一种基于大型钙化海藻的退化珊瑚礁生物修复方法与流程

本发明属于生物技术应用领域，具体涉及一种基于大型钙化海藻的退化珊瑚礁生物修复方法。

背景技术：

热带珊瑚礁生态系统是海洋生态系统中生物多样性最高的海域，造礁石珊瑚和大型钙化海藻等钙质生物构成其主要的稳定且复杂的物理结构，可以为海岸线提供保护，并有助于维持较高的生物基因库；同时，珊瑚礁生态系统作为自然资源可以直接或者间接的为人类的生产生活提供产品和服务等。然而，在全球气候变化和人类活动的双重压力影响下，世界范围内珊瑚礁生态系统已经开始不同程度地退化，活珊瑚覆盖度急剧降低，其中亚洲东南部珊瑚礁海域和印度洋珊瑚礁退化速度最快；珊瑚礁生态系统退化的另一个特征是群落生物多样性的降低，主要的生物种群包括砗磲、大型钙化海藻、海草、海参、螺类和鱼类等。有研究表明，近年来，海洋酸化导致大型钙化海藻的钙化率显著降低，生物量下降，进而导致以此为主要食物来源的海胆、鹦嘴鱼及一些软体动物种类数量逐渐减少，此外，壳状珊瑚藻的白化降低了无脊椎幼虫附着和变态的成功率，致使珊瑚礁生态系统生物多样性降低。

大型钙化海藻主要分为有无节和有节两大类，藻体呈多种生长形态，可以在细胞壁和细胞之间以及细胞壁之间沉积钙化物(主要是caco3)，主要由髓部和皮层构成，生殖窝多位于皮层。大型钙化海藻种类繁多，包括绿藻门、红藻门、褐藻门、蓝藻门和金藻门等，分布广泛，从两极到热带海域、从潮间带到400m水深的海洋深处均有分布，其中，在热带珊瑚礁、灰沙岛、沙堤和环礁潟湖等地区相对丰富(如绿藻门的仙掌藻类、红藻门的珊瑚藻类和褐藻门的团扇藻类等)。大型钙化海藻作为珊瑚礁生态系统中重要组成部分，发挥着极其重要的作用。一方面大型钙化海藻能够通过自身的钙化作用在藻体细胞壁间形成以钙质晶体为主的矿物质，其死亡后会逐渐在海底积累，成为热带珊瑚礁区碳酸盐沉淀岩石层的组成部分，具有重要的海洋地质学研究意义；另一方面，大型钙化海藻为系统中的生物多样性提供物质和能量基础，在珊瑚礁生态系统的发育和进化过程中发挥着重要的建设作用。

因此，研发珊瑚礁生态系统中关键大型钙化海藻修复和重构技术，有助于加快珊瑚礁生态系统结构的稳定性和初级生产力的恢复，为维护海洋生态系统的稳定和可持续发展提供科学依据。20世纪90年代以来，美国、日本、澳大利亚和加拿大等国通过移植母藻、人工散播孢子液或藻胶和投放人工藻礁等人工修复手段，重建或营造新的海藻床生态系统的，从而缓解、治理近岸海域环境和生态问题。当前，利用大型钙化海藻修复退化珊瑚礁生态系统的相关理论和技术仍在探索之中，取得成功的案例鲜有报道。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于大型钙化海藻的珊瑚礁生物修复方法，以为退化珊瑚礁生物多样性的有效修复和管理提供理论基础和科技支撑。

本发明的基于大型钙化海藻的珊瑚礁生物修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

将仙掌藻(halimedasp.)、叉节藻(amphiroasp.)和/或壳状珊瑚藻(crustosecorallinealgae)通过网片法、水泥板藻礁法和/或原位礁石固着法三种人工移植的方式，定植于珊瑚礁待修复海域海底。

所述的网片法优选为：在珊瑚礁待修复海域海底铺设网片，然后将仙掌藻和壳状珊瑚藻用扎带固定在网片上。进一步优选，藻体移植的密度为10–20株/m²；所述的网片为铝制网片，长宽规格为6.00m×1.60m，网孔大小为6.0cm×6.0cm；

所述的水泥板藻礁法优选为：在珊瑚礁待修复海域铺设水泥板，然后用阿隆发啫喱胶将叉节藻和壳状珊瑚藻黏附在水泥板上。进一步优选，藻体密度为3×3簇。所述的水泥板，长宽高规格为35cm×35cm×5cm，每块水泥板的四个角加置4根竖起的钢筋，竖起长度为5cm。

