大堡礁（Great Barrier Reef）是位于澳大利亞東海岸的一個世界著名的珊瑚礁系統(tǒng)。它是世界上最大的珊瑚礁之一，也是地球上最大的單一生物結(jié)構(gòu)。大堡礁延伸約2300多公里，橫跨昆士蘭州的海域，是一個由數(shù)千個小型珊瑚礁和島嶼組成的生態(tài)系統(tǒng)。由于氣候變化、海洋污染、過度捕撈等多種威脅，導(dǎo)致珊瑚白化和生態(tài)系統(tǒng)破壞，大堡礁也成為了海洋科學(xué)家們關(guān)注和生態(tài)恢復(fù)研究的熱點。

“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編注意到由悉尼科技大學(xué)氣候變化研究中心的C. Isabel Nu?ez Lendo博士領(lǐng)導(dǎo)的一項研究，于2024年1月26日發(fā)表在《海洋科學(xué)前沿》期刊上。該研究團隊通過對大堡礁一個遭受颶風(fēng)破壞的地點進行珊瑚修復(fù)的效果進行了深入的調(diào)查，特別關(guān)注了碳酸鹽預(yù)算的變化以及珊瑚覆蓋率、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性等指標。為助力全球環(huán)境治理、并供我國學(xué)者了解最新研究動態(tài)信息，編譯分享信息如下，供感興趣的讀者們參閱。

大堡礁的挑戰(zhàn)與修復(fù)需求

自20世紀70年代以來，全球珊瑚覆蓋率的急劇下降使得礁石的增長嚴重減緩。在大堡礁，珊瑚覆蓋率的減少主要受到本地和全球壓力的影響，如沿海發(fā)展和氣候變化。最近的珊瑚白化事件導(dǎo)致了珊瑚覆蓋率的歷史性下降。然而，有關(guān)大堡礁碳酸鹽預(yù)算的研究仍然相對匱乏，尤其是對于南部和中部地區(qū)的研究。

硬珊瑚被認為是維持珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的主要貢獻者。它們通過碳酸鹽的生產(chǎn)提供了礁石增長、棲息地結(jié)構(gòu)和生物地球化學(xué)循環(huán)等關(guān)鍵功能。為了應(yīng)對珊瑚覆蓋急劇下降的問題，全球管理方法正在逐漸從傳統(tǒng)的保護方法轉(zhuǎn)向包括積極修復(fù)的做法，以恢復(fù)礁石生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)。

修復(fù)方法：Reef Stars

當珊瑚底座變得不固化時，修復(fù)通常需要通過增強底座的穩(wěn)定性來促使其重新生長。Reef Stars，又稱為“MARS（Mars Assisted Reef Restoration System）”，是一種新型的底座穩(wěn)定方法，采用了六邊形形狀的鋼筋結(jié)構(gòu)。該方法已在印尼等地成功使用，并成為全球最大的修復(fù)珊瑚礁的嘗試之一。在大堡礁中，Reef Stars首次用于修復(fù)Moore Reef，通過對其修復(fù)效果的觀察，研究人員試圖揭示這種修復(fù)方法對礁石結(jié)構(gòu)和碳酸鹽預(yù)算的影響。

圖1 展示了Moore Reef研究的不同站點。在2021年2月，（A）是自然、健康的相鄰珊瑚礁，覆蓋著豐富的珊瑚（正對照組，‘PC’）；（B）呈現(xiàn)的是由Cyclone Yasi形成的11年前的珊瑚碎石區(qū)，未經(jīng)修復(fù)（負對照組，‘NC’）；（C）則是穩(wěn)定珊瑚礁的示意圖，展示了Reef Stars結(jié)構(gòu)，承載著各種珊瑚（安裝后4個月）。大約11個月后的2021年12月，同一珊瑚礁站點‘PC’，‘NC’，和‘E’（D–F）。需要注意的是，圖中‘E’站點展示了Reef Stars介入碎石區(qū)上觀察到的高珊瑚覆蓋率。圖片來源：Nu?ez Lendo, C.I.，以及 Mars Sustainable Solutions。

研究方法與發(fā)現(xiàn)

研究通過對比三個站點，分別是使用Reef Stars進行修復(fù)的站點（實驗組，“E”）、未安裝Reef Stars的珊瑚碎石區(qū)（負對照組，“NC”）以及健康相鄰珊瑚礁區(qū)（正對照組，“PC”），來探究修復(fù)對珊瑚覆蓋、珊瑚生長和珊瑚礁結(jié)構(gòu)的影響。

在研究中，通過對碳酸鹽生產(chǎn)和侵蝕等因素進行綜合評估，發(fā)現(xiàn)Reef Stars修復(fù)的珊瑚區(qū)（E）具有更高的硬珊瑚覆蓋率和復(fù)雜度，與未修復(fù)的負對照區(qū)（NC）和健康珊瑚區(qū)（PC）相比，具有更高的碳酸鹽預(yù)算。研究還表明，Reef Stars修復(fù)后的珊瑚區(qū)具有更高的珊瑚多樣性，主要由軸孔珊瑚屬（Acropora spp.）物種組成。

此外，通過對生存率和生長率的測量，發(fā)現(xiàn)在Reef Stars修復(fù)的珊瑚區(qū)（E）中，軸孔珊瑚的生存率達到100%，生長速率相對較高。碳酸鹽預(yù)算的計算結(jié)果顯示，Reef Stars修復(fù)的珊瑚區(qū)（E）具有更高的凈碳酸鹽生產(chǎn)和總碳酸鹽生產(chǎn)，較之未修復(fù)的珊瑚區(qū)和健康珊瑚區(qū)顯著增加。

上圖展示了用于估算研究的三個Moore Reef站點珊瑚礁碳酸鹽預(yù)算的方法的示意圖。研究基于Perry等人（2012）的Reef Budget方法。圖中清晰顯示了對珊瑚礁增長的正負貢獻，即生產(chǎn)和侵蝕。具體而言，顯示了凈碳酸鹽生產(chǎn)、總碳酸鹽生產(chǎn)、總生物侵蝕、以及生產(chǎn)和侵蝕過程的主要貢獻者。圖片來源：Nu?ez Lendo, C.I.

