000万吨鱼，大致相当于目前一年的水产养殖产量。
开发方式
大洋表层几十米的海水生产潜力巨大。缺失的最重要两种元素是铁和磷，它们就在海底，距离只有几公里。如果直接把海底沉积的营养元素抽上来，荒漠立即变成森林。浮游生物由于体型小，繁殖快，生长速度远大于陆地植物，如果由浮游动物，小型鱼类，大型鱼类构成的生态链完整，海洋丛林的生长速度也远大于陆地森林。但由于食物链较长，消耗较大，生物质存量仍将明显低于陆地森林。对于经济养殖，可以缩短食物链。
海洋浮游植物离不开几种关键的营养元素，但是总的需求量却很少。构成生物的主要元素仍然是碳氢氧氮等基本元素，如果追求很高的产量，还需要补氮，但海洋养殖应该以低成本和生态恢复为目标，暂时不需要追求高产量。这样，只需要补充很少量的铁和磷，也就是，从海底抽上来少量的浑水就可以达到很好的效果。
与改造沙漠动辄几百几千公里的运河，隧道，以及引水量相比，将海底的少量浑水抽到海面的成本非常低。由于是在水中抽水，消耗的能量并不是每一吨水从海底提升到海面的能量，而是将较冷较重的海水扣除穿过的海水浮力之后消耗的能量，对于两千米深的海洋，和25摄氏度的底表温差（只需要计算表层深度的温差），抽上来一吨水的能量大致相当于净提升五米。而这一吨浑水可以为1万立方米表层海水提供两天浮游植物生长需要的铁和磷。如果每秒抽100升水，需要的功率是5千瓦，可以再加5千瓦把水喷洒到海面（喷水的方向可以用来控制泵站的运动和定位），那么两天时间可以抽1.7万立方米海底浑水，可以为1.7亿立方米的海表水提供营养，海表有效光合作用深度大约是50米，1.7亿立方米大约等于300万平方米乘以50米深度，也就是3平方公里。
一个泵站，10千瓦左右的功率仅需要不到100平米的太阳能板，考虑到昼夜因素，一千平米（200千瓦铭牌功率）足够维持一个覆盖10平方公里的泵站。量产之后，这样的一个泵站成本不到1000万元人民币。如果覆盖十万平方公里，就是不到1000亿人民币。按照我们上面的估算，如果每年产出5000万吨海产品，价值一万亿人民币以上。
如果考虑生态效益，低强度捕捞，总的经济效益仍然极为可观，而海洋荒漠转变为海洋丛林的生态效益也无法估量。
更多的考虑
l 作为食品蛋白质来源，海产品比猪牛羊肉之类的红肉更健康，浪费更少。
l 鱼类是冷血动物，能量转化率高。
l 抽海底的浑水射向天空，与火山灰的效果相同。
l 为了保护环境和尽量维持原有生态，最好不要补充外来营养，而是直接从海底抽取。
l 海洋泵站整体的效应是增加了光合作用，把溶解于海洋的无机碳固化为生物质，有机碳，从而降低大气中二氧化碳的含量。人类自工业革命以来额外排放到生物圈中的二氧化碳原则上可以通过这种方式变成有机碳，从而增加生物圈总量，逆转人类造成的生命大灭绝。
l 逆转海洋酸化。海洋酸化已经是一个很大的问题。光合作用增加消耗海洋中溶解的二氧化碳，从而逆转这一过程。
l 逆转海洋固碳能力下降问题。有研究表明，大规模商业捕捞以来，海洋浮游植物量已经下降了约40%，这比陆地上的森林减少40%还要严重，因为浮游生物制造的氧气远远超过世界上所有森林制造的氧气。
l 恢复野生鱼类种群。改造海洋的生产潜力远大于野生种群的更新能力，我们完全可以不影响地球整体海洋生态的条件下，利用少量贫瘠的热带深海，获得更多的海产品，从而完全放弃捕捞野生海洋鱼类。
l 二甲硫醚（DMS）效应。二甲硫醚是海洋浮游植物产生的，是海腥味的来源。它被排放到大气中，会成为蒸汽的凝结核，它的浓度增加，会使云量增加，增大阳光的反射量，导致地球温度下降，缓解全球变暖。
l 可控。每种大型的，对生态或气候产生影响的工程，都可能存在风险。海洋泵站改造的是极端贫瘠的深海，但是也可能出现不良的效果。泵站是主动可控的工程，抽水方式，抽水浓度，抽水时间都可以控制，如果出现不良效应，最坏的结果是停止实验，马上会回到原来的状态。
