种珊瑚:去海底“植树造林”

生活 李明子
他们希望能够推广“海洋牧场”的概念 通过修复珊瑚 恢复海洋生态

水下钻孔,放归珊瑚幼体。图/受访者提供



张浴阳目不转睛地盯着一个个粗壮的珊瑚分枝。


它们已开始膨胀,呈现出粉红色,12只灰色的触手,像花瓣一样环绕在口盘四周。


张浴阳是在等待珊瑚虫排卵。他是中国科学院南海海洋研究所(下文简称“南海研究所”)珊瑚生物学与珊瑚礁生态学科组的助理研究员,他们的主要工作是在中国南海的海底沙石上,依靠人工,培植并播种珊瑚。


这是一项科研,更是一个辛苦的劳作。团队成员多数已经工作了近十年,组长黄晖则是从博士时期便参与进来,为保护和恢复中国南海的珊瑚礁工作了20多年。


海底的“热带雨林”


在水下10米的苗圃床上,几株直径约20厘米的鹿角珊瑚虽未呈现出鲜艳的色彩,但已初具鹿角的形态,一群小鱼穿梭其间,显然已在此安家。这几株珊瑚一年前还只有手指大小,是助理研究员张浴阳从附近的珊瑚上折下的断枝。


“苗圃看着壮观,但只是过程之一。”张浴阳向《中国新闻周刊》解释道。种植珊瑚的全部过程,包括采卵、繁殖、育苗、移植等环节,育苗是最重要的承上启下的一环。


育苗结束后,还需将已“成年”的珊瑚移植到礁体上,才算完成全部“种植”工作。


眼下的这片苗圃,是为西沙群岛七连屿赵述岛的珊瑚修复项目而培育的。项目从2015年开始,未来多年仍需每年增添新苗圃。


一直以来,珊瑚及珊瑚礁的生长状态,被视为海洋生态的指标。这个指标是由珊瑚虫和虫黄藻的奇妙共生完成的。


珊瑚虫在生长过程中,不断分泌碳酸钙,向外扩建外骨骼,但骨骼本身并没有颜色,珊瑚的颜色是由珊瑚虫的房客虫黄藻带来的。虫黄藻通过光合作用,产生糖和氧气,供给珊瑚虫做主要营养源,作为回报,珊瑚虫将自身代谢的二氧化碳和氮磷给虫黄藻做光合作用的养料。这对绝妙的共生关系对海洋环境的要求极高。


不仅如此,珊瑚礁还为众多海洋生物提供“住所”。珊瑚礁对海洋的生态意义,就像森林与山峰的关系,森林可以防风固沙、保育生命,没有森林,山峰将成为一片死寂的不毛之地。珊瑚礁也被称为海底的“热带雨林”,可以有效阻挡风浪对海岸的侵蚀,并为海洋生命提供栖息之地。在全球3.6亿平方千米的海底面积中,珊瑚礁虽然只占0.2%,却是25%海洋生物的庇护所,渔业、油气资源、潜水旅游等经济活动都与之息息相关。


中国南海拥有全球2.57%的珊瑚礁资源,位居世界第八。黄晖至今还记得,2002年第一次去西沙永兴岛做珊瑚礁鱼类调查时看到的情景。


“当年的西沙,真的像天堂一样。”黄晖对《中国新闻周刊》回忆说,从船上望向海底,一眼就能看到8米深的水底,潜入海中,五颜六色的珊瑚迎面舞动,覆盖率最高的区域可达到90%,色彩斑斓的热带鱼成群结队地在珊瑚丛中悠游,海龟在海底漫步,附近的渔民每天可捡上万斤海参。


“那时已经不是西沙最美的时候了,现在更是面目全非。”黄晖说,最近二十年间,由于全球气候变暖、天敌爆发、海水污染、过度采挖等多种因素,中国南海的珊瑚覆盖率已经减少了80%。黄晖悲凉地说,“我们的项目越多,说明原生的珊瑚状况越差。”


