海洋生物学：环境压力下的南海珊瑚礁生态系统演变及修复

1、环境压力下的南海珊瑚礁生态系统演变及修复,Scsio-LMB,汇报内容 一、研究背景与科学问题 二、环境压力下的珊瑚礁演变与退化 三、珊瑚礁功能生物对环境压力的响应 四. 珊瑚礁生态修复,Scsio-LMB,汇报内容 一、研究背景与科学问题 二、环境压力下的珊瑚礁演变与退化 三、珊瑚礁功能生物对环境压力的响应 四. 珊瑚礁生态修复,Scsio-LMB,南海生境复杂，生态系统多样化,多种类型： 沿岸、岛礁型 陆架、外海型,深海海盆,陆架,河口,海草床,红树林,海湾,上升流,珊瑚礁,珊瑚礁,鲜明的热带区域特色，重要的全球意义,生物多样性中心 珊瑚金三角,西沙 2009,生物多样性热点地区(蕴藏近2

2、5%海洋物种)； 多种生态服务功能 （1）生物资源的保持 （2）海岸带防护功能 （3）岛礁的制造者 ,海洋中的“热带雨林”,全球珊瑚礁分布/,Pandolfi et al., Science. 2011,珊 瑚 礁,珊瑚礁功能,南海岛礁均为珊瑚构筑 岛礁的设施依赖于珊瑚的再建造 例如：中建岛 一旦受破坏，岛礁消失，国土安全、生态安全均受威胁,Scsio-LMB,南海珊瑚礁是处于世界珊瑚金三角北缘 南海拥有265个岛礁，均珊瑚岛礁，是宝贵的国土资源； 珊瑚礁全球社会经济价值每年十亿美元。,国家需求,南沙群岛,西中沙群岛,南海珊瑚礁,东沙群岛,北

3、部沿岸,南北纵跨20纬度， 样带2000 km,全球气候变化： 海水升温 海洋酸化 人类活动： 过度捕捞 污染 栖息地破坏,9,珊瑚礁承受的主要环境压力,世界范围内珊瑚礁的退化,工业革命以来,世界主要珊瑚礁的危险处境,全球研究的热点,珊瑚礁的退化原因？未来命运？,世界三分之一珊瑚礁严重退化,11,环境压力下的南海珊瑚礁生态系统演变及修复,环境压力下的珊瑚礁演变过程与机制,珊瑚礁对环境压力 的响应,珊瑚礁 生态修复,关键科学问题,野外长期调查观察、模拟实验及模型预测,生态系统演变过程与机制,环境压力,气候变化,人为活动,珊瑚礁生态修复,研究思路,全球暖化,海洋酸化,渔业捕捞,污水排放,工程建设,

4、极端天气,珊瑚礁功能生物响应与适应性机制,退化机制研究 修复技术研发,发现我国造礁石珊瑚36个新记录种； 对南海海区珊瑚礁状况有充分调查了解。,丰富的研究积累,水下潜水调查 南沙航次（2次，50天） 西沙航次（6次，200天） 三亚航次（20余次，400天） 其他沿岸航次（20余次，200天）,基础工作,南海所重点实验室； 三个野外观测研究站（湛江站、三亚站、西沙站）； 徐闻、文昌、三亚以及西沙群岛已设立珊瑚礁长期生态监测样地。,研究平台,在三亚站和西沙站建立岸基珊瑚培养体系并配备CO2和温度等环境因子的实验控制系统,实验基地,黄晖 研究员,张浴阳助理研究员 珊瑚恢复,周国伟助理研究员 珊瑚共

5、生体生理生态,练建生副研究员 珊瑚礁生态系统评价,袁涛副研究员 珊瑚繁育,袁翔城副研究员 珊瑚生理生态,雷新明助理研究员 珊瑚礁生态环境,高永利助理研究员 珊瑚礁鱼类生态,野外珊瑚礁系统生态与环境,模拟实验： 生理生态、微生物生态、与繁育,温国彰博士后（台湾） 珊瑚鱼类,党爱翠博士后 珊瑚环境化学,李秀保副研究员 珊瑚礁生态环境,一支年轻的珊瑚礁生态研究团队,刘胜研究员 生物营养循环,汇报内容 一、研究背景与科学问题 二、环境压力下的珊瑚礁演变与退化 三、珊瑚礁功能生物对环境压力的响应 四. 珊瑚礁生态修复,Scsio-LMB,全面调查了南海造礁石珊瑚生物种群分布格局,Huang et al.

