2. 自然资源部第三海洋研究所, 福建厦门 361005;
3. 海南大学海洋科学与工程学院, 海南海口 570228
2. Third Institute of Oceanography, Ministry of Natural Resources, Xiamen, Fujian, 361005, China;
3. School of Marine Science and Engineering, Hainan University, Haikou, Hainan, 570228, China
珊瑚礁生态系统被誉为“海洋中的热带雨林”和“海岸卫士”，为超过30%的海洋生物提供栖息地与繁殖场所，同时在海岸带防护、渔业资源维持及生态旅游等方面创造了巨大的生态与经济价值[1]。然而，这一关键生态系统正面临前所未有的危机[2]。近20年来，受全球气候变化、人类活动及敌害生物等多重因素影响[3-4]，南海造礁石珊瑚覆盖率从接近60%急剧下降至不足20%，大量珊瑚礁鱼类和无脊椎动物失去栖息地和繁殖地，导致南海渔业资源严重衰退[5]。生态环境与渔业资源的双重危机，不仅削弱了南海珊瑚礁的海岸防护功能，也对沿海经济发展构成了威胁。我国明确提出并大力推进资源养护型海洋牧场建设，将其作为扭转近海渔业资源衰退、实现渔业转型升级和推进海洋生态文明建设的核心战略举措。在此背景下，珊瑚礁型海洋牧场建设被赋予了多重战略意义。作为基于生态学原理的现代化生态系统管理方式，海洋牧场通过生境修复和人工增殖，在适宜海域构建兼具环境保护、资源养护和渔业持续产出功能的生态系统[6]。珊瑚礁型海洋牧场是基于珊瑚礁生态系统原理，在特定海域，通过人工礁投放、造礁石珊瑚移植和功能生物增殖放流等措施，修复与恢复海洋生物繁殖、生长、索饵或避敌所需的珊瑚礁生境，实现珊瑚礁资源可持续利用的海洋牧场。相较于传统渔业开发模式，珊瑚礁型海洋牧场建设是一种依托珊瑚多样性与环境适应性的养护型海洋牧场建设模式，不仅能恢复受损生境、重建渔业资源，还能促进旅游观光产业发展，实现人与自然和谐共生[7]，是践行“绿水青山就是金山银山”理念在海洋领域的生动实践，也是保障国家“蓝色粮仓”安全、推动渔业高质量发展的有效路径。因此，构建科学的效果评估体系对推动珊瑚礁型海洋牧场高质量发展具有生态保护、资源可持续利用和生态文明建设三重战略意义。
作为珊瑚礁型海洋牧场建设的关键技术，珊瑚礁修复技术历经数十年发展，已形成较为完整的技术框架。目前主要技术路径包括有性繁殖幼体人工培育技术、苗圃无性培育技术和底播移植技术三大类[8]。有性繁殖幼体人工培育技术通过人工干预珊瑚生殖配子结合、浮浪幼虫附着和幼体培育等关键环节，显著提高珊瑚幼体存活率[9]。苗圃无性培育技术则利用珊瑚的无性增殖特性，通过珊瑚树、浮床、苗架等培育方法，在人工控制或野外条件下促进珊瑚断枝生长。底播移植技术针对不同底质条件创新开发了铆钉固定、生物黏合和生态礁移植等方法，解决了移植珊瑚在复杂海况下难以稳固的问题[10-11]。这些技术在我国南海多个岛礁的实践中取得显著成果[12-13]。但是，针对修复后的珊瑚礁生态系统的评价研究仍显不足，长期以来，该领域的评估普遍存在“重建设、轻管护”的倾向，且评估方法高度碎片化。以往的评估多聚焦单一或少数几个指标[14-15]，缺乏对生态系统结构完整性与功能稳定性的综合考量。许多科研机构指出，缺少珊瑚礁生态修复后的效果评估是制约热带岛礁型海洋牧场建设的关键瓶颈[16]。目前，全球范围内尚未建立统一的珊瑚礁修复评估标准，导致不同项目间可比性差，最佳实践经验难以推广。国际前沿研究正尝试创新评估方法，如有学者提出结构连通性指数，将景观生态学原理引入珊瑚修复领域[17]。为应对这一挑战，我国发布了《珊瑚礁生态修复监测与效果评估技术指南》(GB/T 45025—2024)。