所述的原位礁石固着法优选为：在珊瑚礁待修复海域海底的原位礁石上，用轧带固定仙掌藻和壳状珊瑚藻，用干挂ab胶固定壳状珊瑚藻。进一步优选，藻体密度为10–25株/m²。

优选，所述的大型钙化海藻移植深度为5–8m。

所述的珊瑚礁待修复海域海底底质优选为大颗粒砂石、碎珊瑚石为主。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：

(1)本发明筛选在热带珊瑚礁区广泛分布的大型钙化海藻，分别是仙掌藻(halimedasp.)，叉节藻(amphiroasp.)和壳状珊瑚藻(crustosecorallinealgae)；

(2)所述大型钙化海藻的藻种来源，主要获得方式有两种，其一是通过人工半室内繁育技术获得，第二种是通过野外原位采样补充的方式；

(3)所述大型钙化海藻的移植与投放主要采用三种方式，分别为网片法、水泥板藻礁法和原位礁石固着法；

(4)所述移植基座有铝制网片，长宽规格为6.00m×1.60m，网孔大小为6.0cm×6.0cm；所述移植基座有水泥板藻礁，长宽高规格为35cm×35cm×5cm，每块藻礁的四个角加置4根竖起的钢筋，竖起长度为5cm，以保证运输时水泥板藻礁之间不相互挤压；

(5)所述大型钙化海藻固着剂主要有轧带、干挂ab胶和啫喱胶；

(6)所述不同种类的大型钙化海藻移植方式需根据海藻的形态学特征进行，具体为仙掌藻和壳状珊瑚藻适用于网片法和原位礁石固着法，使用轧带将其绑定在网片上；使用轧带将仙掌藻和壳状珊瑚藻或者干挂ab胶将壳状珊瑚藻固定在原位礁石上；使用啫喱胶将叉节藻固定在水泥板藻礁上；

(7)所述大型钙化海藻移植密度，网片法移植仙掌藻和壳状珊瑚藻密度为10–20株/m²，水泥板藻礁法移植叉节藻密度为3×3簇，原位礁石固着法移植仙掌藻和壳状珊瑚藻密度为10–25株/m²；

(8)所述大型钙化海藻移植适宜深度(海水)为5–8m，以保证移植后海藻可以获得足够的光照；

(9)所述大型钙化海藻移植海底底质为大颗粒砂石、碎珊瑚石为主；

(10)所述基于大型钙化海藻的退化珊瑚礁生态修复方法，移植后通过潜水观察海藻生长状态，并进行养护，以提高海藻成活率。

本发明有益效果归纳如下：

(1)移植方法简捷：本发明的三种移植方法(网片法、水泥板藻礁法和原位礁石固着法)采用藻体和附着基直接黏附的方式，移植流程简便、时间短；

(2)材料获取简便：本发明采用的附着基等材料，如铝制网片、水泥板、干挂ab胶、啫喱胶和轧带等，均为常规材料，容易购买；

(3)修复效果显著：通过此三种方法移植的大型钙化海藻仙掌藻、叉节藻和壳状珊瑚藻生长状态良好，成活率均在75％以上；

(4)应用范围广泛：本发明在大型钙化海藻培育、受损珊瑚礁生态修复、恢复、维持珊瑚礁生态多样性、和海藻床修复等方面具有广泛用途。

(5)移植成本低廉：本发明所用材料，如铝制网片、水泥板和轧带等材料，价格低廉，显著降低移植成本。

因此，本发明通过开展大型钙化海藻的移植与投放工作，针对不同藻体的形态学特征和生长特性，成功建立起网片法、水泥板藻礁法和原位礁石固着法3种移植固着海藻的方法，移植多种大型钙化海藻，主要包括仙掌藻、叉节藻和壳状珊瑚藻，移植藻体密度在10–25株/m²；移植两周后，通过潜水观察，移植后的大型钙化海藻生长状态良好，有利于受损珊瑚礁生物多样性的恢复，维持珊瑚礁生态系统稳定。本发明提供的3种大型钙化海藻移植方法可以显著提高海藻的存活率，且方法简单、快捷，成本低廉，在恢复和维持珊瑚礁生态系统多样性和稳定性方面具有广泛用途。

