大堡礁修复研究，碳酸盐暴涨29%！
编·者·按
大堡礁（Great Barrier Reef）是位于澳大利亚东海岸的一个世界著名的珊瑚礁系统。它是世界上最大的珊瑚礁之一，也是地球上最大的单一生物结构。大堡礁延伸约2300多公里，横跨昆士兰州的海域，是一个由数千个小型珊瑚礁和岛屿组成的生态系统。由于气候变化、海洋污染、过度捕捞等多种威胁，导致珊瑚白化和生态系统破坏，大堡礁也成为了海洋科学家们关注和生态恢复研究的热点。
“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到由悉尼科技大学气候变化研究中心的C. Isabel Nuñez Lendo博士领导的一项研究，于2024年1月26日发表在《海洋科学前沿》期刊上。该研究团队通过对大堡礁一个遭受飓风破坏的地点进行珊瑚修复的效果进行了深入的调查，特别关注了碳酸盐预算的变化以及珊瑚覆盖率、结构复杂性等指标。为助力全球环境治理、并供我国学者了解最新研究动态信息，编译分享信息如下，供感兴趣的读者们参阅。
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自20世纪70年代以来，全球珊瑚覆盖率的急剧下降使得礁石的增长严重减缓。在大堡礁，珊瑚覆盖率的减少主要受到本地和全球压力的影响，如沿海发展和气候变化。最近的珊瑚白化事件导致了珊瑚覆盖率的历史性下降。然而，有关大堡礁碳酸盐预算的研究仍然相对匮乏，尤其是对于南部和中部地区的研究。
硬珊瑚被认为是维持珊瑚礁生态系统结构和功能的主要贡献者。它们通过碳酸盐的生产提供了礁石增长、栖息地结构和生物地球化学循环等关键功能。为了应对珊瑚覆盖急剧下降的问题，全球管理方法正在逐渐从传统的保护方法转向包括积极修复的做法，以恢复礁石生态系统的服务。
当珊瑚底座变得不固化时，修复通常需要通过增强底座的稳定性来促使其重新生长。Reef Stars，又称为“MARS（Mars Assisted Reef Restoration System）”，是一种新型的底座稳定方法，采用了六边形形状的钢筋结构。该方法已在印尼等地成功使用，并成为全球最大的修复珊瑚礁的尝试之一。在大堡礁中，Reef Stars首次用于修复Moore Reef，通过对其修复效果的观察，研究人员试图揭示这种修复方法对礁石结构和碳酸盐预算的影响。
图1 展示了Moore Reef研究的不同站点。在2021年2月，（A）是自然、健康的相邻珊瑚礁，覆盖着丰富的珊瑚（正对照组，‘PC’）；（B）呈现的是由Cyclone Yasi形成的11年前的珊瑚碎石区，未经修复（负对照组，‘NC’）；（C）则是稳定珊瑚礁的示意图，展示了Reef Stars结构，承载着各种珊瑚（安装后4个月）。大约11个月后的2021年12月，同一珊瑚礁站点‘PC’，‘NC’，和‘E’（D–F）。需要注意的是，图中‘E’站点展示了Reef Stars介入碎石区上观察到的高珊瑚覆盖率。图片来源：Nuñez Lendo, C.I.，以及 Mars Sustainable Solutions。
研究通过对比三个站点，分别是使用Reef Stars进行修复的站点（实验组，“E”）、未安装Reef Stars的珊瑚碎石区（负对照组，“NC”）以及健康相邻珊瑚礁区（正对照组，“PC”），来探究修复对珊瑚覆盖、珊瑚生长和珊瑚礁结构的影响。
在研究中，通过对碳酸盐生产和侵蚀等因素进行综合评估，发现Reef Stars修复的珊瑚区（E）具有更高的硬珊瑚覆盖率和复杂度，与未修复的负对照区（NC）和健康珊瑚区（PC）相比，具有更高的碳酸盐预算。研究还表明，Reef Stars修复后的珊瑚区具有更高的珊瑚多样性，主要由轴孔珊瑚属（Acropora spp.）物种组成。
此外，通过对生存率和生长率的测量，发现在Reef Stars修复的珊瑚区（E）中，轴孔珊瑚的生存率达到100%，生长速率相对较高。碳酸盐预算的计算结果显示，Reef Stars修复的珊瑚区（E）具有更高的净碳酸盐生产和总碳酸盐生产，较之未修复的珊瑚区和健康珊瑚区显著增加。
上图展示了用于估算研究的三个Moore Reef站点珊瑚礁碳酸盐预算的方法的示意图。研究基于Perry等人（2012）的Reef Budget方法。图中清晰显示了对珊瑚礁增长的正负贡献，即生产和侵蚀。具体而言，显示了净碳酸盐生产、总碳酸盐生产、总生物侵蚀、以及生产和侵蚀过程的主要贡献者。图片来源：Nuñez Lendo, C.I.
