珊瑚礁修復研究及發展策略概述

黃丹

摘要：目前我國乃至世界的珊瑚礁生態系統都處于快速退化中，鑒于珊瑚礁巨大的價值和持續面臨的嚴峻威脅，珊瑚礁的修復引起國內外專家的關注，成為社會關注的熱點內容。本文闡述了國內外珊瑚礁修復研究概況，重點介紹了一些非傳統的珊瑚礁修復研究新技術和輔助修復新策略。為我國未來保護珊瑚礁生態系統，開展珊瑚礁修復理論與實踐研究提供借鑒，從而提出我國未來珊瑚礁修復發展策略。

關鍵詞：珊瑚礁；修復；研究概況；發展策略

近年來，在人類活動和全球變暖的影響下，全球珊瑚礁受到不同程度的威脅，處于快速退化中，且造礁珊瑚的覆蓋面逐漸減少，危及珊瑚礁生態系統的修復狀況。大堡礁珊瑚礁覆蓋率從1985年的28.0%下降為2012年的13.8%。我國海南三亞附近的蜈支洲島的珊瑚覆蓋率從 2006年的50%左右退化到2013 年的不足10%。Burke等預測，到2050年，全球大約75%的珊瑚礁將被劃分成遭受致命威脅的等級[1]。

珊瑚礁作為全球物種多樣性最高、資源最豐富的生態系統之一，具有重要的生態價值和獨特的經濟價值。因此，面對珊瑚白化死亡、大面積退化的現狀，珊瑚礁修復迫在眉睫。珊瑚礁修復是在人工干預下運用科學合理的方法使退化珊瑚礁重新恢復活力、擴大覆蓋率的技術。本文通過闡述國內外珊瑚礁修復研究概況，重點介紹一些珊瑚礁修復研究新技術和輔助修復新策略，以期為中國珊瑚礁修復發展策略的制定提供借鑒。

一、國內外珊瑚礁修復研究概況

（一）我國珊瑚礁修復研究概況

我國珊瑚礁修復研究雖起步較晚，但近幾年在珊瑚礁修復方面有所發展，尤其是在三亞、廣西、三沙、香港等地修復工作有一定成效。在三亞亞龍灣西排附近海域建立的珊瑚礁生態修復示范區，到2017年珊瑚覆蓋率提高了5%～8%，存活率達到90%以上。海洋三所與廣西海洋研究院合作在廣西潿洲島建立了珊瑚礁保育與實驗基地，可以滿足珊瑚培育和暫養，用于開展環境變化對潿洲島典型造礁珊瑚生理生態的影響以及分子遺傳學研究的樣品前處理等實驗研究。同時，海洋三所科研團隊開展了珊瑚礁野外聯合調查，獲取了大量的數據。目前已初步形成具有近岸特色的珊瑚礁生境修復，珊瑚人工培育、移植、病害防控和人工礁水下工程的修復技術體系，但是在“移植入海”方面還未突破。2015年研究人員在西沙珊瑚礁實施了“百萬珊瑚計劃”，目前培育成活了1萬株珊瑚，20 萬個珊瑚礁伴生物種，形成新的珊瑚礁生態系統[2]。

目前，由于珊瑚礁修復成本相當高，周期也很長，總體上看我國還是較多考慮降低成本，并以珊瑚移植為主要修復技術，加之缺乏相關的系統研究和技術支持，使得珊瑚礁修復技術更新發展較慢，修復成效相比其他國家仍較微弱。

（二）國外珊瑚礁修復研究概況

相比中國，國外很早就開始了珊瑚礁研究，對于珊瑚礁現狀和威脅的研究從上世紀開始不僅參與者不斷增多，參與成員也從單純的科學家演變到政府部門、科學家和公眾共同參與。

近年的研究發現，傳統的修復技術難以保證珊瑚修復的效果，也難以進行大面積推廣，然而珊瑚礁修復工程的成本卻很高，國際上更多地從珊瑚礁修復所產生的價值考慮，確定了“修復成本與生態補償平衡”的原則。注重從本質上提升珊瑚的修復能力，更多地從基因角度提升珊瑚適應環境的能力，更全面地挖掘珊瑚礁修復的新模式和新策略。

二、珊瑚礁修復新進展

（一）珊瑚礁修復研究新技術

1.珊瑚移植與集魚兩用礁基

無論是珊瑚移植礁基還是人工魚礁，大都存在著功能單一的問題。現有人工魚礁只能增加漁業產量，并不具備移植珊瑚的功能，而多數珊瑚移植礁基為非架空結構，缺少集魚空間，誘集魚群的功能不理想。此外，多數珊瑚移植礁基較為笨重，安裝不便，且僅適用于海底為平地的情況，限定了珊瑚移植的區域范圍。文柯達等提出一種珊瑚移植與集魚兩用礁基的設計方案，并利用 Fluent中的大渦模擬進行流場仿真計算，對該兩用礁基進行了效果評估，實現珊瑚移植與集魚的結合[3]。