全球变暖导致海水温度升高,是珊瑚被毁坏的直接原因。珊瑚的生长过程对温度有极高的要求,一般在23至27摄氏度时状态最佳,一旦水温升高,珊瑚就会“白化”,甚至死亡。


1998年,地球发生过一次严重的厄尔尼诺现象,之后,全球约16%的珊瑚礁出现了“白化”。在2015至2016年的厄尔尼诺现象中,部分地区持续升温近10个月,马尔代夫海洋研究中心的数据显示,马尔代夫周围岛屿大约73%的珊瑚礁在2016年3月到5月期间出现“白化”。


加拿大维多利亚大学的生物学院副教授茱莉亚·鲍姆曾因此公开预测,“即使现在能够阻止全球变暖,预计仍然有90%以上的珊瑚会在2050年前死亡。如果不及时加以干预,我们就有可能失去所有的珊瑚礁。”


在2016年的“国际生物多样性日”上,时任国家海洋局生态环境保护司副司长王孝强表示,近年来,受人类开发利用活动的不断增强和全球气候变化日渐加剧的影响,中国南海生物多样性及其生境不同程度地遭受了破坏与退化。“与上世纪70年代相比,珊瑚礁面积累计丧失了80%。”


“就算用‘严重退化’来形容也不过分。”黄晖说。


在这样的背景下,世界各国有关珊瑚保护与修复的工作纷纷开展起来。作为中国最早的珊瑚修复团队,黄晖团队的工作是从2005年开始的。“说实话,我们的起步已经晚了。”据黄晖介绍,当时,以色列已经提出了珊瑚园艺学,日本已在冲绳开始了多项修复工作,与南海邻近的东南亚各国的野外培育项目也早已开展,“我们至少比国际先进国家晚了二十多年。”


在珊瑚的浮床苗圃上进行作业。图/受访者提供


采集珊瑚卵


为了种珊瑚,需要先了解珊瑚的繁殖过程。


珊瑚是一种特殊的生物,兼具无性繁殖和有性繁殖两种繁殖方式。无性繁殖,即通过培育珊瑚的断枝,加速珊瑚数量的增长。但无性繁殖无法满足生物多样性的要求,从生物进化的角度,未来珊瑚礁生态的恢复,仍需通过有性繁殖来实现。然而,在2008年前,中国在这方面的研究几乎是空白。


突破是由年轻的助理研究员张浴阳带来的。2008年3月,张浴阳从全球珊瑚礁研究专业排名第一的詹姆斯·库克大学毕业,他当时的另一个选择是去著名的大堡礁当志愿者,但张浴阳左思右想,发现自己“更想要做点更实际工作”。他通过电话和黄晖取得联系,二人没有见面,就直接在电话中确定了合作的意向。


进入团队后,张浴阳的主要任务就是做珊瑚繁育试验。经过一年的准备和观测,他终于在2009年4月初于三亚鹿回头海域采集到了第一批珊瑚卵。


膨胀蔷薇珊瑚和壮实鹿角珊瑚是南海广泛分布的两种代表性珊瑚,也是张浴阳采集卵子的两类珊瑚主体。回忆起最初采集珊瑚卵的日子,张浴阳说,他每晚5点到10点会准时租船出现在鹿回头海域,潜到海下,截取大于5厘米长的珊瑚断枝,仔细观察断枝截面珊瑚卵的发育程度。


还未排出的珊瑚卵极小,一簇一簇地排在断面边缘,距离断枝边大概0.5厘米。“当这些珊瑚卵开始出现橙红色,就意味着快到排卵的时候了。”这时,“观测”就升级为了“蹲守”——每半小时下水观察一次,直到珊瑚排卵,有时这样的“蹲守”要持续一周。


珊瑚排卵的过程也很奇妙:以壮实鹿角珊瑚为例,先是珊瑚虫呈现典型的粉红色,并明显开始膨胀,12只灰色的触手像花瓣一样全部伸出并整齐地竖立在口盘四周,这样持续约一个多小时后,几颗橙红色的卵子“嘭”地一下被从口盘挤出,缓慢浮上水面。


珊瑚虫的排卵具有明显的时间统一性。常常是方圆几百米海域内的珊瑚虫,几乎都在同一时刻排卵,大量红色和粉红色卵子同时释放到海水中,在大量卵子组成的卵团中间,珊瑚又开始喷射精子。精子在卵团中迅速寻找可以受精的卵子,神奇的是,精子可以识别同株珊瑚排出的卵子,只与异株珊瑚排出的卵子结合成受精卵。