也就是說，研究團隊通過對修復(fù)地點、附近未修復(fù)的天然礁和珊瑚碎石區(qū)域的碳酸鹽生產(chǎn)和侵蝕率進行估算，發(fā)現(xiàn)修復(fù)地點的礁石增加率可達6-29%。此外，他們還研究了主要的鈣化生物（珊瑚）的骨架性質(zhì)，包括中間軸孔珊瑚（Acropora intermedia）、細枝鹿角珊瑚（Pocillopora damicornis）以及支撐軸孔珊瑚屬碎石（在研究區(qū)域占主導(dǎo)地位）。研究結(jié)果顯示，在修復(fù)地點，珊瑚硬度、孔隙率等方面的性質(zhì)相對于未修復(fù)的地點并沒有顯著的影響，但細枝鹿角珊瑚的硬度似乎有所下降，表明在修復(fù)活動中不同珊瑚物種表現(xiàn)出不同的性能。

通過這項研究，可以看出，珊瑚修復(fù)對增加當?shù)睾Ｓ虻奶妓猁}預(yù)算很有幫助。這意味著：珊瑚修復(fù)可以有效地恢復(fù)海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)。該研究還強調(diào)了對修復(fù)活動成功的全面評估的重要性，包括珊瑚生長和硬度等指標。通過Reef Stars修復(fù)方法的研究，科學(xué)家們?yōu)閷嵺`者提供了一種評估修復(fù)效果的重要方法，以了解修復(fù)活動帶來的更廣泛的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

海洋與濕地·小百科

珊瑚礁碳酸鹽預(yù)算

珊瑚礁碳酸鹽預(yù)算（Reef Budget），是一種用于評估珊瑚礁碳酸鹽預(yù)算的方法，被廣泛應(yīng)用于研究中。碳酸鹽預(yù)算提供了研究珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)變化的數(shù)據(jù)。對于受到氣候變化、人類活動或自然災(zāi)害等因素影響的珊瑚礁，通過測量碳酸鹽預(yù)算，科學(xué)家能夠評估修復(fù)措施的成功程度。

碳酸鹽預(yù)算（珊瑚礁通過產(chǎn)生和侵蝕之間的平衡）對于珊瑚礁結(jié)構(gòu)的物理彈性至關(guān)重要。然而，由于缺乏標準化方法，碳酸鹽預(yù)算在管理和保護方面的應(yīng)用一直受到限制。為解決這一難題，英國埃克塞特大學(xué)的地理學(xué)家開發(fā)了ReefBudget，這是一個開放獲取的工具，最初專注于加勒比地區(qū)，進行實地測試和研討會。其核心思想是通過綜合考慮珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)中碳酸鹽的生產(chǎn)和侵蝕過程，來評估該區(qū)域的碳酸鹽平衡狀況。具體來講，Reef Budget方法考慮了珊瑚礁區(qū)域的硬珊瑚覆蓋、硬珊瑚生長、硬珊瑚死亡、珊瑚碎屑覆蓋、以及生物侵蝕等因素，通過這些因素的量化來計算碳酸鹽的總生產(chǎn)和總侵蝕。通過比較總生產(chǎn)和總侵蝕之間的差異，可以得出珊瑚礁區(qū)域的凈碳酸鹽生產(chǎn)情況，從而了解該區(qū)域的碳酸鹽預(yù)算狀況。

“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編查看了英國埃克塞特大學(xué)官網(wǎng)的一篇介紹，發(fā)現(xiàn)ReefBudget方法已被用于量化2016年馬爾代夫珊瑚白化事件的嚴重影響，并在墨西哥中美洲珊瑚礁沿線的多個地點進行預(yù)算評估。荷蘭安的列斯群島的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)了一些對海平面上升更加脆弱的沿海區(qū)域。在英屬印度洋領(lǐng)地，該方法也被用于監(jiān)測2016年珊瑚白化事件后的變化。

馬斯輔助珊瑚礁恢復(fù)系統(tǒng)

馬斯輔助珊瑚礁恢復(fù)系統(tǒng)（MARS，Mars Assisted Reef Restoration System），又稱為“Reef Stars”（珊瑚礁之星），是一種創(chuàng)新的珊瑚礁修復(fù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用六邊形形狀的鋼筋結(jié)構(gòu)，將珊瑚片堅固地固定在一起，形成廣泛而穩(wěn)定的人工珊瑚礁。通過這種連接方式，MARS為珊瑚提供了堅實而可靠的生長平臺。成功應(yīng)用于印度尼西亞和澳大利亞大堡礁等地，MARS為受損珊瑚礁的修復(fù)作出了顯著貢獻。

圖片來源：MARS 2023年影響力報告

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新聞源 | Frontiers in Marine Science

編譯 | 王芊佳

審核 | Sara

排版 | Sara

參考資料略

來源: 海洋與濕地