珊瑚礁修復(fù)研究及發(fā)展策略概述

黃丹

摘要：目前我國乃至世界的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)都處于快速退化中，鑒于珊瑚礁巨大的價值和持續(xù)面臨的嚴峻威脅，珊瑚礁的修復(fù)引起國內(nèi)外專家的關(guān)注，成為社會關(guān)注的熱點內(nèi)容。本文闡述了國內(nèi)外珊瑚礁修復(fù)研究概況，重點介紹了一些非傳統(tǒng)的珊瑚礁修復(fù)研究新技術(shù)和輔助修復(fù)新策略。為我國未來保護珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)，開展珊瑚礁修復(fù)理論與實踐研究提供借鑒，從而提出我國未來珊瑚礁修復(fù)發(fā)展策略。

關(guān)鍵詞：珊瑚礁；修復(fù)；研究概況；發(fā)展策略

近年來，在人類活動和全球變暖的影響下，全球珊瑚礁受到不同程度的威脅，處于快速退化中，且造礁珊瑚的覆蓋面逐漸減少，危及珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)狀況。大堡礁珊瑚礁覆蓋率從1985年的28.0%下降為2012年的13.8%。我國海南三亞附近的蜈支洲島的珊瑚覆蓋率從 2006年的50%左右退化到2013 年的不足10%。Burke等預(yù)測，到2050年，全球大約75%的珊瑚礁將被劃分成遭受致命威脅的等級[1]。

珊瑚礁作為全球物種多樣性最高、資源最豐富的生態(tài)系統(tǒng)之一，具有重要的生態(tài)價值和獨特的經(jīng)濟價值。因此，面對珊瑚白化死亡、大面積退化的現(xiàn)狀，珊瑚礁修復(fù)迫在眉睫。珊瑚礁修復(fù)是在人工干預(yù)下運用科學合理的方法使退化珊瑚礁重新恢復(fù)活力、擴大覆蓋率的技術(shù)。本文通過闡述國內(nèi)外珊瑚礁修復(fù)研究概況，重點介紹一些珊瑚礁修復(fù)研究新技術(shù)和輔助修復(fù)新策略，以期為中國珊瑚礁修復(fù)發(fā)展策略的制定提供借鑒。

一、國內(nèi)外珊瑚礁修復(fù)研究概況

（一）我國珊瑚礁修復(fù)研究概況

我國珊瑚礁修復(fù)研究雖起步較晚，但近幾年在珊瑚礁修復(fù)方面有所發(fā)展，尤其是在三亞、廣西、三沙、香港等地修復(fù)工作有一定成效。在三亞亞龍灣西排附近海域建立的珊瑚礁生態(tài)修復(fù)示范區(qū)，到2017年珊瑚覆蓋率提高了5%～8%，存活率達到90%以上。海洋三所與廣西海洋研究院合作在廣西潿洲島建立了珊瑚礁保育與實驗基地，可以滿足珊瑚培育和暫養(yǎng)，用于開展環(huán)境變化對潿洲島典型造礁珊瑚生理生態(tài)的影響以及分子遺傳學研究的樣品前處理等實驗研究。同時，海洋三所科研團隊開展了珊瑚礁野外聯(lián)合調(diào)查，獲取了大量的數(shù)據(jù)。目前已初步形成具有近岸特色的珊瑚礁生境修復(fù)，珊瑚人工培育、移植、病害防控和人工礁水下工程的修復(fù)技術(shù)體系，但是在“移植入?！狈矫孢€未突破。2015年研究人員在西沙珊瑚礁實施了“百萬珊瑚計劃”，目前培育成活了1萬株珊瑚，20 萬個珊瑚礁伴生物種，形成新的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)[2]。

目前，由于珊瑚礁修復(fù)成本相當高，周期也很長，總體上看我國還是較多考慮降低成本，并以珊瑚移植為主要修復(fù)技術(shù)，加之缺乏相關(guān)的系統(tǒng)研究和技術(shù)支持，使得珊瑚礁修復(fù)技術(shù)更新發(fā)展較慢，修復(fù)成效相比其他國家仍較微弱。

