段曉偉肖寶華廖寶林楊小東謝子強(qiáng)謝勇琪
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造礁石珊瑚自然海區(qū)斷枝培育技術(shù)研究
段曉偉1,肖寶華2,3,廖寶林2,楊小東2,謝子強(qiáng)2,謝勇琪2
(1. 深圳市大鵬新區(qū)海洋生物產(chǎn)業(yè)服務(wù)中心/ 2. 廣東海洋大學(xué)深圳研究院,廣東 深圳 518108;3. 廣東海洋大學(xué)廣東省海洋開發(fā)研究中心,廣東 湛江 524025)
【】研究探討造礁石珊瑚自然海區(qū)斷枝培育技術(shù)的條件和方法。在深圳大鵬新區(qū)大澳灣海區(qū)海底搭建海區(qū)斷枝培育系統(tǒng),并在系統(tǒng)上培育膨脹薔薇珊瑚 () 、霜鹿角珊瑚()、盾形陀螺珊瑚()、十字牡丹珊瑚()和澄黃濱珊瑚()等5種造礁石珊瑚的斷枝(每種珊瑚100株),開展為期12個(gè)月的實(shí)驗(yàn)。5種珊瑚在深圳市大鵬新區(qū)大澳灣海域的斷枝培育系統(tǒng)上培育12個(gè)月后,5種造礁石珊瑚斷枝存活率分別為96%、93%、95%、85%和83%。珊瑚斷枝生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)量結(jié)果顯示,5種珊瑚中霜鹿角珊瑚生長(zhǎng)速度最快,其斷枝橫向增長(zhǎng)長(zhǎng)度平均可達(dá)46.2 mm;其次是膨脹薔薇珊瑚,其斷枝橫向伸長(zhǎng)長(zhǎng)度平均可達(dá)38.2 mm;而澄黃濱珊瑚生長(zhǎng)速度最慢,橫向伸長(zhǎng)長(zhǎng)度都在24 mm以下。在合適海區(qū),使用海區(qū)石珊瑚斷枝培育系統(tǒng)進(jìn)行造礁石珊瑚培育,可改善其存活率和生長(zhǎng)。
造礁石珊瑚;石珊瑚斷枝;斷枝培育
珊瑚礁資源正在經(jīng)歷全球范圍的急劇衰退,聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署提供的數(shù)據(jù)表明, 目前全球珊瑚礁有11%已經(jīng)衰退, 16%已不能發(fā)揮生態(tài)功能, 60%正面臨嚴(yán)重威脅[1-3]。因此,開展珊瑚礁保護(hù)和修復(fù)工作已迫在眉睫。目前,通過有性繁殖技術(shù)手段對(duì)珊瑚礁進(jìn)行修復(fù),國內(nèi)外學(xué)者已積累一定理論與經(jīng)驗(yàn),但由于對(duì)大部分珊瑚種類配子成熟與釋放的生理過程及細(xì)胞調(diào)控機(jī)制還缺乏了解,人工環(huán)境下珊瑚的性成熟和有性繁殖還較為困難,尚不具備大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用能力[4-8]。相對(duì)造礁石珊瑚有性繁育修復(fù)的受限,造礁石珊瑚無性繁殖方式有多種,通過出芽生殖、組織碎片脫落、水螅體釋放等形式都可使造礁石珊瑚在生活史任何階段從母體分離發(fā)育成獨(dú)立的新個(gè)體[9]。從20世紀(jì)70年代開始,國外學(xué)者在夏威夷島、加勒比海、南太平洋、東南亞等地區(qū)陸續(xù)開展造礁石珊瑚無性繁殖修復(fù)珊瑚礁的技術(shù)研究[10-13]。國內(nèi)開展造礁石珊瑚無性繁育和移植始于20世紀(jì)90年代,隨后陸續(xù)有學(xué)者在華南近岸、海南島和南海海域開展造礁石珊瑚無性繁育研究[14-16]。珊瑚斷枝培育技術(shù)是目前應(yīng)用最廣的造礁石珊瑚無性繁殖技術(shù)之一。該技術(shù)相比傳統(tǒng)的珊瑚移植技術(shù),能在提高珊瑚培育的成功率的同時(shí),減少對(duì)原生珊瑚的破壞,并持續(xù)培育更多的珊瑚苗種進(jìn)行珊瑚礁修復(fù)[13],但由于各地區(qū)珊瑚品種和移植海區(qū)環(huán)境的差異,目前尚無較為統(tǒng)一的斷枝培育標(biāo)準(zhǔn)和方法[13,17]。根據(jù)各海域水文特征和珊瑚資源狀態(tài),選擇合適的珊瑚斷枝培育技術(shù)才能保證珊瑚斷枝培育的成功率。本研究借鑒國內(nèi)外珊瑚斷枝培育技術(shù),構(gòu)建適應(yīng)我國華南近岸自然海區(qū)的珊瑚斷枝培育系統(tǒng),為珊瑚礁生態(tài)修復(fù)提供技術(shù)參考。
