珊瑚礁监测技术发展现状及原位在线监测建设

随着沿海地区社会和经济活动不断增加,在人类活动和全球气候变化的双重压力下,全球珊瑚礁生态健康状况日益衰退。如何有效地监测珊瑚礁生态系统,使管理部门能够及时采取保护措施防止珊瑚礁生态系统的退化,已成为拥有珊瑚礁资源的国家亟需解决的环境问题。各主要国家均在大力发展珊瑚礁监测技术与装备。文中综述了国内外在珊瑚礁生态系统监测技术方面的研究现状,基于前人提出的原位在线监测技术,在南海某岛礁海域建设了珊瑚礁生态环境原位在线监测系统,并进行了1年多的业务化运行。在业务化运行期间,原位在线监测系统成功监测到了珊瑚礁的"白化-死亡-微藻附着-珊瑚骨骼腐烂-大型藻占领"这一退化过程,表明该监测系统能够实现珊瑚礁的长期、实时、连续监测。本文研究对于进一步认识珊瑚礁生态系统的时间变化特征及其影响机制均具有重要意义。     

珊瑚礁生态修复效果评价指标体系研究进展

近年来气候变化和人类活动导致全球范围内珊瑚礁大幅度退化,珊瑚礁生态系统面临严重威胁。开展珊瑚礁生态修复是恢复珊瑚礁生态系统最有效、最根本的措施之一,它不仅可以恢复珊瑚礁在生态系统中的功能,还可以提供相应的社会、文化、经济效益以及服务价值。近十几年来,我国在海南、西沙以及广西等海域开展了大量的珊瑚礁生态修复实践,但在评价珊瑚礁生态系统修复效果上仍没有一套系统的技术指标体系。本文在文献综述的基础上,将广泛使用的生态系统评价指标与珊瑚礁生态系统实际情况相结合,提出涉及珊瑚礁生态系统、社会文化、经济和治理等方面共12个指标,构建一套适合我国珊瑚礁生态修复效果评价的指标体系,以期指导珊瑚礁生态系统修复工作和保护我国的珊瑚礁资源。     

珊瑚礁生态系统功能产生机制及评价方法

生态系统功能是指生态系统维持自身或其他生态系统健康,并直接或间接为人类提供产品和服务的能力。客观评价珊瑚礁生态系统功能对实现珊瑚礁资源有效保护和可持续利用有重要意义。本研究梳理归纳了生态系统功能的概念内涵,分析了珊瑚礁生态系统功能的产生机制;初步构建了基于珊瑚礁生态系统功能指数(coral reef ecosystem function index,CREFI)的珊瑚礁生态系统功能评价方法;并以徐闻国家级珊瑚礁自然保护区为例,利用2006年和2016年调查数据对珊瑚礁生态系统功能进行定量评价。结果显示,徐闻国家级珊瑚礁自然保护区2016年的CREFI高于2006年,主要是由于珊瑚礁的死亡率有所降低和食草性鱼类种数明显增加;CREFI具有清晰的应用目标和理论框架,评价结果能清晰地反映珊瑚礁生态系统功能的时空差异,较好地评价珊瑚礁生态系统的功能稳定性和健康状况,可作为一种珊瑚礁生态系统功能定量评价模型,为珊瑚礁生态系统管理和决策提供参考。     

珊瑚礁及其生态系统的特征

本文论述了珊瑚礁的形成机理、分类、生态环境以及珊瑚礁生态系统的结构和功能,从而指出了珊瑚礁生态系统是海洋中生产力水平极高的生态系统。     

珊瑚礁生态系统修复研究进展

健康的珊瑚礁生态系统具有造礁、护礁、固礁、防浪护岸、防止国土流失的功能。同时, 珊瑚礁生态系统生物多样性极高, 被称为海洋中的“热带雨林”。我国南海拥有200多个珊瑚岛、礁与沙洲, 是世界海洋珊瑚礁最丰富的区域之一。近年来, 由于全球气候变化和围填海等人类活动的影响, 珊瑚礁生态系统受到了不同程度的影响或破坏, 危及海洋生态与岛礁安全, 珊瑚礁生态系统的修复至关重要。本文对珊瑚礁生态系统的现状、修复方法及存在的问题进行了总结, 并在此基础上创新性地提出了基于系统的珊瑚礁多维生态系统修复模式并付诸实践, 以期提供更有效的珊瑚礁生态系统修复新方法。     

基于PSR模型的珊瑚礁生态系统健康评价指标体系的构建与应用

运用压力-状态-响应（pressure-state-response,PSR）模型,采用生态系统健康理论评价珊瑚礁生态状况.借鉴国内外现有生态系统评价方法,结合珊瑚礁生态系统的特点,建立适合我国国情的珊瑚礁生态系统评价方法和模式,并对我国典型海域珊瑚礁生态健康状况进行评价,以期为我国典型珊瑚礁生态系统健康状况提供基础资料.评价结果显示东山、涠洲岛、海南东部珊瑚礁生态健康状况为健康,徐闻和西沙海域珊瑚礁生态健康状况为亚健康,评价结果与我国相关生态监控区调查结果基本一致.     