l 地球历史上，例如中生代，生物圈中的生物总量大得多，正是生物过程和地球地质条件的变化，导致大量在生物圈循环的碳被固化为煤炭，石油，石灰石等，脱离了生物圈，导致生物圈总量减少，物种灭绝。工业化把很多固化的碳重新释放到生物圈中，如果让他们回到生物圈循环，那么最终效果是生物圈总量的增加，可以生存的人口增加，和生物圈的更多样化。
l 如果大规模海洋生态改造成功，大量陆地农场牧场可以回归自然，从而同时在陆地和海洋逆转物种大规模灭绝的趋势。
l 关于南海的考虑。从地质构成上看，南海相对封闭，与全球洋流交换很少。如果出现不良的效应，影响范围有限。南海主要是深海，但是平均深度并不大，在两千米左右，只有平均海洋深度的一半，小的深度可以降低泵站成本。目前中国在南海开发投入很大，但是没有经济效益。改造南海生态有很大的经济效益，对周边各国都有好处。
另外对下一条回答回复如下：
感谢回答和补充。
1、关于珊瑚礁的初级生产力问题。珊瑚礁的初级生产能力代表的是生产潜力，不是指珊瑚礁的净产量。珊瑚礁食物链复杂，消耗大，因而净产量低，但是人工控制的生长环境中可以调整生物链，而且因为垂直生存空间远比珊瑚礁大，大量冷水深海鱼类（同样依赖上面真光层的初级生产能力），如带鱼，鱿鱼等，也可以养殖，所以生产潜力是有说服力的。浮游植物，浮游动物，虾就可以成为完整的食物链，虾可以作为最终产品，或者其它鱼类的饵料。人工控制的环境可以投放选定的高效食物链。
2、产量问题。因为没有直接的数据（没有人做过），所以拿养殖数据来参考。但是我用的养殖数据已经打了折扣，现代养殖场的养殖能力还要高。当然大部分养殖是有外来营养供应的。一般的养殖深度只有一两米，和珊瑚礁差不多，但是深海的潜在植物或浮游植物生长深度是50米，下面还有很大的深海鱼类生存空间，所以很难说产量究竟是多少。一平方公里500吨相当于每亩330公斤，并不是很大的产量。水产养殖每亩上千公斤很平常，甚至上万公斤的都有。
3、表中净初级生产量和总初级生产量问题。原文就是净初级生产量（NPP）。
4、原生种群问题。深海养殖的根据就是深海太贫瘠，原生种群极度不发达，有没有原生种群都是一个问题。在总供应量增加非常多的情况下，原生种群会受到什么影响的确需要做了以后才知道，但是我们利用的深海面积占比非常小，因此这不应该成为一个问题。
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先整体表达个人的想法：生存不是与生俱来的权利，是幸运的概率。
支持另外一位答主说的人类别瞎折腾海洋的平衡。
绝大部分海洋，光照、温度、水等条件都很优越，但是初级生产能力（光合作用能力）连陆地的沙漠都不如，为什么会这样？
－－－－连沙漠都不如，是怎么比较出来的？如果只谈光合作用，因为水分子吸收得比空气分子多啊。一个大气压大约等于十米水柱，也就意味着超过十米深的水，其中的生物获取阳光的能量就小于大陆区域。
而古代的海洋生命曾经丰富得多，如何恢复海洋的生机？
－－－－古代是多古？百年，千年，万年，亿年？要恢复，先问问目前地球上七十多亿的人们愿不愿意降到十亿先，五十亿也可以试试。
远洋深海为什么极端贫瘠，如何恢复海洋的生机？
－－－－深海为何不应该贫瘠呢？没有高效的能量流动，就不可能有勃勃的生机，比如在水里先烧把火先？
把海洋看做大气层，看看大气层中的生物主要在哪里生活，就人类来说也就海拔2400米以下比较适合大规模生活。
人类对海洋的索取目前是从金字塔底层到顶端一锅端，要回复生机，得在每个层级度让出相应的能量。想来得有两个必要技术才能实现：
高效的能源获取手段，至少也得是核聚变这个层级；
蛋白质仿生合成，而且效率还不能比大自然差太多；
所以古语头疼不能只医头，还得看看脚是否有问题。
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