原位監測技術在西沙群島珊瑚礁生態系統中的應用＊

李元超，于洋，王道儒，黃強

（1．海南省海洋與漁業科學院 ?？?570125；2．山東恒誠檢測科技有限公司 萊州 261437）

最近幾十年來，為評價珊瑚礁的健康狀況，世界珊瑚礁國家紛紛實施珊瑚礁生態系統監測計劃，如美國從2000 年開始實施國家珊瑚礁生態監測項目（National Coral Reef Ecosystem Monitoring Program）［1］、珊 瑚 礁 健 康 與 監 測 計 劃（Coral health and Monitoring Program）［2］、珊瑚礁監視計劃（Coral Reef Watch）［3］等，對10個珊瑚礁區域開展長期監測，以評價珊瑚礁受到人類活動和全球氣候變化影響的狀況。監測方式包括建立海上觀測站、近岸區域斷面站和遙感技術，為美國實施珊瑚生態管理、保護區建設、珊瑚礁生態研究提供科學依據［4－5］。

澳大利亞在珊瑚礁生態監測方面的研究起步也較早，制訂了珊瑚礁救援監測計劃（Reef Rescue Marine Monitoring Program）［6］、珊瑚礁水質保 護 計 劃（Reef Water Quality Protection Plan）［7］、珊 瑚 礁 樣 地 計 劃（Paddock to Reef）［8］等，各種監測方法也相繼提出并得到發展。

我國從2004 年起實施珊瑚礁生態監測計劃，每年對海南島東部、西沙珊瑚礁生態進行監測［9］。

目前，國內外珊瑚礁的監測方法，主要是參照Reef Check的方法［10］，即專業潛水員執行穿越線法，通過拍攝錄像，記錄調查范圍內的珊瑚生長情況、健康狀況、白化的比例、大型底棲生物以及藻類等信息。這些監測技術可以對監測區域的珊瑚礁做詳細的調查，因此被國內外監測珊瑚礁的組織機構采用了多年。但由于不能連續監測，無法監測到如風暴、低溫和生物暴發等突發事件對珊瑚礁生態的影響。再由于不能定點對某一個珊瑚礁群落進行監測，數據分析存在較大局限性。隨著自動化技術的發展，可以把多種水質傳感器和高分辨率水下攝像機整合于一個系統內，同時完成實時在線遠距離傳輸，從而構建珊瑚礁生態系統的原位監測系統。

1 系統構件及原理

原位監測系統主要由4部分組成：數據采集部分、數據傳輸部分、基站和遠程終端。

主要原理是：水質傳感器及攝像機獲得的數據，通過數據采集裝置進行采集、放大和加密后，由無線微波發射裝置發射到基站，再由基站的無線微波接收裝置接收、解碼、放大，最后通過網絡傳輸到遠程終端。

2 實驗海域

實驗海域位于西沙群島趙述島海域（圖1）。采用水中支架的方式安裝，安裝水深6m，水下部分主要是各種水質傳感器及水下攝像機，水上部分主要是發電機、數據采集器及發射裝置。

圖1 實驗海區站位

3 結果及討論

3．1 水質傳感器監測結果

（1）pH 值。根據水質監測系統的連續監測結果，趙述島潟湖內示范區的pH 值大約為8．13～8．09，數值早晚存在波動，振幅在0．04左右。

根據西沙珊瑚礁生態監控區數據，該海區的pH 值在8．2～8．3，實測pH 值略低。

（2）鹽度。監測數據顯示趙述島潟湖內的鹽度在33．0～33．5，數值早晚波動，振幅在0．2～0．3左右。

根據西沙珊瑚礁生態監控區數據，該海區的鹽度為33．68左右，基本與實測值保持一致。

（3）葉綠素。監測數據顯示趙述島潟湖內的葉綠素濃度在0．01～0．05μg／L，數值早晚有波動，最大值出現在中午過后，最小值出現在早晚。

根據西沙珊瑚礁生態監控區數據，該海區的葉綠色濃度為0．02～0．03μg／L，與實測值基本保持一致。葉綠素結果顯示，該海區的初級生產力是相對較低的。

（4）溶解氧飽和度。數據顯示趙述島潟湖內的溶解氧飽和度在50%～60%之間，數值早晚有波動。

根據西沙珊瑚礁生態監控區數據，該海區的溶解氧濃度在6．5～6．6mg／L，溶解氧飽和度基本在80%以上，實測潟湖內溶解氧飽和度偏低。

（5）濁度。監測數據顯示趙述島潟湖內的濁度一般在1．14NTU 左右，水質透明度較高。

（6）水環境評價。根據原位監測系統的水質觀測值對珊瑚礁生態系統水環境健康指數進行評價（評價標準為《中華人民共和國海洋行業標準HY／T 087－2005：近岸海洋生態健康評價指南》）。根據實測值，pH 值在8．08～8．14，為一級水平；濁度小于2NTU，懸浮物濃度小于2 mg／L，為一級水平；活性磷酸鹽和無機氮根據本底資料，也處于一級水平；溶解氧飽和度為50%～60%，處于二級水平；葉綠素含量為0．01～0．03 μg／L，也處于一級水平。所以水環境健康指數（Water health index，記作Iw）為14．17。