本實(shí)驗(yàn)所用5種珊瑚母枝采自深圳東部海域,來源于海區(qū)中由于拖網(wǎng)、拋錨破壞散落的未死亡珊瑚。種類分別是膨脹薔薇珊瑚 () 、霜鹿角珊瑚()、盾形陀螺珊瑚()、十字牡丹珊瑚()和澄黃濱珊瑚()。造礁石珊瑚母株的鑒定根據(jù)鄒仁林編著的《中國動(dòng)物志?造礁石珊瑚》[18]。對(duì)其活性和健康狀態(tài)挑選,此次用于實(shí)驗(yàn)的分枝狀珊瑚母枝高約在120~200 mm,團(tuán)塊狀珊瑚母枝大小約為150×100 mm。采集回的母枝應(yīng)在運(yùn)輸過程浸沒在海水并防止暴露在陽光之下,并于1 h內(nèi)迅速轉(zhuǎn)移至岸邊人工海水養(yǎng)殖系統(tǒng)中進(jìn)行母枝馴養(yǎng)。珊瑚母枝馴養(yǎng)5~10 d,待其珊瑚體顏色恢復(fù)正常,珊瑚蟲活躍即可。
本研究使用的斷枝培育皿為陶瓷材料,浸泡在海水之中不遭腐蝕與破壞,同時(shí)也不會(huì)對(duì)珊瑚斷枝產(chǎn)生毒害。培育皿底部設(shè)計(jì)有螺紋螺桿和螺帽,上部是一中空托盤結(jié)構(gòu)(圖1)。
圖1 斷枝培育皿實(shí)物
斷枝截取前珊瑚母枝須在人工生態(tài)缸中停食靜養(yǎng)3 d。斷枝截取應(yīng)在晚上關(guān)燈后進(jìn)行,此時(shí)蟲黃藻進(jìn)入吸氧排二氧化碳階段,珊瑚蟲不活躍。霜鹿角珊瑚一般從母枝上截取10~20 mm的分枝作為培育斷枝。膨脹薔薇珊瑚、盾形陀螺珊瑚、十字牡丹珊瑚和澄黃濱珊瑚一般截取面積為20×20 mm的正方形方塊。斷枝截取后迅速將其用凝膠培養(yǎng)基固定在培育皿中。將固定好的繁殖小片放回海水人工養(yǎng)殖系統(tǒng)中暫養(yǎng),等待海區(qū)移植實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。5種珊瑚各制備100株斷枝進(jìn)行移植實(shí)驗(yàn)。
綜合分析深圳大鵬半島周邊珊瑚生長(zhǎng)情況、水文、氣象、地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及生物資源等環(huán)境因子,選擇深圳市大鵬新區(qū)大澳灣海域(114°28′13.9″E, 22°33′08.1″N)作為此次實(shí)驗(yàn)海區(qū)(圖2)。大澳灣海區(qū)水流不大,水交換率相對(duì)較好,水深小于10 m,水質(zhì)達(dá)國家二類以上[19]。同時(shí)底質(zhì)表層是具有少量泥沙的硬質(zhì)底層,周邊已有較為豐富的珊瑚覆蓋,符合珊瑚斷枝培育的海區(qū)選擇標(biāo)準(zhǔn)[20]。
圖2 珊瑚斷枝培育實(shí)驗(yàn)海區(qū)
研究團(tuán)隊(duì)制作并在實(shí)驗(yàn)海區(qū)投放斷枝培育系統(tǒng)(圖3)。斷枝培育系統(tǒng)以鋼筋混凝土材質(zhì)的空心半圓錐礁體穩(wěn)固基底,以玻璃鋼材質(zhì)構(gòu)建懸空網(wǎng)圃結(jié)構(gòu),具有較強(qiáng)抗海流和耐腐蝕能力。除提供珊瑚斷枝培育功能,其礁體結(jié)構(gòu)可以為其他珊瑚礁生物提供棲息空間,形成一個(gè)多維空間的小型生態(tài)系統(tǒng)。斷枝培育系統(tǒng)的半圓錐礁體在陸地上制作完成,再由海上吊機(jī)平臺(tái)在實(shí)驗(yàn)海區(qū)進(jìn)行定點(diǎn)精確投放,然后由專業(yè)潛水員潛水拼接網(wǎng)圃與半圓錐礁體,組裝成完整的珊瑚斷枝培育系統(tǒng)。
1.礁體;2.網(wǎng)圃;3斷枝培育皿;4.礁體與網(wǎng)圃連接固定裝置