6、,2011, 2013；黄晖等, 2012,探明我国珊瑚生物种群的地理分布，报道南海造礁石珊瑚50多属300多种。,受国际珊瑚礁协会的邀请，从2004年开始负责全球珊瑚礁现状报告的中国报告,International Coral Reef Initiative,Status of Coral Reefs of the World:2008 (1360次引用),学术影响,强降雨导致洪水，造成低盐度胁迫 对珊瑚礁生态系统造成严重危害,观测到气候异常事件影响珊瑚礁的健康状况,气候变化：上升流和升温影响,上升流导致珊瑚礁区域出现明显的降温 缓解升温对近岸珊瑚礁造成的不利影响（如白化和衰退） 提出气候事

7、件引起的珊瑚礁白化可以较快的恢复，而在此上升流起避难所作用。,Li XB, Huang H.*. Aqu. Ecos. Hea. LianJS; Chinese Science Bulletin, 2006 Li XB, Huang H*. Deep Sea Research II, 2013,人类活动造成的环境压力等因素对珊瑚礁健康状况的影响,报道了富营养化导致大型藻类爆发，影响珊瑚生长 利用蒲扇藻15N值指示了氮的来源（陆源或上升流）,Huang et al. Botanica Marina.2013,甄别出近岸珊瑚礁退化最主要因素：水体浑浊、颗粒物沉积、营养盐富集 提出人类活动改变南海珊

8、瑚礁的生态结构和功能,人类活动造成的环境压力等因素对珊瑚礁健康状况的影响,Coralcover as a proxy of disturbance: A case study of the biodiversity of the hermatypic corals in Yongxing Island, Xisha Islands in the South China Sea 作者:HuangHui;LianJiansheng;HuangXiaoping; 等. CHINESE SCIENCE BULLETIN卷:51：129-135出版年: 2006,人类活动（过度渔业）改变珊瑚礁的生态结构

9、和功能,肯定我们的观点：过度渔业导致重要生物的衰退,HuangH，et al.Chinese Science Bulletin, 2006 Hughes TP., Huang H.* et al. Conservation Biology, 2013,从科研、管理、政策等方面对我国珊瑚礁现况进行分析； 沿岸珊瑚覆盖率在近30年里下降80%以上； 环境恶化对珊瑚礁的影响远远大于气候变化。,南海珊瑚礁急剧退化及其影响因素,与澳大利亚院士 Terry Hughes合作发表：,研究成果得到Nature Climate Change的引用：,澳大利亚Bridge教授刊文：呼吁保护所有珊瑚礁。 其中引用和

10、肯定我们关于大量近岸珊瑚礁退化的论点,学术影响,发表在Conservation Biology的文章, 有158 家世界媒体报道，访问量达5250万次 。,得到国际主流媒体英国BBC、法新社等的关注和报道。,学术影响,开展了珊瑚礁退化机制研究,建立珊瑚礁退化机制的模型，发现人类活动通过影响系统内部水质环境、生物群落相互关系，间接引起珊瑚礁退化。,练健生，黄晖等 2012,构建琼东珊瑚礁人类活动-环境变化-生物群落响应模型,发现近岸人类活动和琼东上升流对珊瑚礁的分布产生重要影响。,Li et al., ECSS. 2014.,汇报内容 一、研究背景与科学问题 二、环境压力下的珊瑚礁演变与退化 三

11、、珊瑚礁功能生物对环境压力的响应 四. 珊瑚礁生态修复,Scsio-LMB,海洋酸化对珊瑚礁生物钙化与光合作用的影响及其响应,模拟不同的酸化和光照条件，对珊瑚优势种进行了不同程度的酸化培养，利用碳酸盐平衡体系和珊瑚微循环理论模型解释了珊瑚的钙化作用对海洋酸化不仅有负响应，还有正响应；珊瑚的光合作用可以影响对酸化的响应，比较好的解释了钙化生物在气候变化条件下的命运。,Huang et al., Marine Ecology Progress Series. 2014,负响应,正响应,揭示了珊瑚礁浮游植物应对气候变化（二氧化碳升高和紫外线增强）的生理适应机制。大气CO2升高不仅提高藻类的生长，降低

12、藻类 (PSII)的光失活，以及细胞内PSII内N的循环速率，同时CO2浓度升高和光强协同影响藻类光系统II的失活，光强较高时CO2升高降低光系统II光失活，光强较低时相反。,Li et al., 2009, 2011a, 2011b, 2013a; Li and Gao 2012, 2013;Li Campbell et al and Li., 2013,海洋酸化对珊瑚礁生物钙化与光合作用的影响及其响应,调查了典型珊瑚礁区碳酸盐体系的变化规律及其生态机制，揭示珊瑚钙化与藻类光合作用的耦合关系。生物代谢是珊瑚礁区PCO2日周期变化的主要驱动因素，潮汐及海流等水动力作用对近岸珊瑚礁海水PCO2产

13、生的影响更大。,Zhang CL, Huang H. .Deep Sea Research, 2013 Yan et al., Chinese Science Bulletin, 2011.,海洋酸化对珊瑚礁生物钙化与光合作用的影响及其响应,该方面研究成果已得到Limnologyand Oceanography、 Photochemistry and Photobiology 、Marine Ecology Progress Series、Biogeosciences 等专业领域期刊的引用和肯定。,受邀将文章收录到摩纳哥海洋酸化国际合作中心,印度孟买大学科学家邀请共同研究,造礁石珊瑚共附生微生

14、物多样性及其环境适应性,研究了南海及邻近海域造礁珊瑚共生藻多样性分布格局，以及与宿主、环境的关系，确定了该海域造礁石珊瑚共生藻以C系群（C1、C3）为主，并呈现纬度分布格局，揭示了共生藻在珊瑚适应环境变化中的作用。,LienHuang H.et al. Marine Ecology Progress Series, 2013 Huang H.et al. Marine Biology Research, 2011; 2013 Zhou GW, Huang H et al. JMBA, 2012 Zhou GW Xie et al, PloS One 2013; Liu et al, Afr J

