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。     

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。     

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.     

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。     

鹿回头佳丽鹿角珊瑚卵母细胞发育的组织学研究

海南省三亚市鹿回头海域珊瑚礁生态系统退化严重,为了恢复珊瑚礁资源,引进国际上最新的珊瑚礁恢复策略--捕获珊瑚幼虫安放到珊瑚礁退化区域,该策略的重点是准确掌握珊瑚的排卵时间.实验通过组织学分析珊瑚卵母细胞发育情况从而判定珊瑚的排卵时间,而野外的珊瑚幼虫捕获实验也证实我们对排卵时间的判断.通过观测卵母细胞的发育情况,我们确定佳丽鹿角珊瑚Acropora pulchra的排卵时间为4月底5月初.同时也证实佳丽鹿角珊瑚共生的虫黄藻Zooxanthellae是后天获得的.将组织学分析应用到珊瑚礁的恢复中来,使得以后大量的捕获珊瑚幼虫,加快对珊瑚礁退化区域进行恢复成为可能.     

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...     

珊瑚礁生态系统健康评价方法的研究进展

简要介绍了珊瑚礁生态系统具有极高生产力和物种多样性,易受外界环境影响而衰退等特点.珊瑚礁生态系统的健康评价离不开对珊瑚礁的监测及数据的调查,全球珊瑚礁监测网络推荐的珊瑚礁监测包括生态监测以及经济监测两部分,监测方法应满足相应的要求,以保证所获数据可以进行相关比较.应用于生态系统评价的方法主要有指示物种法和指标体系法.珊瑚礁监测及评价中常用的指示物种的生物指标包括石珊瑚生物指标以及其它生物指标.造礁石珊瑚是珊瑚礁最重要的生物,目前对珊瑚礁的监测主要集中于存活硬珊瑚盖度以及生物多样性指数.一般而言,这是两个最重要的参数,但仍有不足.因此,珊瑚生长率(骨骼生长)的测量、钙化生产率、珊瑚生育力及补充、监测虫黄藻损失、珊瑚疾病及细菌暴发性增值、珊瑚骨骼的生物累积等指标也随之建立起来.为了对珊瑚礁原始生存结构生物提供一个早期亚致死压力预警,以便对珊瑚礁采取有效的保护管理措施,珊瑚礁鱼类、软体动物等其它生物及相关指标得到了应用和发展.与指示物种法相比,指标体系法不仅考虑了不同组织水平之间的相互作用以及同一组织水平上不同物种间的相互作用,而且还考虑了不同尺度转换时监测指标的变化,更能客观全面反映珊瑚礁的健康状况及变化趋势.HRHPI推荐从生态结构、生态功能、压力及社会经济几个特征属性方面对珊瑚礁健康进行评价,并给出每个特征属性包含的具体指标,以及各指标与珊瑚礁健康的相关性,指标选取标准,指标数据的获得方法以及基准值或目标值的设定等.尽管HRHPI给出了详细的评价指标体系,并探讨了指标评价标准("基准值"及"目标值")、健康指数、生态完整指数等概念,但评价模型或模式仍在探索中.随着新方法新技术的发展,高科技方法在珊瑚礁健康评估中得到了应用并迅速发展.由于尚无确定的评价珊瑚礁健康的模式,因此建立一个可以描述珊瑚礁群落健康状况的数量模型或者指标非常有必要.     

三亚蜈支洲珊瑚礁观光旅游活动对珊瑚及其生态的影响探讨

2004-2008年采用Line Intercept Transect断面法对蜈支洲珊瑚礁观光旅游区的珊瑚礁进行监测.文章对珊瑚覆盖率和珊瑚补充量进行了调查,分析了珊瑚礁的变化趋势,总结珊瑚礁观光旅游活动对珊瑚的影响.结果表明:企业的可持续开发,取代了不合理开发所带来的对珊瑚礁及其生态的极大破坏,对旅游活动局部区域附近的珊瑚生态起到促进保护作用;珊瑚礁旅游活动对局部区域的珊瑚产生一定的影响.通过依托珊瑚生态景观旅游活动区蜈支洲的调查,发现科学合理的规划和适度的旅游开发,在一定程度上不仅有效地保护珊瑚,而且能够促进受影响和破坏的珊瑚礁得到修复和稳定,使珊瑚礁旅游业可持续健康发展.     