（二）國外珊瑚礁修復(fù)研究概況

相比中國，國外很早就開始了珊瑚礁研究，對于珊瑚礁現(xiàn)狀和威脅的研究從上世紀開始不僅參與者不斷增多，參與成員也從單純的科學家演變到政府部門、科學家和公眾共同參與。

近年的研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)難以保證珊瑚修復(fù)的效果，也難以進行大面積推廣，然而珊瑚礁修復(fù)工程的成本卻很高，國際上更多地從珊瑚礁修復(fù)所產(chǎn)生的價值考慮，確定了“修復(fù)成本與生態(tài)補償平衡”的原則。注重從本質(zhì)上提升珊瑚的修復(fù)能力，更多地從基因角度提升珊瑚適應(yīng)環(huán)境的能力，更全面地挖掘珊瑚礁修復(fù)的新模式和新策略。

二、珊瑚礁修復(fù)新進展

（一）珊瑚礁修復(fù)研究新技術(shù)

1.珊瑚移植與集魚兩用礁基

無論是珊瑚移植礁基還是人工魚礁，大都存在著功能單一的問題。現(xiàn)有人工魚礁只能增加漁業(yè)產(chǎn)量，并不具備移植珊瑚的功能，而多數(shù)珊瑚移植礁基為非架空結(jié)構(gòu)，缺少集魚空間，誘集魚群的功能不理想。此外，多數(shù)珊瑚移植礁基較為笨重，安裝不便，且僅適用于海底為平地的情況，限定了珊瑚移植的區(qū)域范圍。文柯達等提出一種珊瑚移植與集魚兩用礁基的設(shè)計方案，并利用 Fluent中的大渦模擬進行流場仿真計算，對該兩用礁基進行了效果評估，實現(xiàn)珊瑚移植與集魚的結(jié)合[3]。

2.珊瑚碎片（BCF）利用

珊瑚碎片移植是恢復(fù)珊瑚群落的有效和常用方法，可以迅速恢復(fù)珊瑚礁退化區(qū)域的珊瑚覆蓋，對于珊瑚礁修復(fù)具有積極作用。隨著對珊瑚碎片研究的深入，研究結(jié)果有助于更有效地利用珊瑚碎片，并設(shè)計更有效的珊瑚移植策略。

最初在修復(fù)過程中，珊瑚移植是人工連接的，但珊瑚自附著（Self-attachment，即珊瑚組織在基質(zhì)上自我生長）提供了一種更安全、持久的連結(jié)，James R.Guest等[4]通過兩個獨立實驗，表明珊瑚的生長速度、生長形態(tài)和生活史等因素決定了珊瑚碎片分裂和移植后的自附著速度。Héctor Nava等[5]將最近破碎的珊瑚碎片（BCF）和愈合的珊瑚碎片（HCF）之間進行移植成功的比較，得出BCF可能是移植物的最佳來源，因為它們具有比HCF更高的鈣化率，可以促進初始附著。這些都為未來設(shè)計更有效的珊瑚移植策略提供了寶貴借鑒。

3.輔助進化模式

Van Oppen等[6]首次提出“改變世界珊瑚修復(fù)的模式”——輔助進化模式，即通過選擇性育種，輔助基因流，調(diào)節(jié)或表觀遺傳規(guī)劃和珊瑚微生物組的操縱作為增強珊瑚環(huán)境壓力耐受性和珊瑚礁修復(fù)工作成功的手段。輔助進化方法需要以歷史信息為指導，針對不同功能群的珊瑚物種開發(fā)針對氣候適應(yīng)能力增強的珊瑚庫存。

珊瑚礁的輔助進化方法還處于概念證明階段，要最終在珊瑚礁修復(fù)工作中實施這個方法，迫切需要推進大規(guī)模養(yǎng)殖和調(diào)配珊瑚庫存以提高抗逆性的方法，還需要通過使用冷凍方式建立珊瑚保存和珊瑚現(xiàn)存遺傳多樣性的代表性部分的基因組儲存庫，類似于為植物建立的種子庫[6]。

4.基于二維珊瑚制備工具的新型生態(tài)工程方法（2D-CP）

Rachmilovitz等[7]利用珊瑚對基質(zhì)和同基因片段之間組織融合的“自錨”能力，開發(fā)了一種基于二維珊瑚制備工具的新型生態(tài)工程方法（2D-CP）。該方法是先將收集的珊瑚菌落碎片化為平面（CD），創(chuàng)建平面二維珊瑚單元（2D-CP），讓其先在珊瑚苗圃中生長，然后再移植到珊瑚礁表面覆蓋物上生長。

