《珊瑚礁解决方案迈向新时代》

  • 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:2023-05-08
  • 近期,美国伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution,WHOI)珊瑚礁解决方案倡议的成员撰写了一篇论文,阐述了该组织解决日益严重的珊瑚礁危机的愿景。论文发表在最新一期的《Environmental Science & Technology》杂志上,该论文指出,珊瑚礁所面临的威胁的范围和规模,要求科学家们以新的方式处理需要解决的问题,以确保全球珊瑚礁的未来。作者认为,在扩大到全球珊瑚礁之前,需要先进的监测和诊断方法,以及利用珊瑚礁案例研究来测试和实施解决方案,占据技术创新时机,从而对风险最大的珊瑚礁产生影响。

    WHOI微生物学家和珊瑚礁解决方案团队负责人Amy Apprill指出,几十年来,珊瑚礁科学界一直依靠个人潜水员和摄影调查来记录珊瑚礁的健康状况并制定保护和干预措施,但是珊瑚礁今天面临的挑战是多面且复杂的,需要新的方法来解决这一危机。

    珊瑚礁是海洋中生物多样性最丰富的生态系统之一,据估计,有四分之一的海洋物种在其生命周期利用了珊瑚礁的栖息地。全球有多达10亿人依赖珊瑚礁提供的自然服务,包括食物和渔业、保护沿海社区免受海浪侵袭的珊瑚礁结构、以及支持地方和国家经济的旅游业。据估计,全球珊瑚礁提供的商品和服务价值达到2.7万亿美元。

    尽管珊瑚礁具有广泛的环境和经济价值,人类活动正在对其造成严重破坏。在过去十年中,海洋的珊瑚覆盖面积减少了13.5%以上,主要原因是气候变化、疾病、过度捕捞、污染和其他人类活动的影响。

    研究人员和自然资源保护主义者对这种损失的一种反应是强调应对策略,这些策略往往依靠个人潜水员进行艰苦的摄影调查,以确定珊瑚礁衰退的影像线索,以及劳动密集型的干预措施,如移植珊瑚以帮助重建珊瑚礁结构。珊瑚礁解决方案带来了跨学科研究,反映了支持珊瑚礁生态系统的生物、化学和物理过程,同时利用自主和分布式技术的新进展,扩大了观测、监测和干预工作的范围。

    作者特别介绍了自主成像平台的最新发展对珊瑚礁声景的研究,提高对珊瑚礁微生物群落了解的研究,测量珊瑚健康的新化学指标以及珊瑚礁周围水流的先进流体动力学建模。他们设想将这些和其他来源的数据结合起来,形成一个综合指数,定量衡量单个珊瑚礁的健康状况。通过使用可复制的工具和技术建立一个标准的健康指数,他们认为健康指数是一种衡量方法,可以从一组地理上不同的珊瑚礁扩大到世界范围内的珊瑚礁。

    Apprill强调,了解和保护珊瑚礁的技术已经取得了很大的进步,我们需要作为一个共同体去努力,以新的方式利用这些工具来加速对这些关键生态系统的了解。这不仅仅是因为珊瑚礁依赖于此,而是因为人们的生命和生计也受到了威胁。(刁何煜 编译)