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。     

西沙赵述岛海域珊瑚礁生态修复效果的初步评估

珊瑚恢复是一个协助退化、受损的珊瑚礁生态系统恢复的过程.近10 a来,西沙珊瑚礁生态系统不断退化,至2009年珊瑚覆盖率已下降至不足10%.针对西沙群岛珊瑚礁生态系统的退化状况,2011年12月于西沙赵述岛海域投放人工礁基并开展珊瑚移植实验,比较了人工修复区和自然恢复区1a后的修复效果.结果显示,投放礁基且进行珊瑚移植的区域,移植珊瑚的存活率不到10%;投放礁基但未进行珊瑚移植的区域,珊瑚补充量高达6~7 ind/m2;自然恢复区其珊瑚覆盖率提高了19.4%.依据珊瑚礁生态修复效果评估方法,人工修复且进行移植珊瑚的区域的生物修复权重值为27.5,人工修复但未移植珊瑚区及自然恢复区的生物修复权重值为39.3,珊瑚修复生物指标为亚健康.我们的结果表明,在健康、有良好珊瑚幼虫补充的珊瑚礁生态系统中,珊瑚礁群落可以自行恢复,其恢复只是一个时间的问题;而在缺少珊瑚幼虫附着基底的区域,通过人为增加一些附着基底,可加速其恢复进程.     

海南岛西北部海域珊瑚礁造礁石珊瑚种类组成与分布

调查了海南岛西北部海域造礁石珊瑚种类的多样性及分布.结果表明:共发现50种造礁石珊瑚和1种多孔螅.海南岛西北部造礁石珊瑚优势种为澄黄滨珊瑚(Porites lutea)和丛生盔形珊瑚(Galaxea fascicularis),与历史资料相比优势种发生明显变化;海南岛西北部海域造礁石珊瑚覆盖率急剧下降,是由自然因素和人为活动共同造成;海南岛西北部海域是北部湾、琼州海峡和南海的重要交汇点,可能是造礁石珊瑚幼虫扩散的重要通道,对华南沿岸造礁石珊瑚资源自然恢复起到重要作用.因此,未来的海洋管理应该加强对珊瑚礁的保护力度,开发利用与环境保护并重,这样才能有效保护海南岛西北部海域的珊瑚礁.     

Coral reef restoration projects in Thailand

The degradation and deterioration of coral reefs in Thailand has continued for several decades due to pressures from fishery and tourism activities and, more recently, from bleaching. Several institutions and organizations, from both the government and the private sector, have been involved in programs to restore degraded coral reefs. The objectives, scales and methods of these restoration projects have varied widely. This paper briefly reviews the achievements of selected coral reef restoration projects and provides guidelines for future restoration initiatives. The high cost and limited scale of restoration projects puts the onus on governments and communities to prevent damage to coral reefs in the first place. Where restoration is necessary, basic data on the biology and ecology of target species of corals, socio-economic analyses and the involvement of local communities in all stages of the project are key elements for success.     

Dynamic simulation of tropical coral reef ecosystem being disturbed by multiple situations

In consideration of the rapid degradation of coral reef ecosystems, the establishment of models is helpful to comprehend the degradation mechanism of coral reef ecosystems and predict the development process of coral reef communities. According to the characteristics of complex ecosystem of tropical coral reefs in China, the coral reef functional group is the core level variable; combined with the multiple feedback effects of coral reef functional groups and environmental changes, the study presents a coral reef ecosystem dynamics model with hermatypic corals as the core. Based on the simulation of the assumed initial value and the internal feedback of the system, the results show that in the basic simulation(relative health conditions), the coverage area of live corals and coral reefs generally decreased first and then increased, and increased by 4.67% and 6.38% between2010 and 2050, respectively. Based on the calibration model and the current situation of the studied area, the multi-factor disturbance effects of coral reef communities were simulated and explored by setting up three scenarios involving fishing policy, terrestrial deposition, and inorganic nitrogen emissions. Among them, in the single factor disturbance, the fishing policy exerts the most direct impact on the community decline; and the succession phenomenon is obvious; the terrestrial sedimentation has a faster and more integrated effect on the community decline; the effect of inorganic nitrogen emission on the community decline is relatively slow. In the double/multi-factor disturbance, the superimposed disturbance will aggravate the multi-source feedback effect of the coral reef communities development, accelerate the community decay rate, and make its development trajectory more complicated and diverse. This method provides a scientific and feasible method for simulating the damage of long-term coral reef community and exploring the development law and adaptive management of coral reef ecosystems. In the future, it can be further studied in the ecological restoration process and decisionmaking direction of coral reefs.     