涠洲岛珊瑚礁系统特征及台风对其影响

文章通过对涠洲岛珊瑚礁生态系统近20年的环境监测数据的梳理,结合前人研究,分析涠洲岛珊瑚礁生态系统的水质、生态和地貌特征以及极端天气过程(台风和暴雨)对其的影响。结果显示,涠洲岛珊瑚礁生态系统的水质、生态和地貌现状均健康良好,适宜珊瑚礁的生长发育,但总体呈现衰退趋势。极端天气过程的影响会给涠洲岛珊瑚礁生态系统造成短时间内的毁灭性打击。随着人类活动的加剧,涠洲岛珊瑚礁生态环境质量有所降低,应引起足够的重视。对涠洲岛珊瑚礁生态系统长期的监测和研究,不仅可以为保护和开发管理海岛珊瑚礁提供科学支撑,也为验证达尔文的环礁成因学说提供第一手资料。     

弹性思维在珊瑚礁资源管护中的应用

文章从生态弹性理论出发,分析了生态弹性的内涵、特征和影响因素,阐释了生态弹性对于维持社会—生态系统的稳定和生态服务功能的持续发挥具有重要意义。通过分析珊瑚礁生态系统在经历多重干扰后发生态势转换,说明生态弹性对于维持系统的稳定和可持续性至关重要。而在诸多决定珊瑚礁生态系统弹性的因素中,生物多样性的丧失会导致系统更容易受到外界干扰的影响而不断退化。在国内外相关研究工作的基础上,结合我国珊瑚礁生态系统监测能力,提出了一套针对我国珊瑚礁生态系统的弹性评价指标体系,为深入了解我国珊瑚礁生态系统的弹性提供参考,建立以保障和提高珊瑚礁生态系统弹性为宗旨的管理方式,将为解决珊瑚礁资源退化问题提供更多的选择。     

南海典型珊瑚礁生态系统健康评价方法研究

本研究基于系统复杂性原理, 提出了南海典型珊瑚礁生态系统健康评价方法——组织力及系统功能评价法。该方法的评价框架包括珊瑚礁生态系统结构及功能、珊瑚礁生态系统与其他海洋生态系统间关系、与人类社会生态系统间关系、珊瑚礁生态系统发展制约因素等四大模块; 评价指标体系分为目标层、准则层、因素层、要素层等6个层级共计67个指标。同时, 本研究系统地提出了珊瑚礁生态系统健康评价的流程, 提高了珊瑚礁健康评价工作的规范性和时效性。应用组织力及系统功能评价法对2011—2018年西沙群岛珊瑚礁生态系统进行了健康评价, 结果显示自2011年起健康指数年均下降2.3%~2.4%, 除2012年、2015年健康指数稍有回升外, 其余年份均呈下降走势, 整体评价为亚健康状态。根据七连屿周边岛屿的实地考察和居民生活问卷调查结果, 2006—2008年的渔业发展、2012年的海星泛滥和2014—2015年的岛礁建设均对珊瑚礁生态系统造成了较大影响, 使10年内渔业产量下降了50%~80%。这与应用组织力及系统功能评价法的评价结果相吻合, 侧面验证了该评价方法的科学性和可行性。     

珊瑚礁生态系统的新假说

珊瑚礁通常位于被称之为“海洋沙漠”的海域,那里的水温高、海水清洁,但缺乏营养物质。可是在珊瑚礁周围物种很丰富,生物生长非常繁荣,形成了独特的珊瑚礁生态系统。为什么珊瑚礁生态系统能够维持很高效益的生物活性?一般认为,这是因为它能有效地再循环微量营养物质和溶解气体。     

西沙群岛珊瑚礁生态系统恢复的可行性研究

全球珊瑚礁生态系统处于不断变化当中,有衰退的区域,也有恢复的区域,这就需要一个务实的方法来鉴别这种不确定性。健康的珊瑚礁生态系统可以应对对珊瑚礁群落结构起重要作用的自然干扰,可以从严重干扰中恢复过来,但要完全恢复可能需花费数十年时间。受人类长期影响的区域,为了能有恢复机会,就需要采取一些恢复措施(直接和间接的方法)让其恢复。珊瑚礁恢复绝不应该被夸大,应该清楚地了解它的局限性,这项工作仍处于起步阶段。文章以西沙群岛的珊瑚礁生态系统为例,讨论了其珊瑚礁生态系统恢复的可行性。     