  • 原文来源:https://www.whoi.edu/press-room/news-release/toward-a-new-era-of-reef-solutions/
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    • 面对自然,人类的力量是渺小的。在珊瑚礁生态系统恢复这一重大命题上,人类更应当警醒:不要再扮演“破坏者”的角色,而是全力承担起保护者的重任。 珊瑚礁在我国主要分布在福建、广东、广西、海南(包括西沙、中沙、南沙)四个省区,面积大致为38450平方公里。作为热带海洋最突出、最具有代表性的生态系统,珊瑚礁对于维持生态平衡、渔业资源再生、生态旅游观光和海洋药物开发及保护海岸线等至关重要。 在过去的几十年中,全球珊瑚礁发生了严重退化,我国南海也是如此。中国南海离岸造礁石珊瑚覆盖率在过去10–15年内从大于60%降低到约20%,近岸造礁石珊瑚覆盖率在过去30年退化了80%,原本生活在珊瑚礁的大量生物随之消失,生物群落日渐单一化。珊瑚礁受到的环境压力主要来自于自然压力和人为压力。在中国,海岸及海洋工程、污染、过度捕捞等引起的环境压力对珊瑚礁的影响远远大于气候变化的影响。 如果人类不采取任何挽救措施,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,全球依赖珊瑚礁生活的几亿人口将失去收入或者是维持生存的食物。 国际上生态系统恢复与重建的主流理念都是“自然恢复为主,人工修复为辅”。在这个恢复与重建的过程中,政府、海洋科学家和海洋保护人士应当如何发挥作用? 首要的方法是通过保护促进自然恢复。我国目前涉及珊瑚礁保护的法律法规有9部,如《海洋环境保护法》、《野生动物保护法》、《渔业法》、《自然保护区条例》等;参与的相关国际公约有4部,如《《生物多样性公约》《濒危野生动植物种国际贸易公约》等。划建了涉及珊瑚礁保护的国家级、省级自然保护区5个,国家级特别保护区(海洋公园)1个。近年来,多个全国性的规划和行动计划,如2017年相继印发的《全国海岛保护工作“十三五”规划》和《全国生态岛礁工程“十三五”规划》,都提出了珊瑚礁保护的要求。 严格执行相关法律法规,负责任地履行国际公约,加强保护区的巡护管理,贯彻落实各项规划和行动,是珊瑚礁自然恢复的重要保障。其中应重点加以关注的是通过转产转业减轻过度捕捞的压力、减少污染排放以改善水质、杜绝对珊瑚礁的采挖和破坏等措施,营造一个适宜的生长环境,实现珊瑚礁生态系统的内在动态平衡,促进珊瑚礁的自我恢复。 当然,对于退化严重、自我恢复能力不足的珊瑚礁来说,在保护的同时,也需要进行人工修复。但是珊瑚礁人工修复涉及一系列生物和非生物技术的集成,还存在许多未解决的技术难题,远未成熟完善,需要一个较长的探索、示范以及推广过程,目前还不宜开展大规模珊瑚礁人工修复工程。 (作者系中国太平洋学会珊瑚礁分会副秘书长)
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    • 人工智能作为新一轮科技革命的战略性技术,在2025年国家政府工作报告中明确被列为重点发展方向,要求推进"人工智能+"行动并支持大模型应用。在科研领域,AI驱动的科学研究(AI for Science)已成为落实国家人工智能规划、加速科研范式变革和提升创新能力的重要支撑,其技术突破正在重塑科学研究的边界与模式。 中国科学院南海海洋研究所作为国家海洋科技领域的战略力量,积极响应国家科技创新号召,强化"国家队"的使命担当,珊瑚礁生物地貌研究团队依托超十年积累的海量影像数据库,启动人工智能驱动的珊瑚礁研究范式革新,尝试突破传统珊瑚礁调查数据判读和分析的技术瓶颈。 全球气候变化与人为影响的双重胁迫下,被称为"海洋热带雨林"的珊瑚礁生态系统面临生存危机。南海珊瑚礁亦是如此,加强南海珊瑚礁的研究刻不容缓。但传统的珊瑚礁调查数据分析和判读方法高度依赖人工,存在效率低、成本高、主观误差显著等固有缺陷,严重制约了南海珊瑚礁研究的广度和深度。针对这一困境,珊瑚礁生物地貌团队基于阿里云Qwen2-VL基座模型,研发了 “瑶华”珊瑚礁多模态大模型1.0版,通过分析10多万张水下影像,实现珊瑚种属识别准确率88%,效率较人工提升数十倍,实现了珊瑚礁调查数据的智能、高效分析的技术突破,同时结合SAM图像分割技术,目前模型可量化珊瑚覆盖率与健康状态,初步实现了珊瑚礁研究范式的转变。 后续该模型将融合珊瑚礁地貌、地化、生态、水文、海平面和气象等多模态数据持续迭代,进一步挖掘“瑶华”的数据整合与多模态分析潜力,将其应用从基础的图像和视频识别,拓展至更深层次的气候预测与全球变化模拟,“瑶华”有可能将珊瑚礁从被动的“环境记录载体”转变为积极的“全球变化模拟器”,从而为应对气候变化提供革新性的决策维度。通过将珊瑚礁研究与人工智能深度融合,“瑶华”有望推动珊瑚礁研究范式的转变,从传统的经验驱动迈向数据驱动,进而为脆弱的珊瑚礁生态系统的保护与管理开辟创新的路径。 该模型研发由国家重点研发计划—生物动力地貌与生物造礁地表过程项目和国家自然科学基金(42425004)共同资助。