2.珊瑚碎片（BCF）利用

珊瑚碎片移植是恢復珊瑚群落的有效和常用方法，可以迅速恢復珊瑚礁退化區域的珊瑚覆蓋，對于珊瑚礁修復具有積極作用。隨著對珊瑚碎片研究的深入，研究結果有助于更有效地利用珊瑚碎片，并設計更有效的珊瑚移植策略。

最初在修復過程中，珊瑚移植是人工連接的，但珊瑚自附著（Self-attachment，即珊瑚組織在基質上自我生長）提供了一種更安全、持久的連結，James R.Guest等[4]通過兩個獨立實驗，表明珊瑚的生長速度、生長形態和生活史等因素決定了珊瑚碎片分裂和移植后的自附著速度。Héctor Nava等[5]將最近破碎的珊瑚碎片（BCF）和愈合的珊瑚碎片（HCF）之間進行移植成功的比較，得出BCF可能是移植物的最佳來源，因為它們具有比HCF更高的鈣化率，可以促進初始附著。這些都為未來設計更有效的珊瑚移植策略提供了寶貴借鑒。

3.輔助進化模式

Van Oppen等[6]首次提出“改變世界珊瑚修復的模式”——輔助進化模式，即通過選擇性育種，輔助基因流，調節或表觀遺傳規劃和珊瑚微生物組的操縱作為增強珊瑚環境壓力耐受性和珊瑚礁修復工作成功的手段。輔助進化方法需要以歷史信息為指導，針對不同功能群的珊瑚物種開發針對氣候適應能力增強的珊瑚庫存。

珊瑚礁的輔助進化方法還處于概念證明階段，要最終在珊瑚礁修復工作中實施這個方法，迫切需要推進大規模養殖和調配珊瑚庫存以提高抗逆性的方法，還需要通過使用冷凍方式建立珊瑚保存和珊瑚現存遺傳多樣性的代表性部分的基因組儲存庫，類似于為植物建立的種子庫[6]。

4.基于二維珊瑚制備工具的新型生態工程方法（2D-CP）

Rachmilovitz等[7]利用珊瑚對基質和同基因片段之間組織融合的“自錨”能力，開發了一種基于二維珊瑚制備工具的新型生態工程方法（2D-CP）。該方法是先將收集的珊瑚菌落碎片化為平面（CD），創建平面二維珊瑚單元（2D-CP），讓其先在珊瑚苗圃中生長，然后再移植到珊瑚礁表面覆蓋物上生長。

由于在受到干擾和脅迫的珊瑚礁生態系統中，平衡可能轉移到超出珊瑚群落和裸露表面的藻類，從而進一步抑制珊瑚的聚集，導致生物多樣性和從珊瑚到藻類主導的生物相變珊瑚礁的減少[8]。2D-CP裝置可以在珊瑚苗圃中成功生長，可創建直接放置在由草皮藻覆蓋的裸露礁石上的“活瓷磚”，是一種珊瑚藻相移逆轉工具的新型生態工程。2D-CP裝置旨在用作珊瑚礁修復“工具箱”框架內的新補充工具，而不是其他工具的替代品。

5.關鍵積極物種相互作用的利用

珊瑚礁生態系統中的積極物種相互作用可以被識別并用于協助珊瑚種群和棲息地的自動恢復。

Elizabeth C.Shaver等[9]強調珊瑚礁管理者和修復從業者應該利用關鍵積極物種相互作用來促進珊瑚的修復，包括（i）營養促進；（ii）互助；（iii）長距離便利；（iv）積極的密度依賴；（v）積極的遺留影響；（vi）生物多樣性與生態系統功能之間的協同作用。同時，還推薦了一些促進機制，這些機制值得在修復設計中進行進一步的測試和考慮，這些積極相互作用可用于提高珊瑚礁修復的效率和規模，從而最終提高修復的成功率。

（二）珊瑚礁輔助修復新策略

1.廣泛有效的珊瑚礁修復評估計劃

近年來越來越多研究者關注到珊瑚礁修復的評估，提出充分表征修復計劃的有效性需要一系列明確定義的指標，它們需與特定目標及其所測量的潛在全礁屬性以及適當的監測時限相關聯。Margaux Y.Hein等[10]通過對使用珊瑚移植修復珊瑚礁的83篇論文的回顧顯示，珊瑚礁修復科研主要側重于短期實驗，以評估生態修復技術的可行性和移植后的初始建立階段，而不是珊瑚礁群落的長期結果。為此他們概述了10個社會生態學指標，綜合評估了建立在可持續發展四大支柱（即環境，社會文化，治理和經濟對可持續社區的貢獻）上的珊瑚礁修復有效性。

