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《光谱在海水中的扩散衰减影响珊瑚礁生态系统》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： liguiju
  • 发布时间：2020-10-05

  • 百慕大海洋科学研究所（Bermuda Institute of Ocean Sciences，BIOS）资深珊瑚礁生态学家Eric Hochberg在国际学术期刊《珊瑚礁杂志》（Journal Coral Reefs）发表了题为“珊瑚礁水域光谱扩散衰减的趋势和变化”（Trends and variability in spectral diffuse attenuation of coral reef waters）的论文。论文量化了珊瑚礁及邻近水域的光谱扩散衰减系数（K-d）范围和变化趋势，提出了海水中的物质（如浮游植物、有机物或悬浮沉积物等）会影响光到达海底的波长以及强度，进而对包括珊瑚和藻类在内的海底生态系统产生影响的观点。

    Hochberg提到，珊瑚生态系统依赖光合作用，因此科学家对珊瑚礁的光生态学研究很感兴趣。以前的研究大多是定性研究，缺少定量数据，他们首次记录了大量关于珊瑚生态系统中海水纯净度的数据，并建立了一个的数据库，意义重大。Hochberg与BIOS的研究技术员Stacy Peltier以及加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校地球研究所的Ste'phane Maritorena一起，通过使用剖面反射率辐射仪（Profiling Reflectance Radiometer，PRR）收集并分析了横跨夏威夷和百慕大群岛珊瑚礁深水区199个水柱样品的水体净度。

    PRR是一根带鳍的2.5英尺（0.76米）长金属管，它即可以测量光从海水表面向下射入海水中的光谱强度，也可以测量从海底反射上来的光谱强度。该仪器通过数据线与笔记本电脑链接，随船移动，并以每秒15次测量的速度收集数据，为科学家提供实时的海水光谱监测数据。

    通过搜集这些数据，Hochberg和珊瑚礁科学团队进行了模型处理，以解决包括多少光到达不同的珊瑚礁区域（礁前，礁滩和泻湖），以及由光吸收驱动的珊瑚礁又如何进行生态分区等在内的基本生态问题。通常，外堡礁海水水体更清澈，允许更多的蓝光穿透到更深的深度；而泻湖区水体更浑浊，则允许更多的绿光穿透到更深的深度。Hochberg提到，不同区域海水拥有不同的颜色，导致其射入光光谱颜色和强度不同，进而对生活在底层的珊瑚礁生态系统产生直接影响。

    （熊萍 编译）

  • 原文来源：http://www.bios.edu/news/shedding-light-on-coral-reefs
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相关报告