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。     

在三亚湾环境下四种方法在五种造礁石珊瑚上移植效果的比较

珊瑚移植一直被认为是增加退化珊瑚礁上珊瑚数量的重要手段之一。为了调查多种珊瑚移植方法和不同珊瑚种类的移植效果,我们选择了已严重退化并仍面临着人类和自然环境胁迫的三亚鹿回头珊瑚礁作为移植地,对5种珊瑚共902个断枝利用4种方法进行了移植。在移植后的10个月,移植珊瑚的存活率为45.5%。移植方法对于不同珊瑚种类具有不同效果,但没有一种方法能够对所有珊瑚的移植效果产生促进作用。虽然对于叶状蔷薇珊瑚（Montipora foliosa）和风信子鹿角珊瑚（Acropora hyacinthus）来说,适合的移植方法能够减缓其死亡速率,但并不能改变其死亡趋势。叶状蔷薇珊瑚和风信子鹿角珊瑚的移植个体呈现出高死亡率和明显的存活组织面积下降,而扁枝滨珊瑚（Porites andrewsi）和丛生盔形珊瑚（Galaxea fascicularis）死亡率和组织部分死亡率则优于前两者。扁枝滨珊瑚和丛生盔形珊瑚仅在一种移植方法中出现了存活组织面积明显增长。鹿角杯形珊瑚（Pocillopora damicornis）是移植珊瑚中唯一一种在所有移植方法上都呈现珊瑚平均存活面积增长的种类。实验结果说明在受到高度胁迫的海域进行珊瑚移植很难取得满意效果,珊瑚种类的选择对胁迫环境下的珊瑚移植效果具有决定性影响,而移植方法只能在部分程度上改善移植效果,但无法弥补鹿回头环境压力对敏感种类胁迫造成的影响。在鹿回头珊瑚礁需首先治理对珊瑚造成胁迫的因子,再进行珊瑚移植,并应优先考虑移植环境耐受性高的珊瑚种类。     

Mapping the global value and distribution of coral reef tourism

Global coral reef related tourism is one of the most significant examples of nature-based tourism from a single ecosystem. Coral reefs attract foreign and domestic visitors and generate revenues, including foreign exchange earnings, in over 100 countries and territories. Understanding the full value of coral reefs to tourism, and the spatial distribution of these values, provides an important incentive for sustainable reef management. In the current work, global data from multiple sources, including social media and crowd-sourced datasets, were used to estimate and map two distinct components of reef value. The first component is local “reef-adjacent” value, an overarching term used to capture a range of indirect benefits from coral reefs, including provision of sandy beaches, sheltered water, food, and attractive views. The second component is “on-reef” value, directly associated with in-water activities such diving and snorkelling. Tourism values were estimated as a proportion of the total visits and spending by coastal tourists within 30 km of reefs (excluding urban areas). Reef-adjacent values were set as a fixed proportion of 10% of this expenditure. On-reef values were based on the relative abundance of dive-shops and underwater photos in different countries and territories. Maps of value assigned to specific coral reef locations show considerable spatial variability across distances of just a few kilometres. Some 30% of the world's reefs are of value in the tourism sector, with a total value estimated at nearly US$36 billion, or over 9% of all coastal tourism value in the world's coral reef countries.     

A study of coral reef resilience and implications of adaptive management and rehabilitation in Khanh Hoa Province, Vietnam

The Province of Khanh Hoa, Vietnam, is located in the western South China Sea and boasts a shoreline of 385 km and many islands. Previous studies have indicated the extreme diversity and abundance of coral reefs in its waters as compared with other coastal provinces of Vietnam. A study on the resilience of coral reefs against increased surface water temperature and anthropogenic impact is conducted at 19 reef sites in 2015. At each site, a series of parameters (e.g., coral covers, genus diversity, and coral recruitment, substratum heterogeneity, depth, water exchange level, and sediment deposit and water temperature) are measured quantitatively or semi-quantitatively. The measured data are rated based on the relationship between the parameter values and coral susceptibility; the consideration that reef health reflects the biological capability to adapt to environmental changes and the recruitment potential if bleached; and positive or negative influences of physical factors in the mitigation of thermal stress and protecting corals from bleaching. A cumulative analysis enables researchers to divide the studied reefs into four categories based on varying levels of reef health to support resilience, recovery, and vulnerability in the case of increased water temperature. Relevant management interventions for each category and other supporting activities are suggested to enhance management effectiveness and to plan the rehabilitation of coral reefs for biodiversity conservation and touristic development, taking into account the involvement of related stakeholders.