當5≤Iw＜8時，水環境為不健康；當8≤Iw＜11時，水環境為亞健康；當11≤Iw≤15時，水環境為健康。所以實驗海區的水環境狀況是健康的。

3．2 水下攝像機監測結果

水下錄像內可以判讀的信息非常多，如珊瑚覆蓋率、珊瑚生長率、珊瑚種類、珊瑚數量、珊瑚病害、魚類密度、魚類種類、大型藻類覆蓋率，大型底棲生物種類及密度等，甚至是顯示漲潮、退潮及風暴潮等不同海況下，各類海洋生物的活動情況（覓食、領地等）。本研究僅以一個攝像機的2011年11月和2012年4月的數據為例，分析實驗海區的珊瑚礁生態系統變化情況。

2011年11 月實驗區域內珊瑚覆蓋率為36%，2012 年4 月實驗區域內珊瑚覆蓋率為55%。經過6 個月的時間，珊瑚覆蓋率提高了19%。

以前實驗區域內珊瑚個數為9個，現在珊瑚個數為11個。經過6個月的時間，珊瑚個數增加了2個。以前魚類密度為10 條／min，現在魚類密度為11 條／min。大型底棲動物和大型藻類未變。

同時對比了佳麗鹿角珊瑚的生長速度，佳麗鹿角珊瑚在6 個月的時間內枝杈伸長了5～6cm，基本可以達到每月生長1cm 的速度。

通過這6個月的視頻資料，可以初步判斷該實驗區域的珊瑚礁生態系統正在恢復，珊瑚覆蓋率提高，數量增多，魚類密度也有所提高。鹿角珊瑚生長速度較快，可以在短時間內重建珊瑚礁生態系統的三維結構，為其他礁棲生物提供更多的生境。

4 結論

通過對原件監測系統數據的初步分析，可以了解趙述島實驗海區的珊瑚礁生態系統在一段時間內的變化情況，如水質的波動情況、珊瑚的生長情況、魚類的變化情況等，而不像以前每年只監測一次，數據單一，不能真實反映珊瑚礁生態系統的實際情況。

通過趙述島實驗海區的實驗，筆者認為該原位監測系統的監測數據是比較可信的，數據獲得和傳輸也比較穩定，所以該原位監測系統能夠滿足對西沙群島珊瑚礁生態系統監測的需要。

可以構建原位監測系統，建立西沙群島珊瑚礁立體監測，監控站點可以覆蓋整個西沙群島的島礁，而不局限于永興島附近海域，監控數據可以服務于珊瑚礁生態恢復、保育和資源利用。

但該原位監測系統也有一些不足，如在高溫高鹽的西沙群島海域如何防腐蝕，如何保證信號傳輸的進一步穩定，如何對系統進行快速維修等問題，都需要在今后的應用推廣中進行改進。

［1］WADDELL J，MONACO M，CLARKE A．National coral reef ecosystem monitoring program－coral reef ecosystem monitoring grants［EB／OL］．（2012－10－18）［2013－07－03］．http：／／ccma．nos．noaa．gov／ecosystems／coralreef／coral＿grant．aspx．

［2］HENDEE J，CARLTON R，ENOCHS I．Coral health and monitoring program ［EB／OL］．（2013－05－16）［2013－07－03］．http：／／www．coral．noaa．gov／．

［3］LIU G，SCOTT F，HERON C，et al．Coral reef watch［EB／OL］．（2002－01－01）［2013－07－03］．http：／／coralreefwatch．noaa．gov／satellite／index．php．

［4］LESSIONS H．Diadema antillarum populations in Panama twenty years following mass mortality［J］．Coral Reefs，2005，24（1）：125－127．

［5］MIllER R J，ADAMS A J，OGDEN N B．Diadema antillarum 17years after mass mortality：is recovery beginning on St．Croix［J］．Coral Reefs，2003，22（2）：181－187．

［6］REICHELT R．Reef rescue marine monitoring program［EB／OL］．（2003－10－01）［2013－07－03］．http：／／www．gbrmpa．gov．au／about－the－reef／how－the－reefs－managed／reef－rescue－marine－monitoring－program．

［7］CRAIK W．Reef water quality protection plan（Reef Plan）［EB／OL］．（2013－09－25）［2013－11－04］．http：／／www．reefplan．qld．gov．au／index．aspx．

［8］CRAIK W．Paddock to reef program［EB／OL］．（2013－09－23）［2013－11－04］．http：／／www．reefplan．qld．gov．au／index．aspx．

［9］吳鐘解，王道儒，涂志剛，等．西沙生態監控區造礁石珊瑚退化原因分析［J］．海洋學報，2011，33（4）：140－145．

［10］GREGOR H．Reef Check：the first step in community－based management［J］．Bulletin of Marine Science，2001，69（2）：861－868．