珊瑚礁生态系统功能产生机制及评价方法

生态系统功能是指生态系统维持自身或其他生态系统健康,并直接或间接为人类提供产品和服务的能力。客观评价珊瑚礁生态系统功能对实现珊瑚礁资源有效保护和可持续利用有重要意义。本研究梳理归纳了生态系统功能的概念内涵,分析了珊瑚礁生态系统功能的产生机制;初步构建了基于珊瑚礁生态系统功能指数(coral reef ecosystem function index,CREFI)的珊瑚礁生态系统功能评价方法;并以徐闻国家级珊瑚礁自然保护区为例,利用2006年和2016年调查数据对珊瑚礁生态系统功能进行定量评价。结果显示,徐闻国家级珊瑚礁自然保护区2016年的CREFI高于2006年,主要是由于珊瑚礁的死亡率有所降低和食草性鱼类种数明显增加;CREFI具有清晰的应用目标和理论框架,评价结果能清晰地反映珊瑚礁生态系统功能的时空差异,较好地评价珊瑚礁生态系统的功能稳定性和健康状况,可作为一种珊瑚礁生态系统功能定量评价模型,为珊瑚礁生态系统管理和决策提供参考。     

基于Ecopath模型的七连屿礁栖性生物的生态承载力分析

生态承载力评估是开展生物资源增殖放流, 维持珊瑚礁生态系统健康的基础和前提。本文基于2019年渔业资源和生态环境的综合调查数据, 构建了七连屿珊瑚礁海域生态系统的生态通道(Ecopath)模型, 分析和探讨了相关功能组增殖放流的生态承载力。结果显示, 七连屿珊瑚礁海域生态系统各功能群营养级范围为1.00~3.81; 生态系统的总能量转化效率为13.45%; 生态系统以牧食食物链占据主导地位, 直接来源于初级生产者的能流占比为57%。系统总初级生产量/总呼吸量为2.54; 总初级生产量/总生物量为19.07; 系统连接指数和系统杂食性指数分别为0.36和0.22, 表明当前七连屿珊瑚礁海域生态系统的成熟度和稳定性偏低, 系统对于外界的干扰抵抗能力较弱。在未改变七连屿珊瑚礁生态系统结构和功能的前提下, 各功能组中珊瑚、双壳类和植食性鱼类的生态承载力分别为25.09~53.77t•km^-2、2.55~39.95t•km^-2和4.89~17.94t•km^-2, 因此仍具有较大的增殖空间。珊瑚礁鱼类群落的最大生态承载力同珊瑚礁无脊椎动物群落的增殖密切相关, 在未来的珊瑚礁渔业管理中应从生态系统整体结构的角度综合考虑增殖放流的方法设计。     

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.     

三亚蜈支洲岛海洋牧场近岛区底表大型底栖动物群落结构及评价

三亚蜈支洲岛海洋牧场拥有丰富的岛礁生物资源。为掌握海洋牧场近岛区的底表大型底栖动物群落组成和分布特征及其影响因子、评估海洋牧场底栖生态系统健康状况, 本研究于2020—2021年进行了底表大型无脊椎动物群落季节变动的调查。结果表明: 近岛珊瑚礁区共鉴定出棘皮动物、软体动物、节肢动物3大门类90种, 其中秋季种类数最多为55种, 夏季种类数最少为16种; 底表大型底栖动物的年平均丰度为0.87±0.26ind.·m^-2, 年平均生物量为76.99±34.32g·m^-2。群落聚类分析(cluster)与多维排序尺度分析(multidimensional Scaling, MDS)表明, 该区域群落结构季节性差异不显著, 各站位间群落结构受沉积物性质以及人类活动的频繁程度的影响, 形成北部与南部区域2个聚类组。全年的物种丰富度指数d为2.7±1.16, 多样性指数H′为3.14±0.88, 均匀度指数J为0.76±0.11。基于多样性指数H'及多变量海洋生物指数(Multivariate-AZTI′s marine biotic index, M-AMBI)评价指标, 海洋牧场近岛区环境除夏季为轻度污染外, 其他季节均为无污染状态。采用动物丰度与生物量比较曲线(abundance-biomass curves, ABC曲线)法评价底栖动物群落稳定性状况得出, 除冬季以外, 其他季节底表大型底栖动物群落受到一定程度干扰, 尤其是夏季群落结构稳定性较低。建议应持续关注底表大型底栖动物群落变动, 调整、优化涉海休闲旅游活动, 以保证蜈支洲岛海洋牧场生态系统的长期健康与稳定。     

基于PSR模型的珊瑚礁生态系统健康评价指标体系的构建与应用

运用压力-状态-响应（pressure-state-response,PSR）模型,采用生态系统健康理论评价珊瑚礁生态状况.借鉴国内外现有生态系统评价方法,结合珊瑚礁生态系统的特点,建立适合我国国情的珊瑚礁生态系统评价方法和模式,并对我国典型海域珊瑚礁生态健康状况进行评价,以期为我国典型珊瑚礁生态系统健康状况提供基础资料.评价结果显示东山、涠洲岛、海南东部珊瑚礁生态健康状况为健康,徐闻和西沙海域珊瑚礁生态健康状况为亚健康,评价结果与我国相关生态监控区调查结果基本一致.     