由于在受到干擾和脅迫的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)中，平衡可能轉(zhuǎn)移到超出珊瑚群落和裸露表面的藻類，從而進一步抑制珊瑚的聚集，導致生物多樣性和從珊瑚到藻類主導的生物相變珊瑚礁的減少[8]。2D-CP裝置可以在珊瑚苗圃中成功生長，可創(chuàng)建直接放置在由草皮藻覆蓋的裸露礁石上的“活瓷磚”，是一種珊瑚藻相移逆轉(zhuǎn)工具的新型生態(tài)工程。2D-CP裝置旨在用作珊瑚礁修復(fù)“工具箱”框架內(nèi)的新補充工具，而不是其他工具的替代品。

5.關(guān)鍵積極物種相互作用的利用

珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)中的積極物種相互作用可以被識別并用于協(xié)助珊瑚種群和棲息地的自動恢復(fù)。

Elizabeth C.Shaver等[9]強調(diào)珊瑚礁管理者和修復(fù)從業(yè)者應(yīng)該利用關(guān)鍵積極物種相互作用來促進珊瑚的修復(fù)，包括（i）營養(yǎng)促進；（ii）互助；（iii）長距離便利；（iv）積極的密度依賴；（v）積極的遺留影響；（vi）生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能之間的協(xié)同作用。同時，還推薦了一些促進機制，這些機制值得在修復(fù)設(shè)計中進行進一步的測試和考慮，這些積極相互作用可用于提高珊瑚礁修復(fù)的效率和規(guī)模，從而最終提高修復(fù)的成功率。

（二）珊瑚礁輔助修復(fù)新策略

1.廣泛有效的珊瑚礁修復(fù)評估計劃

近年來越來越多研究者關(guān)注到珊瑚礁修復(fù)的評估，提出充分表征修復(fù)計劃的有效性需要一系列明確定義的指標，它們需與特定目標及其所測量的潛在全礁屬性以及適當?shù)谋O(jiān)測時限相關(guān)聯(lián)。Margaux Y.Hein等[10]通過對使用珊瑚移植修復(fù)珊瑚礁的83篇論文的回顧顯示，珊瑚礁修復(fù)科研主要側(cè)重于短期實驗，以評估生態(tài)修復(fù)技術(shù)的可行性和移植后的初始建立階段，而不是珊瑚礁群落的長期結(jié)果。為此他們概述了10個社會生態(tài)學指標，綜合評估了建立在可持續(xù)發(fā)展四大支柱（即環(huán)境，社會文化，治理和經(jīng)濟對可持續(xù)社區(qū)的貢獻）上的珊瑚礁修復(fù)有效性。

這啟發(fā)未來評估珊瑚礁修復(fù)計劃的有效性需要將生態(tài)指標與社會文化，經(jīng)濟和治理因素結(jié)合起來考慮，結(jié)合各種時間和空間尺度以及社會生態(tài)背景優(yōu)化珊瑚礁修復(fù)工作，以便補充更廣泛有效的適應(yīng)性修復(fù)管理戰(zhàn)略。

2.全民參與計劃

Hodgson[11]早在1999年就指出“太少的珊瑚礁科學家用太少的時間研究太少的珊瑚礁”。許多國家地區(qū)已經(jīng)意識到這樣的缺陷，正努力改善這一現(xiàn)狀；且隨著人們對世界珊瑚礁現(xiàn)狀和威脅的研究更加深入，越來越多人參與到尋找應(yīng)對未來環(huán)境壓力下更廣泛的珊瑚礁管理保護計劃的行列之中。

