出品：科普中國
作者：劉明杰（中國科學院海洋研究所海洋生態學專業在讀博士）
監制：中國科普博覽
編者按：為揭開科技工作的神秘面紗，科普中國前沿科技項目推出“我和我的研究”系列文章，邀請科學家親自執筆，分享科研歷程，打造科學世界。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”的一縷縷秀發隨風飄揚。
海草
（圖片來源：veer圖庫）
海草是唯一一類能夠適應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、保護海岸、維持海洋生物多樣性以及儲存有機碳等諸多生態服務功能，在氣候調節和改善人類福祉等方面發揮了關鍵作用。
近年來隨著氣候變化和海洋開發利用強度日益增大，環境改變和人類活動所造成的巨大壓力致使海草床生態系統在全球范圍內迅速衰退，蔚藍的海洋患上了“脫發”癥，亟需尋找一味“良藥”來遏制這一現象，保護和恢復海草床生態系統。
海草床生態修復是彌補海草床生態系統生物多樣性降低和生態系統服務功能損失的必要手段，被視作一種可以有效應對氣候變化，保護生物多樣性的基于自然的解決方案。
為了補償或減輕海草床退化所帶來的損失，世界不同地區已經積極開展了大量的生態保護與修復行動，為海草床的恢復與重建積累了寶貴經驗，其中一些案例獲得了良好的反饋和結果，大規模的海草床修復計劃在改善局部生態健康和提高生態系統功能水平中起到了重要作用。
造成海草床退化的原因較多，例如水質惡化、物理損傷、物種競爭等等，在開展人為干預行動之前首先要尋找導致海草床退化的真正“病因”，才能針對性地開展保護管理措施。
尋找病因，生境改良
20世紀50-80年代，美國佛羅里達州坦帕灣（Tampa Bay）水體富營養化加劇，導致浮游植物和大型藻類頻繁爆發，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境條件、恢復其生態功能，當地采取嚴格污水排放標準、加強廢水回收再利用、控制農業施肥和磷礦開采等一系列管理措施控制陸源營養鹽排放。
經過近30年的努力，至2012年再次評估時坦帕灣的總氮負荷顯著減少，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
（圖片來源：參考文獻2）
與此同時，海草床的恢復進一步促進了對氮、磷營養鹽的吸收，降低了水體濁度，從而形成良性循環，海草床恢復速度可達到每年約300公頃，至2018年面積已恢復到16451公頃，超過了預期設定的恢復目標15378公頃。
這表明通過合理有效的管理措施去除導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，同時也從側面體現出診斷海草床退化原因的重要性。
如果沒有對海草床退化原因進行調查分析，不經去除或減弱干擾因素就貿然開展修復活動，最終可能導致修復效果甚微甚至失敗。例如在澳大利亞南部開展的塊狀川蔓草（Ruppia tuberosa）的修復案例中，由于未解決因為春季水位降低導致的干旱問題，修復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的補充而最終枯竭。
因地制宜，對癥下藥
查明“病因”之后，還要根據環境特征選擇恰當的修復技術。**種子修復法逐漸被認為是大規模海草床生態修復的重要技術手段。**海草可以產生不同大小、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、儲存和運輸，而且采集種子對供體草床產生的破壞較小，同時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模效應，增加修復規模有助于在時間和空間上分散風險，以應對環境條件的波動，從而提高修復成功率。
科研人員自1999年開始在美國弗吉尼亞州東部4處海灣內進行大規模播種修復，對鰻草種子的采集、篩選和保存，播種時間、密度、深度和方法等均進行了深入的研究，制定了高效的種子收集、加工和播種方案。
由于環境條件適宜以及人類活動干擾較少，鰻草迅速地生長和擴散，形成了茂密連續的海草床，至2010年海草床面積已恢復至1714公頃（播種3780萬粒種子），約為播種面積的14倍。
穩定的海草床建立之后，種子可以實現自身供給，不需要再從外源草床采集，至2018年鰻草海草床面積已恢復至3612公頃，累計播種7450萬粒種子。海草床的恢復建立了積極的正反饋機制，使得海灣內水體濁度降低，沉積物中碳、氮儲量增加，魚類和無脊椎動物數量和豐度增加，海草床生態服務功能逐漸恢復和改善。