為方便后續(xù)存活率、生長(zhǎng)情況數(shù)據(jù)的測(cè)量與記錄,將制備好的珊瑚斷枝編號(hào),由專業(yè)潛水員分批移至實(shí)驗(yàn)海區(qū)斷枝培育系統(tǒng)上進(jìn)行培育。每個(gè)月定期組織專業(yè)潛水員對(duì)斷枝培育系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù),主要清理斷枝培育系統(tǒng)上生長(zhǎng)的藻類、沉積物、魚線和漁網(wǎng)等,盡量保持珊瑚斷枝生長(zhǎng)不受外界不利條件的影響。
根據(jù)團(tuán)塊狀和分枝狀珊瑚的生長(zhǎng)特點(diǎn),測(cè)量珊瑚斷枝的基部擴(kuò)展長(zhǎng)度、橫向擴(kuò)展長(zhǎng)度、縱向擴(kuò)展長(zhǎng)度來評(píng)估珊瑚斷枝在海區(qū)生長(zhǎng)的情況(圖4),統(tǒng)計(jì)分枝狀珊瑚分枝增加數(shù)目;對(duì)珊瑚杯比較松散的珊瑚,則增加珊瑚杯測(cè)量數(shù)目,如盾形陀螺珊瑚。通過這些指標(biāo)評(píng)估珊瑚生長(zhǎng)趨勢(shì)。造礁石珊瑚根據(jù)其生長(zhǎng)形態(tài)可分為團(tuán)塊狀、分支狀、扁平皮殼狀、葉片狀等類型。此次進(jìn)行培育的5種珊瑚分別屬團(tuán)塊狀(澄黃濱珊瑚、盾形陀螺珊瑚)、扁平皮殼狀(膨脹薔薇珊瑚)、葉片狀(十字牡丹珊瑚)和分枝狀(霜鹿角珊瑚)的種類。從基部長(zhǎng)度、橫向長(zhǎng)度和縱向長(zhǎng)度等3個(gè)方面對(duì)其生長(zhǎng)情況進(jìn)行綜合全面評(píng)估。同時(shí),經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間生長(zhǎng),很多分支會(huì)長(zhǎng)出新側(cè)枝,所以也有必要對(duì)新增分支數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),從而更全面評(píng)估其生長(zhǎng)情況。對(duì)于團(tuán)塊狀珊瑚、扁平皮殼狀和葉片狀珊瑚來說,其生長(zhǎng)長(zhǎng)度往往不及分支狀珊瑚明顯,主要以表面積增加狀況進(jìn)行衡量。由于盾形陀螺珊瑚杯分布比較稀疏,便于觀察和統(tǒng)計(jì),所以可用珊瑚杯數(shù)量作為評(píng)估其生長(zhǎng)狀況的一個(gè)參考。在測(cè)量斷枝生長(zhǎng)情況的同時(shí),檢測(cè)水溫和鹽度,探討其生長(zhǎng)相關(guān)性。根據(jù)季節(jié)變化,每4個(gè)月對(duì)5種珊瑚斷枝存活的所有樣本生長(zhǎng)情況進(jìn)行測(cè)量,最后隨機(jī)抽取每種珊瑚斷枝存活的30個(gè)樣本作為代表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,測(cè)量周期為12個(gè)月。
使用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)珊瑚生長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析、相關(guān)性分析和Duncan多重比較,以= 0.05作為差異顯著水平,描述性統(tǒng)計(jì)值采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。除對(duì)珊瑚斷枝生長(zhǎng)情況進(jìn)行測(cè)量,也對(duì)珊瑚斷枝存活情況進(jìn)行記錄統(tǒng)計(jì),分別記錄健康珊瑚斷枝(顏色較正常、珊瑚蟲活躍)數(shù)量、白化珊瑚斷枝(珊瑚斷枝表面有一半以上出現(xiàn)白化)數(shù)量、死亡珊瑚斷枝(珊瑚斷枝完全死亡只剩骨骼遺?。?shù)量等指標(biāo)。