針對發(fā)展中國家珊瑚礁研究人才缺乏的問題，世界銀行和聯(lián)合國教科文政府兼海洋學委員會（IOC/UNESCO）在全球環(huán)境基金（GEF）支持下，啟動了一項以管理為目標的珊瑚礁研究和能力建設(shè)項目（CRTR），在發(fā)展中國家設(shè)立了 3個區(qū)域高級研究中心，培養(yǎng)了來自發(fā)展中國家的 50 名年輕科學家，向珊瑚礁資源管理者提供珊瑚礁響應(yīng)人類干擾和氣候變化方面最好的科學指導。D.Hesley等提出“公民科學計劃”（RAR），在2015-2017年之間，230名RAR志愿者繁殖和移植了超過1300只鹿角珊瑚，該計劃的貢獻側(cè)重于區(qū)域或全球底棲生物的數(shù)據(jù)調(diào)查收集和珊瑚礁監(jiān)測，參與者積極進行珊瑚礁修復(fù)的活動可以擴大既定監(jiān)測計劃的范圍，此外還可提高當?shù)氐慕?jīng)濟和生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力。像公民科學計劃（RAR）這種讓非專業(yè)人員與專業(yè)科學家合作開展的研究或科學活動還有2017年世界海洋峰會發(fā)起的“50礁倡議（50Reefs Initiative）”，是目前唯一的全球性拯救珊瑚礁行動的倡議。[12-13]

珊瑚礁退化消失與人類修復(fù)保護的競賽仍在繼續(xù)，世界還要繼續(xù)努力，包括政府部門、科學家和公眾。目前仍然需要動員更多的人認識珊瑚礁，熱愛珊瑚礁，研究珊瑚礁，保護珊瑚礁。

三、我國未來珊瑚礁修復(fù)發(fā)展策略

全球珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的衰退以及珊瑚礁自然恢復(fù)需要很長時間，目前幾乎沒有珊瑚礁的修復(fù)程度能達到按照結(jié)構(gòu)和功能恢復(fù)的最終成效。對于已退化珊瑚礁的修復(fù)，未來我國在制訂珊瑚礁修復(fù)策略及實施過程中，應(yīng)重點關(guān)注以下五個方面：

（一）借助遺傳學、細胞工程、基因工程等先進理論技術(shù)，加強對珊瑚礁修復(fù)機理的探究，逐步深入至細胞、分子水平等；并加強對珊瑚礁自身耐受力和修復(fù)潛能的挖掘。

（二）根據(jù)實際情況，明確修復(fù)目標，完善更新修復(fù)評價體系，全面關(guān)注珊瑚礁修復(fù)各個環(huán)節(jié)，系統(tǒng)開展珊瑚礁修復(fù)研究，如前期調(diào)查、退化診斷、跟蹤監(jiān)測、成效評估及后期管理等，切實提高修復(fù)成效。

（三）研究范圍不僅局限于珊瑚礁退化區(qū)域范圍，加強周邊區(qū)域甚至擴展至陸域生態(tài)系統(tǒng)的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系研究，將珊瑚礁修復(fù)擴展至大區(qū)域、大時間跨度的整體綜合研究，并從中找到生態(tài)退化的根源。

（四）珊瑚礁修復(fù)不可僅靠一方之力，需要不同利益相關(guān)者的理解和配合，必須加強當?shù)卣⒖蒲泄ぷ髡?、民眾等多方面的充分合作，在保護與修復(fù)并進的過程中實現(xiàn)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)與人類的和諧共存。

（五）加強相關(guān)領(lǐng)域?qū)ν饨涣?，及時進行階段性總結(jié)，將國內(nèi)外典型珊瑚礁修復(fù)實例編制成有借鑒意義的珊瑚礁修復(fù)技術(shù)指南，再結(jié)合我國實際情況，不斷創(chuàng)新珊瑚礁修復(fù)技術(shù)，更新修復(fù)戰(zhàn)略方案。

近年來，隨著我國政府對珊瑚礁修復(fù)的越發(fā)重視和財政資金投入的加大，越來越多高校、研究所成立海洋學院或是開展珊瑚礁研究項目，加上分子生物學和理論生態(tài)學等學科的快速發(fā)展，相關(guān)儀器設(shè)備的引進和更新?lián)Q代，以及我國在對外交流合作上越發(fā)頻繁密切，我們擁有更多的人力、物力、財力，更豐富的理論技術(shù)支持和新進案例借鑒。相信今后我國在珊瑚礁修復(fù)研究中會有更多的理論和方法被提出，修復(fù)技術(shù)會不斷創(chuàng)新突破，為全球珊瑚礁修復(fù)工作貢獻中國力量。

參考文獻：

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