也就是说，研究团队通过对修复地点、附近未修复的天然礁和珊瑚碎石区域的碳酸盐生产和侵蚀率进行估算，发现修复地点的礁石增加率可达6-29%。此外，他们还研究了主要的钙化生物（珊瑚）的骨架性质，包括中间轴孔珊瑚（Acropora intermedia）、细枝鹿角珊瑚（Pocillopora damicornis）以及支撑轴孔珊瑚属碎石（在研究区域占主导地位）。研究结果显示，在修复地点，珊瑚硬度、孔隙率等方面的性质相对于未修复的地点并没有显著的影响，但细枝鹿角珊瑚的硬度似乎有所下降，表明在修复活动中不同珊瑚物种表现出不同的性能。
通过这项研究，可以看出，珊瑚修复对增加当地海域的碳酸盐预算很有帮助。这意味着：珊瑚修复可以有效地恢复海洋生态系统的健康状态。该研究还强调了对修复活动成功的全面评估的重要性，包括珊瑚生长和硬度等指标。通过Reef Stars修复方法的研究，科学家们为实践者提供了一种评估修复效果的重要方法，以了解修复活动带来的更广泛的生态系统服务价值。
感兴趣的“海洋与湿地”读者可以参看这项研究的全文，参见：
Nuñez Lendo C I, Suggett D J, Boote C, et al. Carbonate budgets induced by coral restoration of a Great Barrier Reef site following cyclone damage[J]. Frontiers in Marine Science, 2024, 10: 1298411.
https://doi.org/10.3389/fmars.2023.1298411
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海洋与湿地·小百科
珊瑚礁碳酸盐预算
珊瑚礁碳酸盐预算（Reef Budget），是一种用于评估珊瑚礁碳酸盐预算的方法，被广泛应用于研究中。碳酸盐预算提供了研究珊瑚礁生态系统动态变化的数据。对于受到气候变化、人类活动或自然灾害等因素影响的珊瑚礁，通过测量碳酸盐预算，科学家能够评估修复措施的成功程度。
碳酸盐预算（珊瑚礁通过产生和侵蚀之间的平衡）对于珊瑚礁结构的物理弹性至关重要。然而，由于缺乏标准化方法，碳酸盐预算在管理和保护方面的应用一直受到限制。为解决这一难题，英国埃克塞特大学的地理学家开发了ReefBudget，这是一个开放获取的工具，最初专注于加勒比地区，进行实地测试和研讨会。其核心思想是通过综合考虑珊瑚礁生态系统中碳酸盐的生产和侵蚀过程，来评估该区域的碳酸盐平衡状况。具体来讲，Reef Budget方法考虑了珊瑚礁区域的硬珊瑚覆盖、硬珊瑚生长、硬珊瑚死亡、珊瑚碎屑覆盖、以及生物侵蚀等因素，通过这些因素的量化来计算碳酸盐的总生产和总侵蚀。通过比较总生产和总侵蚀之间的差异，可以得出珊瑚礁区域的净碳酸盐生产情况，从而了解该区域的碳酸盐预算状况。
“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编查看了英国埃克塞特大学官网的一篇介绍，发现ReefBudget方法已被用于量化2016年马尔代夫珊瑚白化事件的严重影响，并在墨西哥中美洲珊瑚礁沿线的多个地点进行预算评估。荷兰安的列斯群岛的相关研究发现了一些对海平面上升更加脆弱的沿海区域。在英属印度洋领地，该方法也被用于监测2016年珊瑚白化事件后的变化。
马斯辅助珊瑚礁恢复系统
马斯辅助珊瑚礁恢复系统（MARS，Mars Assisted Reef Restoration System），又称为“Reef Stars”（珊瑚礁之星），是一种创新的珊瑚礁修复系统。该系统采用六边形形状的钢筋结构，将珊瑚片坚固地固定在一起，形成广泛而稳定的人工珊瑚礁。通过这种连接方式，MARS为珊瑚提供了坚实而可靠的生长平台。成功应用于印度尼西亚和澳大利亚大堡礁等地，MARS为受损珊瑚礁的修复作出了显著贡献。
图片来源：MARS 2023年影响力报告
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新闻源 | Frontiers in Marine Science
编译 | 王芊佳
审核 | Sara
排版 | Sara
【参考资料】
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2023.1298411/full?trk=public_post_comment-text
https://geography.exeter.ac.uk/reefbudget/
https://www.rgs.org/about-us/what-is-geography/impact-of-geography/reefbudget-a-new-global-coral-reef-monitoring-tool-to-support-reef-conservation-and-management
Royal Geographical Society (with IBG) (2023) ReefBudget: a new global coral reef monitoring tool to support reef conservation and management.
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