基于Ecopath模型的七连屿礁栖性生物的生态承载力分析

生态承载力评估是开展生物资源增殖放流, 维持珊瑚礁生态系统健康的基础和前提。本文基于2019年渔业资源和生态环境的综合调查数据, 构建了七连屿珊瑚礁海域生态系统的生态通道(Ecopath)模型, 分析和探讨了相关功能组增殖放流的生态承载力。结果显示, 七连屿珊瑚礁海域生态系统各功能群营养级范围为1.00~3.81; 生态系统的总能量转化效率为13.45%; 生态系统以牧食食物链占据主导地位, 直接来源于初级生产者的能流占比为57%。系统总初级生产量/总呼吸量为2.54; 总初级生产量/总生物量为19.07; 系统连接指数和系统杂食性指数分别为0.36和0.22, 表明当前七连屿珊瑚礁海域生态系统的成熟度和稳定性偏低, 系统对于外界的干扰抵抗能力较弱。在未改变七连屿珊瑚礁生态系统结构和功能的前提下, 各功能组中珊瑚、双壳类和植食性鱼类的生态承载力分别为25.09~53.77t•km^-2、2.55~39.95t•km^-2和4.89~17.94t•km^-2, 因此仍具有较大的增殖空间。珊瑚礁鱼类群落的最大生态承载力同珊瑚礁无脊椎动物群落的增殖密切相关, 在未来的珊瑚礁渔业管理中应从生态系统整体结构的角度综合考虑增殖放流的方法设计。     

全球变化背景下暖水珊瑚礁生态系统的适应性与修复研究

暖水珊瑚礁生态系统是热带海域最具生物多样性和代表性的生态系统之一。本研究分析了全球变化背景下暖水珊瑚礁生态系统的变化和风险,开展了受损暖水珊瑚礁生态系统退化和消失的致灾因子归因分析,综述了暖水珊瑚礁生态系统的适应性与修复技术研究。分析表明:①过去几十年来,暖水珊瑚礁生态系统快速退化,包括大面积白化和死亡、多样性明显减少和生态功能显著衰退,主要归因于海洋升温与人类活动等致灾因子的影响;②在温室气体高排放浓度情景下(RCP 8.5),相比工业革命前,到本世纪中叶,南海升温将可能远超过2℃,这表明南海暖水珊瑚礁生态系统正在逼近其气候临界点,即全球升温高于2℃时,90%~99%以上的暖水珊瑚将消失;③1980年代以来,海洋升温、海洋热浪和强热带气旋等海洋气候变化致灾因子对南海暖水珊瑚的危害性(影响的强度、范围和时间)明显增加,对暖水珊瑚礁生态系统产生了严重的影响;与此同时,近岸海域的过度或破坏性捕捞、采挖和潜水等人类活动,对暖水珊瑚造成了严重损害,增加了暖水珊瑚的气候脆弱性,而这种人类活动既是局部的,也是全球性的现象,使得暖水珊瑚更难以适应全球变暖的影响。分析还表明,为了增强暖水珊瑚适应气候与环境变化的恢复力(韧性),人们开展了诸多受损珊瑚礁生态系统的适应性与修复研究,但主要是采用无性繁殖或结合人工基质的修复方式,而应用有性繁殖技术恢复受损珊瑚礁的方式仍较少;最近,暖水珊瑚耐热的基因适应性研究取得了重要进展,为暖水珊瑚适应全球变暖提供了一种新的途径。本研究最后探讨了中国受损珊瑚礁生态系统的修复问题与对策。     

原位监测技术在西沙群岛珊瑚礁生态系统中的应用

传统的珊瑚礁生态系统监测方法不能连续监测,无法监测到突发事件对珊瑚礁生态的影响,也很难定点对珊瑚礁群落进行监测,数据分析存在较大的局限性。原位监测技术集成了水质监测和水下成像技术,并实现了在线传输,在很多方面优于传统的监测方法。文章以西沙群岛赵述岛海域为实验海区,进行了珊瑚礁生态系统原位监测技术实验,实验内容包括pH值、溶解氧、浊度、叶绿素、盐度、水下录像以及实时在线传输。系统运行一年后,获得了水质、珊瑚覆盖率、种群数量和鱼类密度等数据的变化,进而判断实验海区的珊瑚礁生态系统正在恢复。通过在实验海区的实验,说明该原位监测技术是可行的,可以将监控站点推广至整个西沙群岛的岛礁,而不局限于永兴岛附近海域,监控数据可以服务于珊瑚礁生态恢复、保育和资源利用。     

