海洋也“脫發(fā)”咋辦？它的“植發(fā)師”竟然是海草

出品：科普中國(guó)

作者：劉明杰（中國(guó)科學(xué)院海洋研究所海洋生態(tài)學(xué)專業(yè)在讀博士）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

編者按：為揭開科技工作的神秘面紗，科普中國(guó)前沿科技項(xiàng)目推出“我和我的研究”系列文章，邀請(qǐng)科學(xué)家親自執(zhí)筆，分享科研歷程，打造科學(xué)世界。讓我們跟隨站在科技最前沿的探索者們，開啟一段段充滿熱情、挑戰(zhàn)與驚喜的旅程。

“像一棵海草，海草，隨波飄搖”，隨波逐流的一棵棵海草如同“海姑娘”的一縷縷秀發(fā)隨風(fēng)飄揚(yáng)。

海草

（圖片來源：veer圖庫）

海草是唯一一類能夠適應(yīng)海洋沉水生活的單子葉被子植物，廣泛分布于全球熱帶和溫帶沿岸水域。

茂密的海草床具有凈化水質(zhì)、保護(hù)海岸、維持海洋生物多樣性以及儲(chǔ)存有機(jī)碳等諸多生態(tài)服務(wù)功能，在氣候調(diào)節(jié)和改善人類福祉等方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

近年來隨著氣候變化和海洋開發(fā)利用強(qiáng)度日益增大，環(huán)境改變和人類活動(dòng)所造成的巨大壓力致使海草床生態(tài)系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)迅速衰退，蔚藍(lán)的海洋患上了“脫發(fā)”癥，亟需尋找一味“良藥”來遏制這一現(xiàn)象，保護(hù)和恢復(fù)海草床生態(tài)系統(tǒng)。

海草床生態(tài)修復(fù)是彌補(bǔ)海草床生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性降低和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失的必要手段，被視作一種可以有效應(yīng)對(duì)氣候變化，保護(hù)生物多樣性的基于自然的解決方案。

為了補(bǔ)償或減輕海草床退化所帶來的損失，世界不同地區(qū)已經(jīng)積極開展了大量的生態(tài)保護(hù)與修復(fù)行動(dòng)，為海草床的恢復(fù)與重建積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，其中一些案例獲得了良好的反饋和結(jié)果，大規(guī)模的海草床修復(fù)計(jì)劃在改善局部生態(tài)健康和提高生態(tài)系統(tǒng)功能水平中起到了重要作用。

造成海草床退化的原因較多，例如水質(zhì)惡化、物理損傷、物種競(jìng)爭(zhēng)等等，在開展人為干預(yù)行動(dòng)之前首先要尋找導(dǎo)致海草床退化的真正“病因”，才能針對(duì)性地開展保護(hù)管理措施。

尋找病因，生境改良

20世紀(jì)50-80年代，美國(guó)佛羅里達(dá)州坦帕灣（Tampa Bay）水體富營(yíng)養(yǎng)化加劇，導(dǎo)致浮游植物和大型藻類頻繁爆發(fā)，水體透明度和溶解氧水平降低，海草因“饑餓”和缺氧而死亡，海草床分布面積減少了約8900公頃。

為改善坦帕灣惡劣的環(huán)境條件、恢復(fù)其生態(tài)功能，當(dāng)?shù)夭扇?yán)格污水排放標(biāo)準(zhǔn)、加強(qiáng)廢水回收再利用、控制農(nóng)業(yè)施肥和磷礦開采等一系列管理措施控制陸源營(yíng)養(yǎng)鹽排放。

經(jīng)過近30年的努力，至2012年再次評(píng)估時(shí)坦帕灣的總氮負(fù)荷顯著減少，水體總氮、總磷和葉綠素a濃度均顯著下降，海草床覆蓋面積增加了約5258公頃。

坦帕灣大型藻類爆發(fā)

（圖片來源：參考文獻(xiàn)2）

與此同時(shí)，海草床的恢復(fù)進(jìn)一步促進(jìn)了對(duì)氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收，降低了水體濁度，從而形成良性循環(huán)，海草床恢復(fù)速度可達(dá)到每年約300公頃，至2018年面積已恢復(fù)到16451公頃，超過了預(yù)期設(shè)定的恢復(fù)目標(biāo)15378公頃。