张浴阳的工作就是迅速辨别出受精卵,用滤网将其采集起来,并立即放入船上盛有新鲜海水的塑料方桶中,桶内保持恒温26摄氏度,之后直接送到就近的工作站养殖和观测。不同种类的珊瑚受精后裂变速度均不相同,大概两三天后,变为浮浪幼虫,在水中游动寻找坚硬的基底来进行附着和变态,变形成珊瑚幼虫,之后逐渐长成海底漂摇的成熟模样。


收集珊瑚卵伴随着种种危险。2012年,珊瑚组助理研究员杨剑辉在西沙永兴岛实验站附近采集珊瑚卵时,从水底浮到水面过程中突遇急流,瞬间就被海水带跑了几十米,海浪挡住视线,除了近岸岛礁和星星,四处漆黑,人船皆无。杨剑辉急中生智,和同伴再次潜入水下,凭着记忆中的方向逆流回游,幸运地找到了船。


孵化和培育珊瑚卵更是煎熬。为了防止珊瑚受精卵或珊瑚幼虫受到台风影响,同时保证珊瑚生长需要的光照,珊瑚卵的室外养殖缸上方加盖了玻璃顶。这相当于给创造了一个温室,但珊瑚幼体的生长温度又需严格控制在23至27摄氏度之间,因此需要在缸中放置冷水机降温。整套系统靠电力维持,在永兴岛培育基地,珊瑚培育阶段一个月仅电费就要1万多元。然而偏偏南海的电力设施并不稳定, “万一断电,一年的工作都白费了”。这样的事情还真的发生过。2014年,三亚实验站因遭遇不可抗力因素全部断电,好不容易采集到的珊瑚虫受精卵全部死掉了。


2011年,黄晖团队发表了国内首次报道造礁石珊瑚有性繁育和幼体发育过程的论文,为利用有性繁殖技术恢复珊瑚礁生态系统提供了发育生物学上的理论基础。经过八年的实验,珊瑚组如今对南海各区域珊瑚的有性繁殖基本都摸清了规律,判断珊瑚排卵期,误差不会超过三天。


赵述岛水下的浮床苗圃。图/受访者提供


失败堆出来的经验


“能在海底种植10万平方米的珊瑚,都是靠失败的经验堆出来的。”黄晖对《中国新闻周刊》说。


早在2008年底,张浴阳等人就在三亚做过简单的珊瑚野外繁育实验。他们在三亚西南端的鹿回头海域放置了一些铁架,把培育的珊瑚幼体连同附着基一起固定在铁架上,观测其在海中的生长情况。


试验结果并不乐观。张浴阳介绍说,当时试验了5种珊瑚,死亡率高达95%,主要是三亚人为建设等活动导致近岸淤泥增加,沉积物过多,造成珊瑚部分组织死亡,最后全军覆没。


“这也说明,人工恢复试验点暂时不宜设在鹿回头。”黄晖总结说。她一直主张,人工修复只能是小范围、关键点、有特殊需求的地方,需要把造成珊瑚死亡的环境压力因素全部去除,才有可能实现修复。


2010年,黄晖团队接下在西沙永兴岛修复珊瑚的国家课题,其中包括约1公顷的示范区。他们在那里试验了铁架悬挂和放置人造礁体等修复技术。经过3年培育,示范区的珊瑚覆盖率有所回升,但由于位于潟湖内,水浅、温度高,效果并不理想。“现在回过头看,那里的修复价值并不是最高的。”黄晖说。


吸取经验教训,从2013年起,黄晖团队开始尝试多种培育方法。


他们先在西沙永乐环礁南侧的晋卿岛采用“底播”的方法:用硬塑料网将海底已经死亡的珊瑚覆盖,然后将采集到的珊瑚断枝固定在一种特制的塑料海床上。2017年夏天验收时,实验区的单位平方米的珊瑚数量是方圆150米范围内未修复区域的2至3倍,珊瑚数量从修复前每平方米2.5株增长到了19.3株。