  • 《温带珊瑚礁的热带化:对生态系统功能和管理行动的影响》
    • 来源专题：外来生物入侵
    • 编译者：王成卓
    • 发布时间：2019-03-31
    • 1.随着暖水物种为应对气候变暖而向两极分布，世界各地的温带珊瑚礁正变得热带化。这已经引起了优势基础物种和相关生态群落的深刻变化，因为像海带这样的冠层海藻已经被热带物种所取代。 2.在这里，我们认为，热带化对气候变暖的温带珊瑚礁的生态系统特性和功能的级联后果在很大程度上取决于最终主导海底的分类群。我们提出了三种潜在的热带化路径，它们在海草、草皮或珊瑚成为主导地位的方面有所不同。我们强调了热带地区某些生态系统功能的潜在收益。例如，一些热带珊瑚礁的本地底栖鱼类生产力可能会提高，因为初级生产会以较高比例直接被消耗掉，但这将以碳排放等其他功能为代价。我们认为，了解能源和材料流动的这些变化，对于制定新的节约战略和管理方法至关重要，这些战略和管理方法既能将风险降至最低，又能抓住潜在的机会。 3.无论遵循哪种轨迹，热带化系统在很大程度上代表了新的生态系统配置。这对传统的养护和环境管理方法提出了重大挑战，传统的养护和环境管理方法通常侧重于维持或将物种送回特定地点。我们概述了一些管理措施，这些措施可以减轻预期的结构和功能变化，或者最大限度地利用热带珊瑚礁的潜在新机遇。这些措施包括加强海洋保护区的恢复力和连通性，开发针对范围不断扩大的入侵者的新渔场，以及协助进化和迁移策略，以促进珊瑚或海藻等大型栖息地的形成。 4.我们强调了与开发管理热带珊瑚礁的新方法相关的重要生态和伦理挑战，这些方法可能需要越来越多的干预。随着技术革新的不断出现，有明确的目标和考虑到更广泛的群落之间干预的理论是成功地发展新的管理方法的必要步骤。
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  • 《为了修复退化严重的珊瑚礁，我们在海底“造林”》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：mall
    • 发布时间：2018-11-22
    • “平时潜水，一个氧气瓶可以用40分钟到1个半小时，但干‘海底打锤’这样的力气活时，20分钟就能把一瓶氧气耗尽。” 　　 中国科学院南海海洋研究所的张浴阳研究员出现在央视《家园·生态多样性的中国》第一集中，纪录片展现了他和他的团队在海底“种植珊瑚”的场景。在海底的工作困难重重，甚至充满危险。但张浴阳不曾退缩，他说，“有我在，就不能让这片海成为‘死海’”。 　　 上一篇文章张浴阳研究员为大家介绍了珊瑚礁的糟糕现状，在这篇文章中，他将为大家讲述他的团队为了改变这一现状正在做的工作——海底“造林”。（下滑至文末，可以看到张浴阳团队在海底“种”珊瑚的场景） 　　 目前，在全球范围已经有超过一半珊瑚礁出现严重退化，但更严重的问题是，珊瑚礁的退化速度在未来还会加快。如果人类不采取任何挽救措施，那么依照现在的退化速度，珊瑚礁生态系统可能在本世纪末，就从地球上消失。 　　 珊瑚礁系统的存在，关系到海洋生态，关系到5亿人的生活，我们绝不能坐视它的消失。从大堡礁到西沙群岛，全世界的科学家们，正联合起来解决这场珊瑚大危机。 　　 我们能帮助珊瑚礁恢复吗？能。 　　 我们怎么帮助珊瑚礁恢复？保护+人工修复。 　　 由于珊瑚礁生态系统的退化愈加严重，各国科学家与海洋保护人士也都在积极寻找帮助珊瑚礁恢复的方法和技术。 　　 目前采用的方法主要是分为两大类，一种是保护，通过去除造成珊瑚礁退化的影响因素，如人类破坏、污染、过度捕捞、敌害生物等，让珊瑚礁生态系统的弹性（resilience）自我恢复；另一类是人工修复，通过人为的手段加速与辅助珊瑚礁生态系统的恢复，例如通过移植增加珊瑚数量、培育珊瑚、改善珊瑚礁底质状况等方法。 　　 在实际的操作中，第一类方法更为重要，因为不去除威胁，珊瑚礁做再多的人工修复也无法恢复。 　　 但对于退化严重的珊瑚礁来说，其自我恢复能力衰退，即便实施保护也难以恢复，就需要采用两类方法结合的方式进行修复。 　　我们如何保护珊瑚礁生态 　　 在保护方面，最主要的是建立珊瑚礁保护区或国家公园，对关键区域进行严格的保护。 　　 澳洲的大堡礁与美国夏威夷均将珊瑚礁海域设立为国家公园，并且划分为不同功能区，对关键区域进行严格保护，部分区域对垂钓等休闲渔业开放。