這表明通過合理有效的管理措施去除導(dǎo)致海草床退化的威脅因素，改良海草床生境，可以使海草床得到有效恢復(fù)，同時(shí)也從側(cè)面體現(xiàn)出診斷海草床退化原因的重要性。

如果沒有對(duì)海草床退化原因進(jìn)行調(diào)查分析，不經(jīng)去除或減弱干擾因素就貿(mào)然開展修復(fù)活動(dòng)，最終可能導(dǎo)致修復(fù)效果甚微甚至失敗。例如在澳大利亞南部開展的塊狀川蔓草（Ruppia tuberosa）的修復(fù)案例中，由于未解決因?yàn)榇杭舅唤档蛯?dǎo)致的干旱問題，修復(fù)后的海草斑塊無法完成正常的生活史過程，種子庫無法得到持續(xù)的補(bǔ)充而最終枯竭。

因地制宜，對(duì)癥下藥

查明“病因”之后，還要根據(jù)環(huán)境特征選擇恰當(dāng)?shù)男迯?fù)技術(shù)。**種子修復(fù)法逐漸被認(rèn)為是大規(guī)模海草床生態(tài)修復(fù)的重要技術(shù)手段。**海草可以產(chǎn)生不同大小、壽命和傳播能力的種子，與植株移植相比，海草種子易于采集、儲(chǔ)存和運(yùn)輸，而且采集種子對(duì)供體草床產(chǎn)生的破壞較小，同時(shí)還可以較好地維持遺傳多樣性。

此外，種子法相比于移植法較容易形成規(guī)模效應(yīng)，增加修復(fù)規(guī)模有助于在時(shí)間和空間上分散風(fēng)險(xiǎn)，以應(yīng)對(duì)環(huán)境條件的波動(dòng)，從而提高修復(fù)成功率。

科研人員自1999年開始在美國(guó)弗吉尼亞州東部4處海灣內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模播種修復(fù)，對(duì)鰻草種子的采集、篩選和保存，播種時(shí)間、密度、深度和方法等均進(jìn)行了深入的研究，制定了高效的種子收集、加工和播種方案。

由于環(huán)境條件適宜以及人類活動(dòng)干擾較少，鰻草迅速地生長(zhǎng)和擴(kuò)散，形成了茂密連續(xù)的海草床，至2010年海草床面積已恢復(fù)至1714公頃（播種3780萬粒種子），約為播種面積的14倍。

穩(wěn)定的海草床建立之后，種子可以實(shí)現(xiàn)自身供給，不需要再?gòu)耐庠床荽膊杉?，?018年鰻草海草床面積已恢復(fù)至3612公頃，累計(jì)播種7450萬粒種子。海草床的恢復(fù)建立了積極的正反饋機(jī)制，使得海灣內(nèi)水體濁度降低，沉積物中碳、氮儲(chǔ)量增加，魚類和無脊椎動(dòng)物數(shù)量和豐度增加，海草床生態(tài)服務(wù)功能逐漸恢復(fù)和改善。

在經(jīng)歷了多年的移植失敗之后，瓦登海（Wadden Sea）地區(qū)的海草修復(fù)工作也逐漸由移植修復(fù)轉(zhuǎn)變?yōu)椴シN修復(fù)，希望通過大規(guī)模修復(fù)來分散風(fēng)險(xiǎn)，提高修復(fù)成功率。澳大利亞西部科克本灣（Cockburn Sound）自2018年開始嘗試?yán)梅N子修復(fù)退化的澳洲波喜蕩草（Posidonia australis）海草床，希望通過不斷改進(jìn)的修復(fù)方案，在降低修復(fù)成本的同時(shí)提高當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)居民的參與程度。

澳洲波喜蕩草種子采集

（圖片來源：參考文獻(xiàn)5）

全民參與，眾志成城

在修復(fù)材料的收集和部署過程中所產(chǎn)生的高人工成本是開展海草修復(fù)工作的一個(gè)長(zhǎng)期限制，盡管目前已研發(fā)了多種機(jī)械化裝備，如種子采集機(jī)、播種機(jī)、移植機(jī)等，但這些機(jī)械化裝備使用條件較高，受修復(fù)區(qū)域復(fù)雜水文和地理?xiàng)l件的限制，當(dāng)前海草床修復(fù)工作機(jī)械化作業(yè)流程難以開展，大規(guī)模海草修復(fù)仍需依靠密集的勞動(dòng)力，通過讓公眾或志愿者參與到海草修復(fù)過程中來，可以大大降低勞動(dòng)力成本。