该标准规范了珊瑚礁生态修复监测与效果评估的全流程工作，明确了资料收集与分析、评估指标体系、监测技术要求、效果评估方法及报告编制等核心技术内容，为行业规范化提供了权威依据。但这项兼具全面性与专业性的标准在应用中存在一定操作难度，执行全部监测指标需要较高的人力、物力和时间成本，专业性门槛较高。分界洲岛是海南省最早一批联合科研机构开展珊瑚保育工作的单位[17]。近年来，景区通过基底改造、珊瑚种植和生物养护等方式不断将生态修复成果转化为旅游资源，成为生态保护与产业发展融合的典范，为珊瑚礁型海洋牧场建设提供了研究范本。因此，本研究以分界洲岛为例，在遵循国家标准核心原则的基础上，创新性地构建针对珊瑚礁型海洋牧场的多维度效果评估体系，不仅关注珊瑚礁的修复状况，更强调其作为牧场的生物资源响应与可持续利用能力，以期为建设策略的优化和调整提供科学依据，从而推动珊瑚礁型海洋牧场建设工作朝着更精准、高效的方向发展。
1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 建设选址本研究选址于海南省陵水黎族自治县分界洲岛以西(18°34′42″—18°34′43″N，110°11′33″—110°11′34″E，图 1)，计划修复珊瑚礁面积70 m2。该区域底质类型为砂，周边零星分布有珊瑚礁石。通过对该区域的海洋环境、生物群落及威胁因素等进行综合分析诊断，确定该区域非常适宜开展珊瑚礁型海洋牧场建设。
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| 图 1 珊瑚礁型海洋牧场建设区位置 Fig. 1 Location of reef-based marine ranch construction area |
1.1.2 珊瑚种苗
本研究选用中间鹿角珊瑚(Acropora intermedia)、粗野鹿角珊瑚(A. humilis)、风信子鹿角珊瑚(A. hyacinthus)和多孔鹿角珊瑚(A. millepora)作为主要修复物种。依据《中华人民共和国野生动物保护法》等相关规定，获取了《中华人民共和国水生野生动物特许捕捉证》和《中华人民共和国水生野生动物人工繁育许可证》，并采用园艺养殖方法[18-19]培育珊瑚种苗。
1.1.3 人工礁本研究选用螺纹钢筋与水泥混合结构筑成的方形礁体作为人工礁，礁体底部为1 m(长)×1 m(宽)×0.4 m(高)的水泥基底，每个底座上安插9根直径0.02 m、长0.8 m且带弯钩的螺纹钢筋。共设置70个人工礁，均匀布设于海底，构建成一片“海底森林”。
1.1.4 螺纹钢T型珊瑚培育装置本研究选用长度0.2 m、直径0.02 m的T型螺纹钢钉，可敲入原生珊瑚礁中，顶端用于移植珊瑚。
1.2 方法 1.2.1 移植方法本研究采用人工礁移植和螺纹钢T型珊瑚培育装置移植两种方式，通过水肺潜水，将珊瑚苗圃上培育的珊瑚取下，用珊瑚钳分割成约10 cm的断枝，再利用扎带将断枝固定在人工礁或螺纹钢T型珊瑚培育装置上。
1.2.2 评估指标本研究确立8项核心指标[移植造礁石珊瑚存活率、移植造礁石珊瑚覆盖率、移植造礁石珊瑚平均生长率、修复面积完成比例、人工礁保存率、增加的造礁石珊瑚补充量、增加的鱼类密度和增加的大型底栖动物(不包括珊瑚敌害生物)密度]，这些指标共同构成一个既能反映珊瑚礁修复质量，又能反映生物资源恢复情况的综合评估工具。
① 移植造礁石珊瑚存活率
移植造礁石珊瑚存活率可采用样方法进行调查统计，也可以一定面积或一定数量的人工礁为单位进行计算。移植造礁石珊瑚存活率按公式(1)计算：
| $ R_c=C_i / C_t \times 100 \%, $ | (1) |
式中，Rc为移植造礁石珊瑚存活率，以百分率(%)表示；Ci为存活的移植造礁石珊瑚个体数，单位为株；Ct为移植造礁石珊瑚总个体数，单位为株。
② 移植造礁石珊瑚覆盖率
移植造礁石珊瑚覆盖率采用样带法或样方法进行调查统计，并按公式(2)计算：