然而，即便如此，在全球变化的影响下，珊瑚礁白化、长棘海星暴发、珊瑚礁疾病等仍然造成了不少珊瑚礁的退化。 　　 我国在这方面起步较晚，尤其在保护区规划、管理珊瑚礁保护方面的政策与法规还未跟上。不过，海南省2017年开始实施的《海南省珊瑚礁和砗磲保护规定》将珊瑚礁的保护推进了一步，严禁对珊瑚礁和砗磲实施破坏行为，更重要的是禁止了珊瑚与砗磲制品的出售、购买、运输、携带、寄递等行为，力图从源头上遏制珊瑚与砗磲工艺品加工对珊瑚礁的破坏。 　　 保护措施还包括控制珊瑚礁沿岸农药使用、减少排污、降低珊瑚礁捕捞强度等。 　　 最后还有一个保护措施，是最重要也最难做到的一个，那就是减少二氧化碳排放，减缓全球变暖，降低珊瑚白化规模和频率。 　　我们如何进行人工修复 　　 在进行保护的同时，人们还开始进行珊瑚礁的人工修复。 　　 从上个世纪开始，人们就尝试进行珊瑚移植和培育。 　　 日本、以色列、美国是较早开始这方面研究的国家。不过随着东南亚国家对珊瑚礁的重视，从上世纪末，泰国、菲律宾、印度尼西亚也开始了相应的尝试。 　　 珊瑚在移植过程中需要有足够数量的珊瑚用于移植，而严重退化的珊瑚礁往往没有太多的珊瑚可供应，仅依靠采集野外自然环境中的珊瑚可能对珊瑚礁现有珊瑚造成破坏，因此就需要珊瑚的培育来增加珊瑚数量。因此，人工珊瑚培育技术也相应登场。 目前各国采用的珊瑚人工培育技术分为两大类，利用珊瑚有性繁殖和无性繁殖的特点进行培育。 前一类是借由珊瑚有性繁殖产生的配子或幼虫进行育幼，发育成幼虫或珊瑚个体后再放归或底播移植到珊瑚礁中。而利用珊瑚无性繁殖技术的培育方法就有些类似农业中的扦插，将珊瑚的断枝在人工环境中或野外条件下培育成珊瑚的成体，再将成体底播移植回珊瑚礁中用于增加珊瑚数量。 　　 两种类别方法的优缺点可见下表。 两种类别的珊瑚培育方法优缺点比较（图片来源：中国科学院南海研究所） 　　 虽然利用有性繁殖的方法缺点较多，但它的两个优点确是无可替代的。 　　 首先，珊瑚的基因多样性对于珊瑚礁非常重要，是构成珊瑚礁生态系统弹性的重要基础，基因多样性高的珊瑚礁生态系统在面对不同的环境压力时能具有更好的抗性。 　　 其次，一旦突破珊瑚幼体初期死亡率高的难题，就可批量产生大量珊瑚幼体，提高珊瑚培育速率。 　　 不过在当前阶段，利用珊瑚无性繁殖的方法更实际有效，也是绝大多数国家采取的主要方法。 　　 在珊瑚培育领域，日本是最早着力研发经由珊瑚有性繁殖培育珊瑚幼体的技术的国家，并已经将这一技术应用在恢复珊瑚礁生态系统与造岛护礁中。 　　 其中，最受关注的就是他们将培育出的珊瑚幼虫与珊瑚个体运送至冲之鸟礁，用于保护该礁盘免于受海平面上升和海浪侵袭而消失，以维持他们宣称的基于冲之鸟礁的16万平方公里专属经济区海域。（https：//www.nytimes.com/2014/11/19/business/energy-environment/growing-coral-to-keep-a-sea-claim-above-water.html） 　　 近两年，澳大利亚也在考虑用人工培育出的珊瑚幼虫放归到珊瑚礁上增加珊瑚数量，以期望加快恢复受白化影响的珊瑚礁。 　　 帕劳、泰国、印度尼西亚等热带国家采用的珊瑚培育多是利用无性繁殖的断枝培育，利用放置在海底的铁架或PVC管架作为珊瑚苗圃，在其上固定珊瑚让其生长。他们选择的区域多是台风影响较小的水域，珊瑚培育用的铁架或PVC管架多直接放在海底，无须特别固定。 　　 而在加勒比海域，除了在海底放置珊瑚苗圃外，TNC（The Nature Conservancy）还利用绳索和浮球在水中建立“珊瑚树”培育珊瑚断枝，从而更加立体的利用海区水体。 TNC在加勒比海的“珊瑚树”培育方法（图片来源：https：//curacaotodo.com/） 　　我们在西沙海底“造林” 　　 相较于国外的珊瑚礁和修复工作，大家可能更关心的是我们的南海珊瑚礁和相关修复工作。 　　 目前，西沙珊瑚礁状况不容乐观，退化的珊瑚礁自然恢复能力不足，渔业捕捞压力还未消除，因此在遭受长棘海星破坏后的10年间，珊瑚礁的恢复速度一直非常缓慢，有些区域甚至出现部分“退化—恢复—退化”的反复现象。 　　 