15、 Microbiol Res. 2012,造礁石珊瑚共附生微生物多样性及其环境适应性,两种类型的纤毛虫的显微照片和形态示意图,该方面持续性的研究成果已得到Environmental microbiology、Coral Reefs、JournalofPhycology、Marine Ecology Progress Series等专业领域期刊的引用和肯定。,加州大学Fay教授的J. Phycol.综述中引用了我们数篇成果。,英国埃塞克斯大学Hennige教授肯定我们对共生藻多样性的研究有助于认识珊瑚适应环境变化的机制,汇报内容 一、研究背景与科学问题 二、环境压力下的珊瑚礁演变与退化 三、珊瑚

16、礁功能生物对环境压力的响应 四. 珊瑚礁生态修复,Scsio-LMB,珊瑚礁生态修复的关键,关键科技难题,增加珊瑚幼体补充数量,提高珊瑚底播移植存活率,人为增加造礁石珊瑚数量,调查珊瑚礁 自然恢复力,缺乏对珊瑚礁自然恢复力状况的了解,有效培育珊瑚成体,不足情况下,促进珊瑚礁恢复力提升,珊瑚礁的生态修复,对珊瑚生态修复相关的珊瑚幼体恢复力、有性繁殖、无性培育和底播移植进行多方面研究,发现三亚多处珊瑚礁的珊瑚幼体恢复力处于较低水平，并具有明显季节性变化； 成功记录20多种造礁珊瑚有性繁殖过程，并掌握其繁殖周期和受精卵发育过程与规律； 探索适宜三亚与西沙珊瑚礁环境的珊瑚无性培育种类和相对应的有效移植

17、方法；,珊瑚幼体恢复力,针对三亚珊瑚礁保护区所在位置进行幼体恢复力调查,珊瑚幼体恢复力调查方法,鹿回头,小东海,亚龙湾,西岛,珊瑚幼体恢复数量显示三亚幼体恢复力处于较低水平，分布不均，且季节性明显,（黄晖等，2008，2010，2011）,珊瑚有性繁殖,壮实鹿角珊瑚受精卵完整发育过程,在三亚和西沙，通过对繁殖期珊瑚排放的受精卵进行收集，并在实验室条件下培育，已经记录了包括壮实鹿角珊瑚、中间鹿角珊瑚、粗野鹿角珊瑚、鹿角杯形珊瑚等多种造礁石珊瑚的繁殖周期、受精卵发育、浮浪幼虫的附着过程、以及珊瑚幼体的生长。,浮浪幼虫,寻找合适基底,1h,2-4h,10h,15h,25h,珊瑚浮浪幼虫附着过程,发展

18、了岸基造礁珊瑚无性培植生长体系,（黄晖等，2008，2010，2011）,生态修复,黄晖等,2008,2010,2011;李元超等,2009,探索不同环境条件下珊瑚礁生态修复技术,根据三亚与西沙不同环境下珊瑚礁状况和珊瑚构成，选取适合的种类作为待修复珊瑚； 针对三亚和西沙珊瑚礁面临的不同环境压力，设计相应的珊瑚修复手段，并进行比较。,三亚珊瑚修复实验,针对三亚珊瑚礁水体沉积物多的特点，设计了4种珊瑚无性培育方式，对5种鹿角、杯型、蔷薇、盔型和滨珊瑚移植，并在随后的10个月中进行监测。,三亚珊瑚修复,三亚沉积物和台风的影响造成了耐受性差的蔷薇珊瑚和鹿角珊瑚高死亡率，存活面积也随时间下降。 盔型珊

19、瑚和滨珊瑚对沉积物耐受性强，但台风对其影响严重，造成存活面积下降，死亡率上升。 鹿角杯型珊瑚对沉积物耐受好，生长速度快，能弥补台风影响，适宜在三亚培育。,杯型 盔型 滨珊瑚 蔷薇 鹿角,死亡率 部分死亡率 存活面积,西沙珊瑚礁修复,收集到的卵子,培育的浮浪幼虫,于2010-2012年调查发现西沙群岛珊瑚的主要繁殖时间为3月至4月间。 通过在此期间对珊瑚受精卵的收集和培育，获得了大量的珊瑚浮浪幼虫和珊瑚幼体。通过放流将珊瑚幼体与浮浪幼虫放归至需修复海区。,放归珊瑚幼体,西沙珊瑚礁无性培育与底播移植,直接粘附在礁体上,网片培植,铁架培植,个体由5cm增长至10cm,个体增长出多个分枝,大小增长3倍,西沙珊瑚礁水体环境适宜珊瑚生长，台风是珊瑚修复的主要威胁，人类活动为次要影响。,珊瑚礁保护修复重点示范区（赵述岛）,面积100公顷、2年的珊瑚覆盖率提高20%以上；推广面积10012公顷。,成功进行珊瑚礁修复技术的工程化示范,工