圖4 海區(qū)珊瑚斷枝測(cè)量
5種珊瑚斷枝12個(gè)月存活率見表1。結(jié)果表明,膨脹薔薇珊瑚存活率最高,存活率達(dá)96%;其次是盾形陀螺珊瑚和霜鹿角珊瑚,其存活率分別為95%和93%;十字牡丹珊瑚和澄黃濱珊瑚則出現(xiàn)了部分死亡的現(xiàn)象,死亡個(gè)體骨骼被沉積物、海藻和藤壺覆蓋,存活率分別為85%和83%。
表1 5種珊瑚斷枝12個(gè)月的存活率
本研究5種珊瑚斷枝培育生長(zhǎng)情況見表2。霜鹿角珊瑚是5種珊瑚中生長(zhǎng)速度最快的珊瑚,其斷枝橫向增長(zhǎng)長(zhǎng)度平均可達(dá)46.2 mm;其次是膨脹薔薇珊瑚,其斷枝橫向伸長(zhǎng)長(zhǎng)度平均可達(dá)38.2 mm;而澄黃濱珊瑚是5種珊瑚中相對(duì)生長(zhǎng)速度最慢的一種珊瑚,橫向伸長(zhǎng)長(zhǎng)度和縱向伸長(zhǎng)長(zhǎng)度都在24 mm以下。從季節(jié)上看,5種珊瑚在夏秋季(平均水溫25℃以上)的平均速度均快于春冬季(平均水溫16℃)。
表2 珊瑚斷枝12個(gè)月生長(zhǎng)情況
注:不同大寫字母表示單個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目中同種珊瑚不同生長(zhǎng)階段的生長(zhǎng)數(shù)據(jù)差異顯著(<0.05),不同小寫字母表示單個(gè)<檢測(cè)項(xiàng)目中不同珊瑚在同一階段的生長(zhǎng)數(shù)據(jù)差異顯著(><0.05)。檢測(cè)項(xiàng)目中不同珊瑚在同一階段的生長(zhǎng)數(shù)據(jù)差異顯著(
珊瑚斷枝生長(zhǎng)測(cè)量的方法需根據(jù)其不同形狀類型進(jìn)行選擇。對(duì)于分支狀珊瑚斷枝,如果只是以斷枝總高度或總長(zhǎng)度作為生長(zhǎng)情況的衡量標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有失偏頗。如20世紀(jì)90年代時(shí)國外學(xué)者曾經(jīng)僅以鹿角珊瑚的縱向生長(zhǎng)高度作為其生長(zhǎng)的單一指標(biāo)來衡量其生長(zhǎng)率[21],而近10年來國內(nèi)外學(xué)者對(duì)鹿角珊瑚生長(zhǎng)率的測(cè)量則增加了橫向長(zhǎng)度、基部長(zhǎng)度、分枝數(shù)、浮重等多個(gè)指標(biāo)[13, 22-24]。本研究測(cè)量發(fā)現(xiàn)實(shí)際生長(zhǎng)情況中有的分枝狀珊瑚橫向分枝生長(zhǎng)狀況會(huì)優(yōu)于縱向分枝,有的情況則相反。
目前國外學(xué)者根據(jù)分子系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系和骨骼鈣化程度將現(xiàn)存造礁石珊瑚分為2大類群——堅(jiān)實(shí)型類群(Robust)和復(fù)合型類群(Complex)[25]。Romano等[26]認(rèn)為堅(jiān)實(shí)型珊瑚骨骼鈣化程度較高,具有堅(jiān)實(shí)的骨骼結(jié)構(gòu),外觀主要以碟片狀和團(tuán)塊狀為主,而復(fù)合型珊瑚骨骼鈣化程度較低,具有較為復(fù)雜多變的生長(zhǎng)形態(tài)。本研究5種造礁石珊瑚均屬于典型復(fù)合型珊瑚,且其外觀形態(tài)特征具有明顯差異。國外相關(guān)珊瑚斷枝培育研究報(bào)道中,主要以無性繁殖(生長(zhǎng))速度快的鹿角珊瑚科品種為研究對(duì)象[17]。陳剛等[14]在研究中同時(shí)移植了堅(jiān)實(shí)型珊瑚和復(fù)合型珊瑚2大類群,以鹿角珊瑚為代表的復(fù)合型珊瑚在無性繁殖(生長(zhǎng))速度上明顯優(yōu)于堅(jiān)實(shí)型珊瑚。本研究5種造礁石珊瑚都具有較為理想的無性繁殖(生長(zhǎng))速度,尤以鹿角珊瑚科2個(gè)品種(霜鹿角珊瑚和膨脹薔薇珊瑚)生長(zhǎng)速度最快。