為修復(fù)澳大利亞新南威爾士州斯蒂芬斯港地區(qū)的海草床，科研人員將“Citizen science”概念運(yùn)用到海草修復(fù)之中，通過發(fā)起一項(xiàng)“Operation Posidonia”活動(dòng)，鼓勵(lì)社區(qū)居民收集被風(fēng)浪沖到岸邊的海草碎片，收集的碎片經(jīng)過篩選、暫養(yǎng)后由專業(yè)人員重新移植到待修復(fù)海域。

茂密的海草

（圖片來源：veer圖庫）

在活動(dòng)開展的前14個(gè)月里，當(dāng)?shù)刂驹刚呤占?200多個(gè)海草碎片，經(jīng)過監(jiān)測(cè)移植成活率可達(dá)50%以上，有效地減少了從天然草床采集植株的需求，同時(shí)也使當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)居民參與到海草修復(fù)計(jì)劃中來，提高了人們對(duì)海草重要性的認(rèn)識(shí)。

除了收集海草碎片以外，社區(qū)居民還可以參與海草種子的采集、加工和播種、海草植株的移植、人員裝備的運(yùn)輸、活動(dòng)的宣傳等等，在美國(guó)弗吉尼亞州播種修復(fù)案例中，志愿者們收集了1000多萬粒海草種子，在整個(gè)修復(fù)工作中發(fā)揮了重要作用。

公眾普遍缺乏對(duì)海草重要性的認(rèn)識(shí)，被認(rèn)為是全球海草保護(hù)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一，這表明有必要開展適當(dāng)?shù)目茖W(xué)傳播活動(dòng)，以配合和促進(jìn)海草床保護(hù)與修復(fù)行動(dòng)。

“科學(xué)家+志愿者”海草修復(fù)模式是一種新的思路，該模式將海草修復(fù)定義為一種人人可參與的公益環(huán)?；顒?dòng)，發(fā)動(dòng)社會(huì)公眾參與海草修復(fù)工作，使海草修復(fù)相比于科學(xué)研究工作具有更高的普及性，可以有效解決勞動(dòng)力不足的問題，降低修復(fù)成本。

如下圖所示，科學(xué)家即指科研人員，主要在科學(xué)普及、技術(shù)研發(fā)、設(shè)備支撐和技術(shù)培訓(xùn)等方面發(fā)揮角色作用，主要任務(wù)為降低海草修復(fù)技術(shù)門檻，提高公眾參與海草修復(fù)的可行性。志愿者涵蓋范圍較廣，可以包含公益組織、社區(qū)居民等眾多的社會(huì)力量，主要彌補(bǔ)科研人員在資金、宣傳、人員組織等方面的短板，使社會(huì)公眾更加廣泛、深入地參與到海草修復(fù)活動(dòng)之中。

“科學(xué)家+志愿者”海草修復(fù)模式概念圖

（圖片來源：作者自制）

該模式的難點(diǎn)在于如何吸引更多的志愿者參與到海草修復(fù)計(jì)劃中來，首先需要使公眾了解環(huán)境危機(jī)的程度和后果（如生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化方面），隨后可以與學(xué)校、社區(qū)、公益組織合作，定期舉行宣傳活動(dòng)和培訓(xùn)，利用社交媒體、新聞媒體通過公益廣告、視頻短片、自媒體推文等形式進(jìn)行科學(xué)普及、志愿者招募及活動(dòng)宣傳，進(jìn)而組建專門從事海草修復(fù)的公益組織及公益團(tuán)隊(duì)。

我國(guó)的海草床生態(tài)修復(fù)

我國(guó)海草資源豐富，現(xiàn)有海草種類16種，分布面積近3萬公頃，但海草研究起步較晚，相較于紅樹林、珊瑚礁等沿海生態(tài)系統(tǒng)，海草床保護(hù)與修復(fù)工作相對(duì)滯后，海草資源已發(fā)生衰退，與20世紀(jì)80年代以前相比，我國(guó)近岸海域超過80%的海草床已經(jīng)消失。

