《Marine Environmental Research》：Electromagnetic Fields from Submarine Power Cables: A 35 Year Synthesis of Effects on Aquatic Biota
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电磁场与水下生物互作研究：系统综述显示66%的实验室及现场研究证实海底电缆电磁场（EMFs）对水生生物存在显著行为和生理影响，早期发育阶段及鱼类/甲壳类等磁感受性物种敏感性最高，暴露强度低至<250 μT即可引发效应，但方法学差异导致结果可比性不足。建议未来研究加强标准化暴露参数、性别与生命阶段变量纳入，并推进实验室到现场的证据验证。
伊丽莎白·詹姆斯（Elizabeth JAMES）| 莫杰塔巴·戈德西（Mojtaba GHODSI）| 亚历克斯·T·福特（Alex T. FORD）
英国朴茨茅斯大学环境与生命科学学院海洋科学研究所
摘要
与海上可再生能源开发相关的海底电力电缆（SPCs）会释放电磁场（EMFs），这些电磁场可能影响水生生物。尽管相关研究有所增加，但迄今为止仍缺乏对不同物种、生命阶段及生物背景下的影响进行全面、系统性的综合分析。遵循PRISMA 2020指南（PROSPERO ID: 1138188），我们系统地回顾了1990年至2024年间发表的同行评审文献和灰色文献。在筛选的1,637篇文献中，有67篇符合条件的实地和实验室研究被纳入分析。66%的研究报告了生物对电磁场暴露的显著行为和生理反应，其中早期生命阶段（胚胎、幼体）以及具有磁敏感性的物种（尤其是鱼类和甲壳类动物）受影响最为明显。即使在环境相关的强度下（<250 μT），这些效应依然存在。实验室实验比实地研究更频繁地检测到效应，但实地研究数量较少、持续时间较短且方法存在异质性。敏感性热图显示发育阶段和淡水物种特别敏感，不同物种之间存在显著差异。海底电力电缆产生的电磁场可以在水生生物中引发具有生态意义的反应，尤其是在敏感的发育阶段和具有磁响应性的物种中。新证据进一步表明，性别特定的反应是电磁场敏感性中的一个重要但此前未被充分认识的维度。然而，关于长期影响、种群影响以及生态系统层面的影响仍存在重大不确定性。未来的研究应优先考虑标准化暴露特征和报告方法，常规纳入性别和生命阶段作为生物变量，并协调实验室与实地验证工作。将电磁场因素纳入海洋空间规划、环境监管和生物多样性保护框架中，对于支持海上可再生能源基础设施的生态风险评估和管理至关重要。
引言
向绿色能源的转型主要是由全球对更清洁、可再生电力来源的需求增加所推动的，这对海洋生态系统带来了重大环境挑战（Degraer等人，2020年；Isaksson等人，2023年）。随着各国努力实现气候目标，海上风电场（OWFs）和岛屿间互联互通迅速扩张，随之而来的是海底电力电缆（SPCs）的安装数量也显著增加（Gandini等人，2024年）。海底电力电缆对于传输来自海洋可再生能源设备（MREDs）的电力以及国际电力互联至关重要，从而支持能源系统的脱碳。然而，尽管海底电力电缆具有明显的可持续性优势，它们也会通过释放电磁场（EMFs）对水生生态系统造成人为污染，而这些电磁场作为压力因素在环境评估和海洋生物多样性保护框架中尚未得到充分整合。
海底电力电缆同时产生电场（E-fields）和磁场（B-fields），在导电的海水中这些场可能会诱导出次级电磁场（Cada等人，2011年；Hutchison等人，2020年）。这些电磁场的特性取决于电缆类型、运行负荷和配置。常用于阵列间连接的交流电（AC）电缆产生的电场和磁场频率较低，范围在0.04–18 μT之间（Cada等人，2011年；Hermans等人，2024年；Hutchison等人，2020年）。用于长距离输电的直流电（DC）电缆产生的静态场通常在50至275 μT之间，高负荷时峰值可达到3200 μT（Cada等人，2011年；Hutchison等人，2020年；Kavet、Wyman和Klimley，2016年；Scott等人，2021年；Woodruff等人，2013年，图1）。一些较旧的单极系统和实验装置记录的场强更高，在极端情况下可达到几毫特斯拉（Albert等人，2020年；Taormina等人，2018年）。虽然埋设可以改变电磁场在水环境中的分布，但不会减弱其强度，因为电磁场的传播遵循Biot-Savart定律，除非基底中含有导电材料（Bochert和Zettler，2004年，2006年）。这些物理差异具有生态重要性：某些物种能检测到磁场，有些能检测到电场，还有一些物种可能对两者都有反应（White等人，2017年）。
电磁场的影响在环境影响评估（EIAs）和许可过程中已被考虑；然而，不同地区的处理方式不一致，且范围往往有限（Hutchison等人，2020年；Scott等人，2021年）。电磁场特征化和生物测试的方法标准并未统一应用，这限制了研究之间的可比性，并阻碍了其融入风险评估。此外，随着海上风电场的全球扩张以及电缆路径越来越多地穿过生产性沿海水域和某些生物多样性热点区域（Hermans等人，2024年；Hutchison等人，2020年；Preziosi等人，2024年），各种物种和生命阶段的暴露风险在生态上变得越来越重要。
现有的科学证据涵盖了使用磁线圈的实验室实验、在运行中的电缆周围进行的原位监测以及针对特定物种的暴露试验（Andrulewicz、Napierska和Otremba，2003年；Kuhnz等人，2008年；Sherwood等人，2016年）。尽管方法上的不一致性降低了研究间的可比性，但这些研究仍为可能的相互作用模式提供了累积性见解，并突出了值得关注的物种（Albert等人，2020年；Hutchison等人，2021年）。重要的是，许多实验室实验使用的暴露强度超过了现代双极直流或三相交流系统产生的强度，这引发了关于生态现实性的疑问（Bochert和Zettler，2004年；Taormina等人，2018年）。因此，区分对磁场与电场的反应，以及交流电与直流电暴露的反应，对于解释生物学结果和制定海洋管理和保护策略至关重要。
先前的综述总结了海底电力电缆电磁场的影响，但大多数综述都是叙述性的，或者局限于特定地区，或者分析范围有限（Albert等人，2020年；Copping等人，2016年；Gill等人，2005年；Hermans等人，2024年；Hutchison等人，2020年；Taormina等人，2018年）。本综述应用了系统评价和荟萃分析的优先报告条款（PRISMA）指南，以提供结构化且透明的证据综合，确保方法上的严谨性符合系统评价的最佳实践。我们综合了过去35年发表的67篇同行评审研究，对其方法质量进行了批判性评估，量化了证据强度，并识别了不同物种、生命阶段和暴露背景下的趋势。此外，我们还预测了到2050年海底电力电缆网络的潜在全球空间分布，并提出了紧急的研究议程。通过提供客观透明的证据综合，本综述旨在为科学理解以及制定稳健的海洋环境评估和政策框架提供支持。
本系统评价探讨了五个研究问题：
- 1.