本研究發(fā)現(xiàn)水溫對(duì)造礁石珊瑚海區(qū)無性繁殖具有較大影響,5種造礁石珊瑚在水溫20℃以上的月份無性繁殖(生長(zhǎng))速度明顯優(yōu)于水溫20℃以下的月份。Okubo等[27]采用2種鹿角珊瑚斷枝進(jìn)行海區(qū)培育研究,其生長(zhǎng)速度也受季節(jié)和海水溫度變化影響,夏季無性繁殖(生長(zhǎng))速度明顯優(yōu)于冬季。國內(nèi)鮑鷹等[15]曾在水質(zhì)和水溫條件相近的鵝公灣人工養(yǎng)殖基地開展霜鹿角珊瑚斷枝培育研究,其4-12月份霜鹿角珊瑚斷枝生長(zhǎng)總長(zhǎng)度約為17 mm,而本研究在自然海域培育的霜鹿角珊瑚斷枝在相似月份生長(zhǎng)總長(zhǎng)度可達(dá)32.6 mm(2016年7-11月和2017年3月-7月)。這種差異顯示,在珊瑚斷枝培育技術(shù)應(yīng)用中,自然海域培育環(huán)境相比人工養(yǎng)殖系統(tǒng)具有顯著的促進(jìn)珊瑚生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。此外自然海域培育相比人工養(yǎng)殖系統(tǒng)還可以大大降低培育成本,方便擴(kuò)大培育規(guī)模和開展后續(xù)海區(qū)自然修復(fù)等[13]。
Edwards等[13]編纂的珊瑚礁修復(fù)手冊(cè)提及開展珊瑚斷枝培育工作短時(shí)間內(nèi)可以取得比較顯著的培育效果,但也存在很大的移植培育失敗風(fēng)險(xiǎn),需慎重評(píng)估移植培育海區(qū)情況后才能進(jìn)行科學(xué)合理的珊瑚培育工作。目前,國內(nèi)外許多海區(qū)進(jìn)行珊瑚斷枝培育實(shí)驗(yàn)時(shí)往往只用簡(jiǎn)單框架結(jié)構(gòu)作為支撐而在海底構(gòu)建培育平臺(tái)[14-15, 27-28]。但自然海域培育環(huán)境容易遭受極端氣候?yàn)?zāi)害和生物敵害的影響,這也是目前自然海區(qū)開展珊瑚斷枝培育最大的風(fēng)險(xiǎn)因素,在很多實(shí)踐和研究報(bào)道中這種平臺(tái)常常會(huì)受自然災(zāi)害(例如海嘯和臺(tái)風(fēng))的損壞,使得培育工作功虧一簣[17]。我國珊瑚礁或珊瑚群落主要集中在南海諸島、海南沿海、廣東沿海,這些海域每年夏季都會(huì)受到臺(tái)風(fēng)影響。許多自然的珊瑚礁資源往往在臺(tái)風(fēng)過境時(shí)受到嚴(yán)重?fù)p傷和破壞。因此,搭建穩(wěn)定的海區(qū)珊瑚斷枝培育系統(tǒng),進(jìn)行科學(xué)的培育系統(tǒng)管理與維護(hù)成為降低海區(qū)珊瑚斷枝培育失敗風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。本研究使用海區(qū)斷枝培育系統(tǒng)以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)制作的礁體作為支撐基底。一方面,這種基底經(jīng)過了水動(dòng)力學(xué)測(cè)試,具有消波減浪功能,為珊瑚繁殖小片構(gòu)建了穩(wěn)固安全的平臺(tái);另一方面,由于支撐基底抬高了整個(gè)培育系統(tǒng),可以保證培育的珊瑚斷枝在離海底較高位置生長(zhǎng),減少沉積物和捕食者的影響,改善生長(zhǎng)環(huán)境;同時(shí),支撐基底本身具有生物通道,為海洋生物提供棲息、庇護(hù)、繁衍等,與網(wǎng)圃上培育的珊瑚聯(lián)合構(gòu)成一個(gè)小型的生態(tài)系統(tǒng),進(jìn)一步促進(jìn)珊瑚生長(zhǎng)。
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Fragments Breeding Research of Hermatypic Corals in Natural Sea Area