为了修复西沙珊瑚礁生态，自2009年后，中国科学院南海海洋研究所的珊瑚生态学与珊瑚礁生物学学科组就在西沙开始了珊瑚培育与珊瑚移植技术的实验。 　　 在2010-2012年的三年间，对西沙的珊瑚进行了珊瑚幼体培育，获得了数万珊瑚幼体，并放归到西沙的珊瑚礁上。不过由于西沙群岛条件限制，在岛上开展珊瑚人工幼体培育面临重重困难，不易扩大规模。 　　 西沙的水体污染小，珊瑚礁盘广阔，比较适合野外培育，但台风的影响严重，每年都有数个台风直接影响西沙海域。如果采用帕劳、泰国等地区的方法，直接将珊瑚培育苗圃放置在海底，而不施以牢固的稳固方法，一次台风就可造成所有成果付之东流。 在西沙珊瑚礁盘上进行的实验显示，即便采用直径18mm的钢筋做出珊瑚培育的框架，并用30cm长的铁钉将其钉在珊瑚礁盘上，仍然无法承受台风和海浪的袭击。台风过后，一半的铁架都被海浪连同铁钉拔起，甚至有的铁架直接被打散，上面培育的珊瑚也全部丢失。 为减少台风与海浪的作用，我们借鉴了TNC的方法，采用绳索、浮球和PVC管架搭建“珊瑚树”，利用绳索和浮球的弹性，削减海浪直接作用在珊瑚断枝上的力量，有效地降低了珊瑚的脱落率。 　　 经过2年多的努力，现在已在七连屿已经形成一小片“珊瑚树”构成的水下“森林”。 　　 虽然“珊瑚树”有以上的优点，但因为它在台风中摇摆幅度较大，鱼线悬挂的珊瑚断枝间也有相互碰撞的情况，所以很多分枝较细、骨骼脆弱和对强烈水流敏感的珊瑚种类不适宜在其上培育，同时形状为团块状、皮壳状与叶状的珊瑚难以用鱼线绑缚，很容易松脱掉落。 　　 为了弥补这个缺点，我们根据西沙的海底情况，研发了浮床式的珊瑚断枝培育苗圃应用于珊瑚礁修复中，作为“珊瑚树”的补充。 　　 在“珊瑚苗圃”上生长的珊瑚断枝在8个月左右可以增长3-5倍的大小。 　　 浮床式的苗圃安置在贴近海底1-2m的高度，受海浪影响小，能培育多种形状的珊瑚与骨骼脆弱的珊瑚，但它需要4点固定，建立它所需的水下工作量和时间比“珊瑚树”要增加至少一倍以上。 　　 当苗圃上的珊瑚生长起来后，每个浮床就宛如一个海底花圃，长满形状各异的珊瑚。 　　 苗圃上生长起来的珊瑚，可以为珊瑚礁生物提供栖息地，特别是在鱼类繁殖期间，可以为稚鱼和幼鱼提供庇护所，同时也为小型肉食鱼类和鱿鱼提供摄食场所，这对于珊瑚礁鱼类数量的恢复也有重要的促进作用。 　　 从培育珊瑚的“珊瑚树”，到浮床苗圃均可以看到大量小鱼生活在其间，苗圃在不经意间起到了人工鱼礁的效果。 　　 不过，培育的珊瑚仅是“暂住”在苗圃上，还需要最后一步才算是真正“落地生根”，那就是移植到珊瑚礁上。 　　 珊瑚的断枝经过数月的培育后，生长至合适大小时（10-20cm），就需要移植到待修复的珊瑚礁上，用于增加该区域的珊瑚数量。 　　 和培育珊瑚一样，移植珊瑚也需要防备台风的侵扰。 　　 因为移植的珊瑚需要数月的时间才能将其组织和骨骼生长至珊瑚礁上，在生长过程一旦出现移动，珊瑚就需要重新在它同珊瑚礁底质的接触点上构建骨骼和组织。所以，一旦有海浪和台风影响，移植的珊瑚就很难稳固在珊瑚礁上生长，死亡率会大幅上升。 　　 为避免这种情况，我们通过将珊瑚绑缚在死亡的珊瑚骨骼上、用水下胶固定、绑在钉在海底的钉子上等方法，对移植珊瑚进行稳固。 　　 在西沙的珊瑚移植中，我们采用了多种移植方法，取得了不错的成效，移植的珊瑚已经稳固生长在珊瑚礁上，并且个体增长了4-5倍，明年有可能在它们当中出现第一批繁殖的珊瑚（现在还只能说有可能，不能打保票）。 　　 最后，就像上一篇文章所说的，对于我们每个人来说，虽然不一定有机会去培育或移植珊瑚，但是如果从我们身边的小事做起，也会对珊瑚礁生态的保护起到很大的作用。 　　 首先，拒绝购买珊瑚和砗磲工艺品或纪念品，因为采集珊瑚与砗磲都能对珊瑚礁造成直接破坏。 　　 其次，当我们在珊瑚礁附近的海域游泳、浮潜或潜水时，不要踩踏、摘取、捡拾珊瑚骨骼。 　　 同时，在海中尽量采用物理方式防晒，不要涂抹对珊瑚有害的防晒霜。 即使不去海边，也一样能保护珊瑚。 　　 生活中，我们可以少用塑料制品，能减少海洋中的塑料污染，减轻珊瑚受塑料垃圾和微塑料的威胁；减少碳排放，减缓全球海水变暖的步伐。 　　 让我们在给珊瑚留下一线生机的同时，也为子孙后代留下一片美丽的海底花园，不要让他们只能从存留的影像中品味这份美。
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