海草床生態(tài)系統(tǒng)的衰退引起了人們對(duì)海草床保護(hù)與修復(fù)的關(guān)注和探索?？蒲腥藛T針對(duì)不同的海草床退化原因和不同的海草種類，在河北省、山東省、廣西省和海南省等地對(duì)海草床修復(fù)理論和技術(shù)進(jìn)行了大量探索，提出了多項(xiàng)海草床生態(tài)修復(fù)新技術(shù)，建立起相對(duì)完善的技術(shù)體系。

但由于種種原因，相關(guān)研究基本處于實(shí)驗(yàn)的規(guī)模，少有大規(guī)模修復(fù)實(shí)例，修復(fù)效果也參差不齊，在我國(guó)1950-2014年開展的1011個(gè)海岸修復(fù)項(xiàng)目中，海草床修復(fù)項(xiàng)目?jī)H有11例，修復(fù)總面積不足30公頃。

十八大以來，隨著國(guó)家對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視，海草床生態(tài)修復(fù)得到了國(guó)家戰(zhàn)略的支持，我國(guó)也陸續(xù)開展了多項(xiàng)大規(guī)模海草床生態(tài)保護(hù)與修復(fù)項(xiàng)目。例如河北省唐山市曹妃甸區(qū)海洋生態(tài)保護(hù)與修復(fù)項(xiàng)目（總修復(fù)面積636公頃），黃河三角洲國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)南部海洋生態(tài)修復(fù)海草床、監(jiān)理及監(jiān)測(cè)評(píng)估項(xiàng)目（總修復(fù)面積50公頃）等。

中船環(huán)境集團(tuán)的工人在唐山市曹妃甸區(qū)海洋生態(tài)保護(hù)與修復(fù)項(xiàng)目鰻草苗采集海域采集鰻草苗（無人機(jī)照片）

（圖片來源：新華社）

我國(guó)也加強(qiáng)了國(guó)家層面生態(tài)修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，發(fā)布了我國(guó)首個(gè)海草床生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)——《海洋生態(tài)修復(fù)技術(shù)指南第4部分：海草床生態(tài)修復(fù)》，首個(gè)海草床生態(tài)修復(fù)技術(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——《海草床建設(shè)技術(shù)規(guī)范》，為規(guī)范并保障我國(guó)海草床生態(tài)修復(fù)工程提供了技術(shù)依據(jù)。

同時(shí)也有越來越多的公益力量加入到海草床保護(hù)與修復(fù)的行列中來，由聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署資助的“廣西合浦儒艮國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)海草床保護(hù)行動(dòng)項(xiàng)目”、由永續(xù)全球環(huán)境研究所和北京市企業(yè)家環(huán)保基金會(huì)資助的“為海行動(dòng)”、自然資源部聯(lián)合公益組織共同發(fā)起的“蔚海行動(dòng)”等項(xiàng)目也在努力提升社會(huì)公眾的海草床保護(hù)意識(shí)，探索基于公眾參與的海草床保護(hù)修復(fù)可持續(xù)性發(fā)展路徑。

《海草床生態(tài)修復(fù)碳匯計(jì)量與監(jiān)測(cè)方法》的發(fā)布以及全國(guó)首筆公開的海草床藍(lán)碳意向認(rèn)購(gòu)的成功簽約也標(biāo)志著利用藍(lán)碳交易市場(chǎng)機(jī)制推動(dòng)海草床生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目的可行性。

為了防止“脫發(fā)”癥的進(jìn)一步的惡化，通過分析國(guó)際海草床修復(fù)案例，未來我們需要進(jìn)一步持續(xù)地監(jiān)測(cè)海草床動(dòng)態(tài)變化，準(zhǔn)確掌握海草床生態(tài)系統(tǒng)退化現(xiàn)狀；嘗試開展海草人工培育、研發(fā)機(jī)械化修復(fù)裝備、提高修復(fù)成功率與修復(fù)效率；加強(qiáng)政府決策者、非公益組織等各方力量的知識(shí)共享和公眾參與力度，相信在長(zhǎng)久的努力之下，蔚藍(lán)的海洋定會(huì)再次生成濃密的“秀發(fā)”！

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