在水生生物、不同生命阶段和性别中，记录了哪些对海底电力电缆产生的电磁场的生物反应？在相关情况下，海洋生态系统中的模式是什么？
- 2.
行为研究中的报告反应与生理研究中的反应有何异同？这两个领域在海洋生物多样性方面存在哪些相似之处、差异和知识空白？
- 3.
方法学因素（如实验室与实地环境、交流电与直流电暴露、电磁场强度和暴露持续时间）在多大程度上解释了报告的生物反应的变异性？
- 4.
当前文献中还存在哪些关键的知识空白，特别是在研究不足的物种、生态系统和研究设计方面，这些因素如何限制了对海洋环境风险评估的解读？
- 5.
可以识别出哪些总体趋势、共识点及未解决的不确定性？未来研究应如何根据可行性和生态重要性进行排序？
材料与方法
本研究进行了系统性的文献回顾，以评估海底电力电缆产生的电磁场对水生生物的生物影响。回顾遵循了PRISMA 2020指南（Page等人，2021年），以确保研究的透明性、可重复性和全面性。回顾方案已提前在国际系统评价注册平台（PROSPERO；注册ID：1138188）上注册。为确保方法上的严谨性，报告内容还进行了额外的质量控制。
研究识别与特征
系统搜索最初返回了1,637篇出版物，其中大部分因关注人类健康或陆地电磁场应用而被排除。经过适用性筛选后，共有185篇文章被完整阅读，其中27篇因与研究问题无关而被排除。通过查阅参考文献列表，又发现了43篇相关研究，最终确定了201篇可能适用的研究文献。
讨论
本系统评价表明，海底电力电缆产生的电磁场引发的生物反应在多个水生物种中均有报道，且早期生命阶段的生物敏感性尤为明显。大多数关于胚胎和幼体的研究均报告了显著效应，即使在低于250 μT的强度下也是如此（Cresci等人，2023年；Harsanyi等人，2022年；Scott等人，2021年），这支持了发育阶段是生物敏感性的关键窗口的假设。鱼类和甲壳类动物受到的影响尤为显著。
结论
本系统评价应用PRISMA标准，提供了关于海底电力电缆电磁场生物效应的透明且结构化的证据综合。在67篇同行评审的实验室和实地研究中，多个物种均报告了显著的生物反应，其中早期发育阶段的生物敏感性最为显著（Cresci等人，2022年；Harsanyi等人，2022年；Scott等人，2021年）。行为和生理指标都受到了影响，尽管这些反应的一致性仍有待进一步验证。
CRediT作者贡献声明
伊丽莎白·詹姆斯（Elizabeth James）：撰写与编辑、初稿撰写、可视化、软件使用、资源管理、方法设计、调查实施、数据分析、概念构建。亚历克斯·福特（Alex FORD）：撰写与编辑、监督工作、方法设计、调查实施、数据分析、概念构建。莫杰塔巴·戈德西（Mojtaba GHODSI）：撰写与编辑、验证工作、监督工作、方法设计、数据分析、概念构建
未引用的参考文献
Albert等人，2022年；Bieszke等人，2020年；Chebotareva等人，2009年；Copping，2016年；Formicki等人，2004年；Gill，2005年；Hermans等人，2025年；Hutchison等人，2020年；Marin，2024年。
利益声明
作者声明没有可能影响本研究结果的财务或个人利益。伊丽莎白·詹姆斯受雇于一家海上设施承包商；然而，该雇主并未参与研究设计、数据分析、数据解释或手稿的准备工作。
竞争利益声明
? 作者声明以下可能被视为潜在竞争利益的财务利益/个人关系：伊丽莎白·詹姆斯与Subsea 7 Limited存在雇佣关系。如果还有其他作者，他们声明自己没有已知的可能影响本文工作的竞争利益或个人关系。
致谢
本手稿《海底电力电缆产生的电磁场：35年来对水生生物的影响综合》代表了原创研究。回顾方案在研究进行期间已在PROSPERO平台上注册（ID：1138188——待发表）。作者感谢Tjeerd Braun在制定示意图方面的协助。本研究未获得任何特定资助。