在經歷了多年的移植失敗之后，瓦登海（Wadden Sea）地區的海草修復工作也逐漸由移植修復轉變為播種修復，希望通過大規模修復來分散風險，提高修復成功率。澳大利亞西部科克本灣（Cockburn Sound）自2018年開始嘗試利用種子修復退化的澳洲波喜蕩草（Posidonia australis）海草床，希望通過不斷改進的修復方案，在降低修復成本的同時提高當地社區居民的參與程度。
澳洲波喜蕩草種子采集
（圖片來源：參考文獻5）
全民參與，眾志成城
在修復材料的收集和部署過程中所產生的高人工成本是開展海草修復工作的一個長期限制，盡管目前已研發了多種機械化裝備，如種子采集機、播種機、移植機等，但這些機械化裝備使用條件較高，受修復區域復雜水文和地理條件的限制，當前海草床修復工作機械化作業流程難以開展，大規模海草修復仍需依靠密集的勞動力，通過讓公眾或志愿者參與到海草修復過程中來，可以大大降低勞動力成本。
為修復澳大利亞新南威爾士州斯蒂芬斯港地區的海草床，科研人員將“Citizen science”概念運用到海草修復之中，通過發起一項“Operation Posidonia”活動，鼓勵社區居民收集被風浪沖到岸邊的海草碎片，收集的碎片經過篩選、暫養后由專業人員重新移植到待修復海域。
茂密的海草
（圖片來源：veer圖庫）
在活動開展的前14個月里，當地志愿者收集了1200多個海草碎片，經過監測移植成活率可達50%以上，有效地減少了從天然草床采集植株的需求，同時也使當地社區居民參與到海草修復計劃中來，提高了人們對海草重要性的認識。
除了收集海草碎片以外，社區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、人員裝備的運輸、活動的宣傳等等，在美國弗吉尼亞州播種修復案例中，志愿者們收集了1000多萬粒海草種子，在整個修復工作中發揮了重要作用。
公眾普遍缺乏對海草重要性的認識，被認為是全球海草保護的關鍵挑戰之一，這表明有必要開展適當的科學傳播活動，以配合和促進海草床保護與修復行動。
“科學家+志愿者”海草修復模式是一種新的思路，該模式將海草修復定義為一種人人可參與的公益環保活動，發動社會公眾參與海草修復工作，使海草修復相比于科學研究工作具有更高的普及性，可以有效解決勞動力不足的問題，降低修復成本。
如下圖所示，科學家即指科研人員，主要在科學普及、技術研發、設備支撐和技術培訓等方面發揮角色作用，主要任務為降低海草修復技術門檻，提高公眾參與海草修復的可行性。志愿者涵蓋范圍較廣，可以包含公益組織、社區居民等眾多的社會力量，主要彌補科研人員在資金、宣傳、人員組織等方面的短板，使社會公眾更加廣泛、深入地參與到海草修復活動之中。
“科學家+志愿者”海草修復模式概念圖
（圖片來源：作者自制）
該模式的難點在于如何吸引更多的志愿者參與到海草修復計劃中來，首先需要使公眾了解環境危機的程度和后果（如生態、社會、經濟、文化方面），隨后可以與學校、社區、公益組織合作，定期舉行宣傳活動和培訓，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行科學普及、志愿者招募及活動宣傳，進而組建專門從事海草修復的公益組織及公益團隊。
我國的海草床生態修復
我國海草資源豐富，現有海草種類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、珊瑚礁等沿海生態系統，海草床保護與修復工作相對滯后，海草資源已發生衰退，與20世紀80年代以前相比，我國近岸海域超過80%的海草床已經消失。
海草床生態系統的衰退引起了人們對海草床保護與修復的關注和探索。科研人員針對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海草床修復理論和技術進行了大量探索，提出了多項海草床生態修復新技術，建立起相對完善的技術體系。
但由于種種原因，相關研究基本處于實驗的規模，少有大規模修復實例，修復效果也參差不齊，在我國1950-2014年開展的1011個海岸修復項目中，海草床修復項目僅有11例，修復總面積不足30公頃。
十八大以來，隨著國家對海洋生態環境保護的重視，海草床生態修復得到了國家戰略的支持，我國也陸續開展了多項大規模海草床生態保護與修復項目。例如河北省唐山市曹妃甸區海洋生態保護與修復項目（總修復面積636公頃），黃河三角洲國家級自然保護區南部海洋生態修復海草床、監理及監測評估項目（總修復面積50公頃）等。
中船環境集團的工人在唐山市曹妃甸區海洋生態保護與修復項目鰻草苗采集海域采集鰻草苗（無人機照片）
（圖片來源：新華社）
我國也加強了國家層面生態修復標準體系建設，發布了我國首個海草床生態系統修復技術國家標準——《海洋生態修復技術指南第4部分：海草床生態修復》，首個海草床生態修復技術行業標準——《海草床建設技術規范》，為規范并保障我國海草床生態修復工程提供了技術依據。