這啟發未來評估珊瑚礁修復計劃的有效性需要將生態指標與社會文化，經濟和治理因素結合起來考慮，結合各種時間和空間尺度以及社會生態背景優化珊瑚礁修復工作，以便補充更廣泛有效的適應性修復管理戰略。

2.全民參與計劃

Hodgson[11]早在1999年就指出“太少的珊瑚礁科學家用太少的時間研究太少的珊瑚礁”。許多國家地區已經意識到這樣的缺陷，正努力改善這一現狀；且隨著人們對世界珊瑚礁現狀和威脅的研究更加深入，越來越多人參與到尋找應對未來環境壓力下更廣泛的珊瑚礁管理保護計劃的行列之中。

針對發展中國家珊瑚礁研究人才缺乏的問題，世界銀行和聯合國教科文政府兼海洋學委員會（IOC/UNESCO）在全球環境基金（GEF）支持下，啟動了一項以管理為目標的珊瑚礁研究和能力建設項目（CRTR），在發展中國家設立了 3個區域高級研究中心，培養了來自發展中國家的 50 名年輕科學家，向珊瑚礁資源管理者提供珊瑚礁響應人類干擾和氣候變化方面最好的科學指導。D.Hesley等提出“公民科學計劃”（RAR），在2015-2017年之間，230名RAR志愿者繁殖和移植了超過1300只鹿角珊瑚，該計劃的貢獻側重于區域或全球底棲生物的數據調查收集和珊瑚礁監測，參與者積極進行珊瑚礁修復的活動可以擴大既定監測計劃的范圍，此外還可提高當地的經濟和生態系統生產力。像公民科學計劃（RAR）這種讓非專業人員與專業科學家合作開展的研究或科學活動還有2017年世界海洋峰會發起的“50礁倡議（50Reefs Initiative）”，是目前唯一的全球性拯救珊瑚礁行動的倡議。[12-13]

珊瑚礁退化消失與人類修復保護的競賽仍在繼續，世界還要繼續努力，包括政府部門、科學家和公眾。目前仍然需要動員更多的人認識珊瑚礁，熱愛珊瑚礁，研究珊瑚礁，保護珊瑚礁。

三、我國未來珊瑚礁修復發展策略

全球珊瑚礁生態系統的衰退以及珊瑚礁自然恢復需要很長時間，目前幾乎沒有珊瑚礁的修復程度能達到按照結構和功能恢復的最終成效。對于已退化珊瑚礁的修復，未來我國在制訂珊瑚礁修復策略及實施過程中，應重點關注以下五個方面：

（一）借助遺傳學、細胞工程、基因工程等先進理論技術，加強對珊瑚礁修復機理的探究，逐步深入至細胞、分子水平等；并加強對珊瑚礁自身耐受力和修復潛能的挖掘。

（二）根據實際情況，明確修復目標，完善更新修復評價體系，全面關注珊瑚礁修復各個環節，系統開展珊瑚礁修復研究，如前期調查、退化診斷、跟蹤監測、成效評估及后期管理等，切實提高修復成效。

（三）研究范圍不僅局限于珊瑚礁退化區域范圍，加強周邊區域甚至擴展至陸域生態系統的相互關聯關系研究，將珊瑚礁修復擴展至大區域、大時間跨度的整體綜合研究，并從中找到生態退化的根源。

（四）珊瑚礁修復不可僅靠一方之力，需要不同利益相關者的理解和配合，必須加強當地政府、科研工作者、民眾等多方面的充分合作，在保護與修復并進的過程中實現珊瑚礁生態系統與人類的和諧共存。

（五）加強相關領域對外交流，及時進行階段性總結，將國內外典型珊瑚礁修復實例編制成有借鑒意義的珊瑚礁修復技術指南，再結合我國實際情況，不斷創新珊瑚礁修復技術，更新修復戰略方案。

近年來，隨著我國政府對珊瑚礁修復的越發重視和財政資金投入的加大，越來越多高校、研究所成立海洋學院或是開展珊瑚礁研究項目，加上分子生物學和理論生態學等學科的快速發展，相關儀器設備的引進和更新換代，以及我國在對外交流合作上越發頻繁密切，我們擁有更多的人力、物力、財力，更豐富的理論技術支持和新進案例借鑒。相信今后我國在珊瑚礁修復研究中會有更多的理論和方法被提出，修復技術會不斷創新突破，為全球珊瑚礁修復工作貢獻中國力量。

參考文獻：

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