DUAN Xiao-wei1,XIAO Bao-hua2,3,LIAO Bao-lin2,YANG Xiao-dong2,XIE Zi-qiang2,XIE Yong-qi2
(1/2.,518108,;3.524088,)
【】To study the conditions and methods for the asexual reproduction of hermatypic corals in natural sea area of Shenzhen, and built the garden of asexual reproduction in natural sea area.【】The the garden of fragments breeding were builted in natural sea area of Shenzhen. 5 species coral fragments have transplanted to the garden which included,,,,, and 100 coral fragments every specie were collected.【】Thecoral fragments grew normally in natural sea area during 12 months. The survival rate of 5 species coral fragments was 96%,93%,95%,85%,83%.The results of growth index measurement about 5 species coral fragments showed that thewas the fastest coral in growth (the average crosswise elongation was 46.2 mm). The second one was(the average crosswise elongation was 38.2 mm). The last one of 5 species coral was(the average crosswise elongation was less than 24 mm).【】The results showed that the survival rate and growth situation could be improved for using the garden of fragments breeding in suitable sea area.
hermatypic corals; coral fragments; fragments breeding
S968.9
A
1673-9159(2019)03-0115-06
10.3969/j.issn.1673-9159.2019.03.016
2019-01-10
海港建設(shè)和漁業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)(A201708D06);深圳市科技研發(fā)資金(JCYJ20170306095333329);大鵬新區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金(KY20160107)
段曉偉(1974-),男,碩士研究生,助理工程師,主要從事海洋生態(tài)保護(hù)研究。E-mail: 11384463@qq.com
肖寶華,高級(jí)工程師,主要從事海洋生態(tài)學(xué),特別是珊瑚生態(tài)系統(tǒng)方面研究。E-mail: gdouxxhpaper@126.com
段曉偉,肖寶華,廖寶林,等. 造礁石珊瑚自然海區(qū)斷枝培育技術(shù)研究[J]. 廣東海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2019,39(3):115-120.
(責(zé)任編輯:劉嶺)