附图说明：

图1为用于移植投放的大型钙化海藻仙掌藻(a，b)、叉节藻(c)和壳状珊瑚藻(d)；

图2为网片法移植仙掌藻和断枝状的壳状珊瑚藻；

图3为水泥板藻礁法移植叉节藻和壳状珊瑚藻；

图4为原位礁石固着法移植仙掌藻和壳状珊瑚藻。

具体实施方式：

以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。提供的实施例是为了更好地理解本发明，而不应该被解释为限制本发明的目的。

在本发明的实施案例中所用到的材料包括：大型钙化海藻，铝制网片(1.60m×6.00m)，水泥板藻礁(35cm×35cm×5cm)，干挂ab胶，阿隆发啫喱胶，轧带，250l聚乙烯大白桶若干，光照计(eldonetterrestrialspectro-radiometer，germany)，手持式多参数水质仪(ysi，yellowsprings，oh，usa)，ph计(fe20，mettlertoledo，switzerland)，充气装置，造浪泵(altman，china)，遮阳网等。

实施例1

1.样品采集与暂养

为更好地体现大型钙化藻的修复作用，本次实验选取在中国南海珊瑚礁生态系统中分布广泛的大型钙化海藻，仙掌藻(halimeda)、叉节藻(amphiroa)和壳状珊瑚藻等，根据藻体形态采用不同的移植投放方式(图1)。苗种的主要获得方式有两种，其一为通过人工半室内繁育技术获得；第二种是通过野外原位采样补充的方式，以此保证有充足的、稳定的、健康的藻种来源。将海藻分批放在10个、250l聚乙烯大白桶里充气暂养，水温在27–29℃之间；养殖海水每2天更换一次，海水盐度在32–34ppt之间，ph范围是8.02–8.23；光照周期(light：dark)设定为16l：8d，光照强度30–40μmolm^-2s^-1。壳状珊瑚藻在暂养期间需要加置造浪泵，适宜水流有利于提高该海藻的成活率。

2.移植基座的选择

本次海藻的移植与投放主要采用三种方式：(1)网片法；(2)水泥板藻礁法；(3)原位礁石固着法。为保证移植任务的顺利开展，共计准备网片5张，长宽规格为6.00m×1.60m(图2)；水泥板藻礁40块，长宽高规格为35cm×35cm×5cm，为保证水泥板藻礁之间不相互挤压，在每块藻礁的四个角加置4根竖起的钢筋，竖起长度为5cm(图3)。

3.移植站位海域环境监测

水质监测和样品均按《海洋监测规范》规定的方法采集、处理和保存。海水温度和盐度用手持式多参数水质仪(ysi，yellowsprings，oh，usa)测量；海水ph用ph计(fe20，mettlertoledo，switzerland)监测，使用前用nbs缓冲液校准(4.01，7.00，9.21，相对误差为±0.01)。监测结果显示，移植站位海水温度在29–30℃之间，ph在8.11–8.20之间，盐度为33.29±0.27，适宜本次选用的大型钙化海藻生长。

4.大型钙化海藻的移植与投放

4.1网片法

如图2所示，在移植站位海底铺设铝制网片5张，水深为5–8m，仙掌藻和壳状珊瑚藻适用于网片法移植方式，用轧带固定到网片上，藻体移植的密度为18–20株/m²，移植两周后，藻体表面附着微量白色泥沙，但整体而言，藻体生长状态良好，无明显白化死亡现象发生。

4.2水泥板藻礁法

如图3所示，用阿隆发啫喱胶将叉节藻和壳状珊瑚藻黏附在水泥板上，藻体密度为3*3簇；移植2周后，通过潜水观察，发现壳状珊瑚藻生长状态良好，无明显白化死亡现象；叉节藻的成活率比壳状珊瑚藻低，成活率为70％–75％。

4.3原位礁石固着法

如图4所示，在投放站位点的原位礁石上，选择合适位置，黏附用轧带固定仙掌藻和壳状珊瑚藻，干挂ab胶固定壳状珊瑚藻，藻体密度为10–25株/m²，移植苗种300–500株，人工修复受损礁石共计35座；此方法优点在于使用天然的固着基，可以加快恢复已受损的天然受损礁石，增加物种多样性，且海藻成活率较高，达到95％以上。