同時也有越來越多的公益力量加入到海草床保護與修復的行列中來，由聯合國開發計劃署資助的“廣西合浦儒艮國家級自然保護區海草床保護行動項目”、由永續全球環境研究所和北京市企業家環保基金會資助的“為海行動”、自然資源部聯合公益組織共同發起的“蔚海行動”等項目也在努力提升社會公眾的海草床保護意識，探索基于公眾參與的海草床保護修復可持續性發展路徑。
《海草床生態修復碳匯計量與監測方法》的發布以及全國首筆公開的海草床藍碳意向認購的成功簽約也標志著利用藍碳交易市場機制推動海草床生態修復項目的可行性。
為了防止“脫發”癥的進一步的惡化，通過分析國際海草床修復案例，未來我們需要進一步持續地監測海草床動態變化，準確掌握海草床生態系統退化現狀；嘗試開展海草人工培育、研發機械化修復裝備、提高修復成功率與修復效率；加強政府決策者、非公益組織等各方力量的知識共享和公眾參與力度，相信在長久的努力之下，蔚藍的海洋定會再次生成濃密的“秀發”！
參考文獻
[1] Govers, L.L., Heusinkveld, J.H.T., Grafnings, M.L.E., Smeele, Q., and van der Heide, T. (2022). Adaptive intertidal seed-based seagrass restoration in the Dutch Wadden Sea. PLoS One 17(2), e0262845. doi: 10.1371/journal.pone.0262845.
[2] Greening, H., Janicki, A., Sherwood, E.T., Pribble, R., and Johansson, J.O.R. (2014). Ecosystem responses to long-term nutrient management in an urban estuary: Tampa Bay, Florida, USA. Estuarine, Coastal and Shelf Science 151, A1-A16. doi: 10.1016/j.ecss.2014.10.003.
[3] Liu, Z., Cui, B., and He, Q. (2016). Shifting paradigms in coastal restoration: Six decades' lessons from China. Science of The Total Environment 566-567, 205-214. doi: 10.1016/j.scitotenv.2016.05.049.
[4] Orth, R.J., Lefcheck, J.S., McGlathery, K.S., Aoki, L., Luckenbach, M.W., Moore, K.A., et al. (2020). Restoration of seagrass habitat leads to rapid recovery of coastal ecosystem services. Science Advances.
[5] Sinclair, E.A., Sherman, C.D.H., Statton, J., Copeland, C., Matthews, A., Waycott, M., et al. (2021). Advances in approaches to seagrass restoration in Australia. Ecological Management & Restoration 22(1), 10-21. doi: 10.1111/emr.12452.
[6] Tan, Y.M., Dalby, O., Kendrick, G.A., Statton, J., Sinclair, E.A., Fraser, M.W., et al. (2020). Seagrass Restoration Is Possible: Insights and Lessons From Australia and New Zealand. Frontiers in Marine Science 7. doi: 10.3389/fmars.2020.00617.
[7] 周毅，江志堅,邱廣龍,張沛東,徐少春,張曉梅,劉松林,李文濤,吳云超,岳世棟,顧瑞婷,丁麗,鄭鳳英,黃小平,范航清.中國海草資源分布現狀、退化原因與保護對策[J].海洋與湖沼,2023,54(5):1248-1257
上一篇：南方熱浪把地面上的雞蛋都燙熟了，天氣預報怎么告訴我今天37℃？
下一篇：返回列表
【免責聲明】本文轉載自網絡，與科技網無關。科技網站對文中陳述、觀點判斷保持中立，不對所包含內容的準確性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保證。請讀者僅作參考，并請自行承擔全部責任。