砗磲采挖对珊瑚礁生态系统的破坏——以西沙北礁为例

以西沙群岛北礁为例,通过对比采挖砗磲前后的数据,来说明该活动对珊瑚礁生态系统的破坏.2012~2014年间北礁礁坪上的造礁石珊瑚种类数量变动较大,减少了29种;优势种由之前的鹿角珊瑚(Acropora sp.)变为现在的指状蔷薇珊瑚(Montipora digitata);礁坪的物种多样性指数也处于较低的水平.虽然当前北礁的珊瑚覆盖率为52.83%,但是相比2012年降低了大约10%,尤其是2号站位,珊瑚覆盖率降低了约20%.同时2号站位出现了珊瑚白化死亡的现象.调查结果表明,北礁的珊瑚礁生态系统,尤其是礁坪上的珊瑚礁生态系统已经受到严重的破坏,珊瑚种类减少、群落结构改变、物种多样性降低、覆盖率下降、死亡率提高.通过分析,认为砗磲采挖是造成北礁礁坪珊瑚礁生态系统破坏的一个主要因素.     

南海北部次表层叶绿素最大值年际变化特征分析*

次表层叶绿素最大值(subsurface chlorophyll maxima, SCMs)广泛存在于全球各海域, 该最大值层往往具有较高的海洋初级生产力和新生产力, 因此研究其年际变化特征对深入理解气候变化影响下海洋生态系统变化有重要意义。本文采用一维物理-生态耦合模型(one-dimensional physical-biological coupled model, MEM-1D)较好地模拟了1994—2019年南海北部海盆区海温、盐度、营养盐和叶绿素的垂向分布, 并采用3种统计方法, 分别从整体趋势、不同时间尺度及显著变化三方面分析了SCMs特征因子(强度、深度和厚度)的年际变化特征。总体而言1994—2019年SCMs强度整体减小趋势较弱(趋势斜率S<0), 具体表现为先减小(1994—2004年)后增大(2005—2012年)再减小(2013—2019年), 其中1999—2004年显著变小; SCMs深度呈变深趋势(趋势斜率S>0), 1994—2011年逐渐变深, 之后逐渐变浅, 但变化不显著; SCMs厚度整体呈增大趋势, 1999年起显著变大。相关分析发现, 海表面温度在年际变化上与SCMs特征因子间不存在相关性(P>0.05); 海表面温度对SCMs的影响主要表现在季节尺度上, SCMs深度和强度均与海表面温度呈一致性变化。季节性差分自回归滑动平均模型对SCMs三个特征因子的拟合效果较好, 平均绝对百分比误差分别为5.33%(强度)、0.62%(深度)、2.49%(厚度), 模型可用于对SCMs特征因子变化趋势的预测。     

基于PSR模型的渔业用岛生态状况评价——以菜坨子岛为例

菜坨子岛位于大连市长海县,为无居民海岛,功能定位为渔业用岛。依据无居民海岛生态系统的特点和渔业用岛功能定位,文章使用压力-状态-响应模型设置3层指标体系,对菜坨子岛生态状况进行评价。指标评价方法采用专家评价法及单因子环境质量指数法、综合评价指数法等计算各级权重值和指标值。基于2015年现场调查数据,采用层次分析法对压力-状态-响应模型进行计算,得出菜坨子岛年生态状况分值及评价结果。结果表明,菜坨子岛总体状态为“优”（分值为0.811 1）。此外,经过对评价指标进一步优化后,可将该评价方法推广到对其他渔业用无居民海岛的生态状况评价,为其开发和保护提供依据。     

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。     

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...     

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.     

Analysis and evaluation of coral reef integrity based on borehole camera technology

At present, very few drilling surveys have been conducted on coral reefs, and comprehensive geological info on coral reefs is difficult to obtain. However, research on coral reefs is of great importance to development and exploitation of maritime resources. In the survey of Chenhang Island in Paracel (Xisha) Islands, we applied the digital borehole camera technology the first time in China, which resulted in a large amount of first-hand geological data. We utilized the rock mass integrity index (RMDI) method in our analysis of coral reef integrity, and the value of coefficient α in the RMDI was determined to evaluate the size effect of cavities on coral reefs. We then developed the correlation between RMDI values and coral reef integrity with references to the rock mass classification standard, which enabled the engineering evaluation of coral reef integrity. By statistical analysis of camera data gathered along the CK2 borehole for approximately 1-km length, we performed an integrity evaluation of the entire borehole length using the RMDI classification and created a coral reef stratum development diagram that was consistent with the actual cores. The results indicated: (1) the RMDI is a feasible approach for the analysis of coral reef integrity, (2) the classification system based on RMDI is feasible in the integrity evaluation of coral reefs, (3) the values of coral reef integrity obtained using the RMDI method are accurate, and (4) borehole camera survey and statistical analysis are important in the study of coral reefs.     