在三亚北部的项目,是黄晖与海南省海洋与渔业科学院的合作。由于珊瑚必须附着在坚硬物体上才能生长,这次尝试将珊瑚移植在不锈钢礁基上,成活率达到了90%,到2014年10月相继移植了3500余株造礁石珊瑚。


2015年,黄晖团队又接下西沙群岛七连屿赵述岛的珊瑚修复项目。


与以往试验地点不同,赵述岛北侧有一排岛,可以阻挡东北季风引起的风浪,但南侧是开放水域,受西南季风和台风影响较大,因此,需要想办法降低水流动力对珊瑚幼苗的损害;加之附近海域以沙质海底为主,质地松软,缺少坚硬附着物,不能直接用“底播”的办法把珊瑚种在沙子上。


黄晖团队借鉴了美国大自然保护协会的修复方法——苗圃树。在水下5米到15米的深度,放置一根2米多长的PVC管“主干”,主干上每隔约40厘米再垂直固定另一根PVC管当做“树枝”,多根PVC管构成一棵“树”,底部用绳索和鸭嘴锚固定在沙质海底,上方悬挂浮球,以保证苗圃树垂直立于水中。实验员们将采集到的合适的鹿角珊瑚断枝,固定在苗圃树的“树枝”上,平均每条枝干可以悬挂10段小珊瑚。


对于不适合采用悬挂方式的脆弱断枝,他们便使用苗圃床:把硬质塑料网格剪成一张2米见方的“床面”,以拼成“田”字型的PVC管加以固定,苗圃床四角同样由绳索和鸭嘴锚固定,依靠浮球悬浮在距海底约5米深处,那些易碎的、片状的珊瑚,便用绑带固定在苗圃床上。


“种珊瑚”的过程,是同时间、体力和精力赛跑的过程。一旦起风,便无法种植,全队人员除了躺在船上什么都做不了,连喝口水都会吐,遇上恶劣天气,更是只能收工到附近岛礁避风,短则三两天,长则一周。因此风平浪静的日子格外珍贵,需要快马加鞭,抢进度。


“租一艘渔船,一天就是两三万,每到避风的时候我们都郁闷得不行,又耽误工,又赔钱。”在黄晖看来,这是他们近十年种珊瑚的历程中最头疼的事。除此以外,她认为不存在什么困难,重要的是坚持。“做事情没有不难的,但不能把这些想成困难,要把事情化为一个个需要解决的小问题,就不存在困难了。”


张浴阳倒是对困难有更切实的体会——在水下卖力气,比地面上更费力。张浴阳的一项重要工作是“海底打锤”:将固定苗圃的鸭嘴锚打进沙底1米多深。张浴阳常常扛着16磅重的榔头,站在海底奋力抡锤,往往钉一个锚就要将近一小时,浮力常常阻碍抡锤,偶尔海浪来了,整个人还会被浪带“飞”。


“就像动画片里画的,风大时人整个被吹到空中一样,大浪把人整个卷起来,在水里漂,全靠用手使劲抓住海底的礁石,才能固定住自己。”张浴阳说,平时潜水,一个氧气瓶可以用40分钟到1个半小时,但干“海底打锤”这样的力气活时,20分钟就能把一瓶氧气耗尽。


在南海海底进行“植树造林”的工程已经持续了近十年,但在黄晖看来,这对珊瑚礁生态系统的恢复来说只是一个开头。


“要看到效果,还需要再等十年吧。”今年49岁的黄晖不喜欢“种珊瑚”的工作和效果被别人夸大,但也期待着自己多年的研究能够有所收效。


他们对赵述岛的珊瑚恢复项目抱有更大期待。因为这里的深水环境更适合珊瑚,生长空间也更大,一旦移植的珊瑚恢复生长,会比之前实验项目更加漂亮和壮观。


黄晖笑谈,相比十年前,如今的珊瑚养殖和修复项目“更吃香”了。越来越多的年轻人开始热爱并享受保护珊瑚的工作,这使她对珊瑚修复项目的前景感到乐观。未来,她希望能在西沙试验“海洋牧场”的概念,培训当地渔民加入珊瑚修复的队伍,借鉴林场改革的经验,帮助渔民转产转业。


“我还是挺乐观的,”黄晖说,“就算我退休了,还有我的学生,还有其他年轻人,只要想努力做好,就一定可以做到。”