海洋也“脱发”咋办？它的“植发师”竟然是海草

出品：科普中国

作者：刘明杰（中国科学院海洋研究所海洋生态学专业在读博士）

监制：中国科普博览

编者按：为揭开科技工作的神秘面纱，科普中国前沿科技项目推出“我和我的研究”系列文章，邀请科学家亲自执笔，分享科研历程，打造科学世界。让我们跟随站在科技最前沿的探索者们，开启一段段充满热情、挑战与惊喜的旅程。

“像一棵海草，海草，随波飘摇”，随波逐流的一棵棵海草如同“海姑娘”的一缕缕秀发随风飘扬。

海草

（图片来源：veer图库）

海草是唯一一类能够适应海洋沉水生活的单子叶被子植物，广泛分布于全球热带和温带沿岸水域。

茂密的海草床具有净化水质、保护海岸、维持海洋生物多样性以及储存有机碳等诸多生态服务功能，在气候调节和改善人类福祉等方面发挥了关键作用。

近年来随着气候变化和海洋开发利用强度日益增大，环境改变和人类活动所造成的巨大压力致使海草床生态系统在全球范围内迅速衰退，蔚蓝的海洋患上了“脱发”症，亟需寻找一味“良药”来遏制这一现象，保护和恢复海草床生态系统。

海草床生态修复是弥补海草床生态系统生物多样性降低和生态系统服务功能损失的必要手段，被视作一种可以有效应对气候变化，保护生物多样性的基于自然的解决方案。

为了补偿或减轻海草床退化所带来的损失，世界不同地区已经积极开展了大量的生态保护与修复行动，为海草床的恢复与重建积累了宝贵经验，其中一些案例获得了良好的反馈和结果，大规模的海草床修复计划在改善局部生态健康和提高生态系统功能水平中起到了重要作用。

造成海草床退化的原因较多，例如水质恶化、物理损伤、物种竞争等等，在开展人为干预行动之前首先要寻找导致海草床退化的真正“病因”，才能针对性地开展保护管理措施。

寻找病因，生境改良

20世纪50-80年代，美国佛罗里达州坦帕湾（Tampa Bay）水体富营养化加剧，导致浮游植物和大型藻类频繁爆发，水体透明度和溶解氧水平降低，海草因“饥饿”和缺氧而死亡，海草床分布面积减少了约8900公顷。

为改善坦帕湾恶劣的环境条件、恢复其生态功能，当地采取严格污水排放标准、加强废水回收再利用、控制农业施肥和磷矿开采等一系列管理措施控制陆源营养盐排放。

经过近30年的努力，至2012年再次评估时坦帕湾的总氮负荷显著减少，水体总氮、总磷和叶绿素a浓度均显著下降，海草床覆盖面积增加了约5258公顷。

坦帕湾大型藻类爆发

（图片来源：参考文献2）

与此同时，海草床的恢复进一步促进了对氮、磷营养盐的吸收，降低了水体浊度，从而形成良性循环，海草床恢复速度可达到每年约300公顷，至2018年面积已恢复到16451公顷，超过了预期设定的恢复目标15378公顷。

这表明通过合理有效的管理措施去除导致海草床退化的威胁因素，改良海草床生境，可以使海草床得到有效恢复，同时也从侧面体现出诊断海草床退化原因的重要性。

如果没有对海草床退化原因进行调查分析，不经去除或减弱干扰因素就贸然开展修复活动，最终可能导致修复效果甚微甚至失败。例如在澳大利亚南部开展的块状川蔓草（Ruppia tuberosa）的修复案例中，由于未解决因为春季水位降低导致的干旱问题，修复后的海草斑块无法完成正常的生活史过程，种子库无法得到持续的补充而最终枯竭。

因地制宜，对症下药

查明“病因”之后，还要根据环境特征选择恰当的修复技术。**种子修复法逐渐被认为是大规模海草床生态修复的重要技术手段。**海草可以产生不同大小、寿命和传播能力的种子，与植株移植相比，海草种子易于采集、储存和运输，而且采集种子对供体草床产生的破坏较小，同时还可以较好地维持遗传多样性。

此外，种子法相比于移植法较容易形成规模效应，增加修复规模有助于在时间和空间上分散风险，以应对环境条件的波动，从而提高修复成功率。

科研人员自1999年开始在美国弗吉尼亚州东部4处海湾内进行大规模播种修复，对鳗草种子的采集、筛选和保存，播种时间、密度、深度和方法等均进行了深入的研究，制定了高效的种子收集、加工和播种方案。

由于环境条件适宜以及人类活动干扰较少，鳗草迅速地生长和扩散，形成了茂密连续的海草床，至2010年海草床面积已恢复至1714公顷（播种3780万粒种子），约为播种面积的14倍。

稳定的海草床建立之后，种子可以实现自身供给，不需要再从外源草床采集，至2018年鳗草海草床面积已恢复至3612公顷，累计播种7450万粒种子。海草床的恢复建立了积极的正反馈机制，使得海湾内水体浊度降低，沉积物中碳、氮储量增加，鱼类和无脊椎动物数量和丰度增加，海草床生态服务功能逐渐恢复和改善。

在经历了多年的移植失败之后，瓦登海（Wadden Sea）地区的海草修复工作也逐渐由移植修复转变为播种修复，希望通过大规模修复来分散风险，提高修复成功率。澳大利亚西部科克本湾（Cockburn Sound）自2018年开始尝试利用种子修复退化的澳洲波喜荡草（Posidonia australis）海草床，希望通过不断改进的修复方案，在降低修复成本的同时提高当地社区居民的参与程度。