霞浦核电基地海洋生物放射性本底水平及辐射剂量评价

为掌握霞浦核电基地海洋生物的放射性本底水平,在其周边50 km范围内采集5类9种海洋生物样品,测量其中的天然放射性核素238U、232Th、226Ra、40K,以及人工放射性核素137Cs、134Cs、90Sr、58Co、60Co、54Mn、110mAg、65Zn的活度浓度并进行辐射剂量评价。结果显示,所有样品中134Cs、58Co、60Co、54Mn、110mAg、65Zn的活度浓度均低于最小可探测活度浓度,238U、232Th、226Ra、40K、137Cs和90Sr的平均活度浓度分别为(0.48±0.48)、(0.86±1.20)、(0.27±0.34)、(74.3±43.0)、(0.023±0.019)、(0.242±0.167) Bq/kg,处于我国食品天然放射性本底水平内。当地公众由于食入海产品所致年有效剂量为55.1 μSv/a,其中137Cs、90Sr所致剂量分别为0.021、0.49 μSv/a;海洋生物所受辐射剂量为0.048~0.276 μSv/h。〖JP2〗当地公众及海洋生物所受辐射剂量均远低于国家标准限值或国际推荐控制值。本次调查为霞浦核电厂运行前海洋生物放射性本底建立了基线数据,并提出了今后海洋生物监测的重点核素,除137Cs、134Cs、90Sr、58Co、60Co、54Mn、110mAg、65Zn,还应增加对3H、14C、131I的监测。     

融合地理空间认知的珊瑚礁地貌单元高分遥感分类方法

近年来,在人为活动和自然因素的影响下,全球珊瑚礁面临着大规模退化问题,开展珊瑚礁监测研究对珊瑚礁生态系统评估、修复和保护工作具有重要作用。本文以西沙群岛北礁和华光礁为研究区,应用2015年高分二号（GF-2）和WorldView-2高空间分辨率卫星影像和现场调查数据,基于不同珊瑚礁地貌单元的空间位置特征,提出了融合地理空间认知（Geo-Spatial Cognition,GSC）的珊瑚礁地貌单元高分遥感分类方法。研究结果表明：针对因空间位置不同和底质组成高度近似导致珊瑚礁地貌单元漏分和错分的问题,本文提出的方法更能有效获取精准的珊瑚礁地貌单元信息。其中,融合地理空间认知的随机森林（Integrating Geo-Spatial Cognition-Random Forest,GSC-RF）方法展现出了最优的分类表现,在北礁和华光礁珊瑚礁地貌单元分类中总体精度分别为98.06%和91.93%,Kappa系数分别为0.98和0.91。相比于仅使用光谱信息的随机森林（Random Forest,RF）、多元逻辑回归（Multinomial Logistic Regression,MLR）和支...     

南海珊瑚岛礁地貌遥感识别研究

南海珊瑚岛礁总体处于退化状态,卫星遥感可以实现珊瑚礁区底质演变的监测.本文以西沙群岛海域赵述岛为研究区域,以Landsat-8卫星遥感影像为研究数据,对浅海地貌变化进行遥感分析.将影像进行水深校正和波段组合,使用最大似然法进行珊瑚礁地貌分类,可以清晰的识别灰沙岛、礁坪、礁前坡、泻湖坡、暗滩和海面六种地貌类型,以Worl...     

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。     

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。     

基于深度学习的西沙永乐群岛珊瑚礁遥感信息提取

珊瑚礁是海洋生态系统的重要组成部分,对保护海洋生物多样性以及维持海洋生态平衡具有重大意义。我国南海珊瑚岛礁自然资源丰富,准确、高效地提取珊瑚岛礁信息对南海岛礁监测、管理、规划与保护具有现实意义。本研究基于我国海洋一号C卫星（HY 1C）遥感数据,对西沙永乐群岛珊瑚礁信息进行了研究与分析,提出基于HY 1C遥感数据的珊瑚礁地貌分类体系。采用全卷积神经网络U Net模型,依次通过下采样、上采样操作提取西沙永乐环礁地貌特征,实现原始影像的像素级语义分割。结果表明：基于HY 1C数据建立的地貌分类体系对活珊瑚覆盖及珊瑚生长发育条件具有指示作用,提出的基于U Net模型的珊瑚岛礁地貌信息自动提取方法,能够为我国南海珊瑚岛礁生态系统的全自动、大范围监测和评价提供相应理论基础,在珊瑚礁生态管理与评价中发挥关键作用。精度验证结果表明：U Net模型可以有效提取珊瑚礁地貌信息,采用的地貌信息提取方法具备时空泛化能力,泛化精度高于80%。