华南珊瑚礁的海岸生物地貌过程

海岸生物地貌学研究海岸带生物过程和动力-沉积-地貌过程之间的双向相互作用，是海岸生态系统响应和反馈全球变化的重要机制，被列为全球变化核心项目海岸带陆海相互作用研究的重点内容。20世纪90年代以来对华南珊瑚礁热带生物海岸生物地貌过程的调查研究显示：①造礁石珊瑚的高生长率和珊瑚礁高堆积速率是珊瑚礁生物地貌过程的物质基础；②珊瑚礁海岸地貌结构分带性和生物地貌类型和动力地貌类型叠加并共存；③潮汐水位严格控制珊瑚礁群落分布格局并形成重要的生物地貌界限；④珊瑚礁海岸生物地貌过程有利于消除或减缓海平面上升的浸淹效应；⑤珊瑚礁海岸不断加剧的人类活动干扰和生态破坏导致生物地貌功能削弱和海岸资源环境恶化。急需加强珊瑚礁管理和保护。     

中国珊瑚礁资源状况及其药用研究调查 Ⅱ.资源衰退状况、保护与管理

对中国珊瑚礁资源衰退状况和原因进行了调查和分析.结果表明,中国南海珊瑚礁资源衰退状况严重,珊瑚礁破坏率高达 90%以上,其中,占全国珊瑚礁总面积98%的海南,80%～95%的珊瑚礁受到破坏.除自然因素外,对珊瑚礁资源的不当的、过度的开发利用,社会经济发展带来的海洋环境污染等人为因素,是珊瑚礁资源衰退的主要原因.建立南中国海珊瑚礁生态系统保护与管理国际合作机制,正确评估珊瑚礁的生态功能与价值,建立珊瑚礁自然保护区及监测网络系统,是中国珊瑚礁资源保护性开发利用的可行对策.     

中国珊瑚礁资源状况及其药用研究调查 Ⅰ.珊瑚礁资源与生态功能

对中国珊瑚礁生物物种组成、资源状况、分布特征及其生态功能进行了调查和评价.中国珊瑚礁主要分布在中国南海诸岛海域和唬南、广东、广西、福建、台湾等近岸海域.中国造礁石珊瑚已记录21科,56属295种,对珊瑚礁生态系统结构与生态功能的维持具有重要作用.八放珊瑚亚纲中柳珊瑚已记录7科,28属,75种,软珊瑚有6科,23属,113种,是现代海洋药物研究的热点生物资源.中国珊瑚礁具有造礁与消波护岸、维持珊瑚礁生态系统和生物多样性、提供生物资源和材料、生物地球化学与科学研究、文化教育与生态旅游等多种生态功能与价值.     

蓝镜头

美国的花园海岸国家海洋保护区以保护珊瑚礁为主，那里生活着成千上万的海洋生物。图为潜水摄影师正在用镜头追踪一只蝠鲼。     

珊瑚礁生态学的研究现状和展望

近２０年 ,珊瑚礁生态系统优美的水下景观及其在旅游和渔业方面带来的巨大经济效益不断地被认同 ,但同时人类的活动却严重影响了它所维持的生态平衡 ,这引起了人们 ,尤其是科学家、政府部门的关注。其实 ,早在１９世纪ＣｈａｒｌｅｓＤａｒｗｉｎ时代的科学工作者们就对珊瑚礁的生物学、地质学有所研究 ,德国生物学家赫克尔对“生态学”的提出及其在海洋科学研究中应用［１］,为珊瑚礁生态学的发展提供了基础。接着 ,生态系统的概念也被引入到珊瑚礁的研究中。但之后相当长的一段时期内 ,对复杂的珊瑚礁生态系的大部分的理解仍然处于初始状…     

珊瑚礁区海底地下水排泄的环境效应及其珊瑚记录研究进展

海底地下水排泄(SGD)是近岸海洋化学和生态系统演化的重要驱动因素，其携带的大量物质对珊瑚礁发育和退化具有非常重要的影响。本文综述了珊瑚礁区的SGD特征及其对珊瑚礁发育和退化的潜在生态环境效应，SGD的珊瑚替代指标以及全球各海域SGD的高分辨率珊瑚记录研究进展，并以南海北部为例探讨珊瑚礁退化的主导因素及SGD的潜在影响。研究发现，目前珊瑚礁区，尤其是岸礁区长时间序列的SGD动态变化记录的研究极为薄弱；利用珊瑚骨骼的地球化学指标来重建局部海域的SGD通量的动态历史变化具有较强的可操作性；虽然SGD极有可能是以南海北部为代表的珊瑚礁区珊瑚礁退化的重要因素，但目前无论是政府机构还是公众对SGD的关注和重视相当有限。未来的研究应该聚焦于珊瑚礁区SGD及其携带物质通量的高分辨率珊瑚记录，进而探讨SGD对珊瑚礁发育和退化影响的关键过程与机制，并提出科学合理的应对建议。