澳洲波喜荡草种子采集

（图片来源：参考文献5）

全民参与，众志成城

在修复材料的收集和部署过程中所产生的高人工成本是开展海草修复工作的一个长期限制，尽管目前已研发了多种机械化装备，如种子采集机、播种机、移植机等，但这些机械化装备使用条件较高，受修复区域复杂水文和地理条件的限制，当前海草床修复工作机械化作业流程难以开展，大规模海草修复仍需依靠密集的劳动力，通过让公众或志愿者参与到海草修复过程中来，可以大大降低劳动力成本。

为修复澳大利亚新南威尔士州斯蒂芬斯港地区的海草床，科研人员将“Citizen science”概念运用到海草修复之中，通过发起一项“Operation Posidonia”活动，鼓励社区居民收集被风浪冲到岸边的海草碎片，收集的碎片经过筛选、暂养后由专业人员重新移植到待修复海域。

茂密的海草

（图片来源：veer图库）

在活动开展的前14个月里，当地志愿者收集了1200多个海草碎片，经过监测移植成活率可达50%以上，有效地减少了从天然草床采集植株的需求，同时也使当地社区居民参与到海草修复计划中来，提高了人们对海草重要性的认识。

除了收集海草碎片以外，社区居民还可以参与海草种子的采集、加工和播种、海草植株的移植、人员装备的运输、活动的宣传等等，在美国弗吉尼亚州播种修复案例中，志愿者们收集了1000多万粒海草种子，在整个修复工作中发挥了重要作用。

公众普遍缺乏对海草重要性的认识，被认为是全球海草保护的关键挑战之一，这表明有必要开展适当的科学传播活动，以配合和促进海草床保护与修复行动。

“科学家+志愿者”海草修复模式是一种新的思路，该模式将海草修复定义为一种人人可参与的公益环保活动，发动社会公众参与海草修复工作，使海草修复相比于科学研究工作具有更高的普及性，可以有效解决劳动力不足的问题，降低修复成本。

如下图所示，科学家即指科研人员，主要在科学普及、技术研发、设备支撑和技术培训等方面发挥角色作用，主要任务为降低海草修复技术门槛，提高公众参与海草修复的可行性。志愿者涵盖范围较广，可以包含公益组织、社区居民等众多的社会力量，主要弥补科研人员在资金、宣传、人员组织等方面的短板，使社会公众更加广泛、深入地参与到海草修复活动之中。

“科学家+志愿者”海草修复模式概念图

（图片来源：作者自制）

该模式的难点在于如何吸引更多的志愿者参与到海草修复计划中来，首先需要使公众了解环境危机的程度和后果（如生态、社会、经济、文化方面），随后可以与学校、社区、公益组织合作，定期举行宣传活动和培训，利用社交媒体、新闻媒体通过公益广告、视频短片、自媒体推文等形式进行科学普及、志愿者招募及活动宣传，进而组建专门从事海草修复的公益组织及公益团队。

我国的海草床生态修复

我国海草资源丰富，现有海草种类16种，分布面积近3万公顷，但海草研究起步较晚，相较于红树林、珊瑚礁等沿海生态系统，海草床保护与修复工作相对滞后，海草资源已发生衰退，与20世纪80年代以前相比，我国近岸海域超过80%的海草床已经消失。

海草床生态系统的衰退引起了人们对海草床保护与修复的关注和探索。科研人员针对不同的海草床退化原因和不同的海草种类，在河北省、山东省、广西省和海南省等地对海草床修复理论和技术进行了大量探索，提出了多项海草床生态修复新技术，建立起相对完善的技术体系。

但由于种种原因，相关研究基本处于实验的规模，少有大规模修复实例，修复效果也参差不齐，在我国1950-2014年开展的1011个海岸修复项目中，海草床修复项目仅有11例，修复总面积不足30公顷。

十八大以来，随着国家对海洋生态环境保护的重视，海草床生态修复得到了国家战略的支持，我国也陆续开展了多项大规模海草床生态保护与修复项目。例如河北省唐山市曹妃甸区海洋生态保护与修复项目（总修复面积636公顷），黄河三角洲国家级自然保护区南部海洋生态修复海草床、监理及监测评估项目（总修复面积50公顷）等。

中船环境集团的工人在唐山市曹妃甸区海洋生态保护与修复项目鳗草苗采集海域采集鳗草苗（无人机照片）

（图片来源：新华社）

我国也加强了国家层面生态修复标准体系建设，发布了我国首个海草床生态系统修复技术国家标准——《海洋生态修复技术指南第4部分：海草床生态修复》，首个海草床生态修复技术行业标准——《海草床建设技术规范》，为规范并保障我国海草床生态修复工程提供了技术依据。

同时也有越来越多的公益力量加入到海草床保护与修复的行列中来，由联合国开发计划署资助的“广西合浦儒艮国家级自然保护区海草床保护行动项目”、由永续全球环境研究所和北京市企业家环保基金会资助的“为海行动”、自然资源部联合公益组织共同发起的“蔚海行动”等项目也在努力提升社会公众的海草床保护意识，探索基于公众参与的海草床保护修复可持续性发展路径。

《海草床生态修复碳汇计量与监测方法》的发布以及全国首笔公开的海草床蓝碳意向认购的成功签约也标志着利用蓝碳交易市场机制推动海草床生态修复项目的可行性。

为了防止“脱发”症的进一步的恶化，通过分析国际海草床修复案例，未来我们需要进一步持续地监测海草床动态变化，准确掌握海草床生态系统退化现状；尝试开展海草人工培育、研发机械化修复装备、提高修复成功率与修复效率；加强政府决策者、非公益组织等各方力量的知识共享和公众参与力度，相信在长久的努力之下，蔚蓝的海洋定会再次生成浓密的“秀发”！

参考文献

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