| $ C_c=S_c / S_r \times 100 \%, $ | (2) |
式中，Cc为移植造礁石珊瑚覆盖率，以百分率(%)表示；Sc为移植造礁石珊瑚的覆盖面积，单位为平方米(m2)；Sr为修复礁体的覆盖面积，单位为平方米(m2)。
③ 移植造礁石珊瑚平均生长率
移植造礁石珊瑚平均生长率采用刻度尺进行测量统计。第一次测量时应做好标记，以便后期重复监测。按造礁石珊瑚种类分别统计，同种珊瑚的数据量宜在10个以上。按公式(3)计算移植造礁石珊瑚平均生长率：
| $ G_c=\left(S_{t_1}-S_{t_0}\right) /\left(t_1-t_0\right), $ | (3) |
式中，Gc为移植造礁石珊瑚平均生长率，单位为米每年(m/a)；St1为t1时刻移植珊瑚的大小，St0为t0时刻移植珊瑚的大小，以珊瑚个体的最大宽度、最大长度或最大面积表示，单位为米(m)或平方米(m2)；t0为造礁石珊瑚移植的时间，单位为年(a)；t1为建设评估时所采用监测数据的调查时间，单位为年(a)。
④ 修复面积完成比例
按公式(4)计算修复面积完成比例：
| $ S_p=S_a / S_g \times 100 \%, $ | (4) |
式中，Sp为修复面积完成比例，以百分率(%)表示；Sa为实际修复面积，单位为平方米(m2)；Sg为目标面积，单位为平方米(m2)。
⑤ 人工礁保存率
人工礁保存率采用目测法判断形状与结构完整性，并通过抽样法进行调查统计。按公式(5)计算人工礁保存率：
| $ P_r=R_i / R_t \times 100 \%, $ | (5) |
式中，Pr为人工礁保存率，以百分率(%)表示；Ri为形状与结构完整的人工礁数量，单位为个；Rt为投放人工礁总数量，单位为个。
⑥ 其他指标
人工礁状态的监测方法按照《海洋牧场监测技术规范》(SC/T 9112—2023)的相关规定执行，鱼类与大型底栖动物(不包括珊瑚敌害生物)密度的监测方法按照《珊瑚礁生态监测技术规程》(HY/T 082—2005)的规定执行。
1.2.3 评估时间与数据本研究评估时间为建设完成后1年，评估数据来源于2023年2月12日和2024年3月28日两次跟踪监测的结果，测定存活率的样本为随机抽取的216株鹿角珊瑚，测定生长率的样本为标记的30株鹿角珊瑚。
1.2.4 评估方法评估指标的分值按公式(6)计算：
| $ W=\sum\limits_{i=1}^n\left(F_i / S_i \times F_{i \max }\right), $ | (6) |
式中，W为评估指标的分值，结果保留一位小数；n为评估的指标个数；i为评估指标；Fi为第i个指标的实测值；Si为第i个指标的满分参考值；Fimax为第i个指标的满分值。当Fi≥Si时，表示该指标实测值等于或优于满分参考值，Fi/Si直接取1，即该指标分值为满分值Fimax；当Fi＜Si时，表示该指标实测值差于满分参考值，即该指标分值为Fi/Si×Fimax。
根据W值将珊瑚礁型海洋牧场建设效果划分为优、良、中、差4个等级：当总分值为[90, 100]时，评估等级为优，表明效果很好；当总分值为[70, 90)时，评估等级为良，表明效果好；当总分值为[60, 70)时，评估等级为中，表明效果一般；当总分值为[0, 60)时，评估等级为差，表明效果不好。
1.2.5 数据分析具体数据均通过Microsoft Office Excel 2019软件录入，使用SPSS 25.0软件进行描述统计，采用OriginPro 2021和QGIS Desktop 3.10.13软件绘图。
2 结果与分析 2.1 珊瑚礁型海洋牧场建设效果共投放70个人工礁，修复完成比例为100%；所有人工礁保存完好，保存率为100%，表明所用礁体具有良好的工程稳定性。2022年12月，项目完成苗圃建设，用于培育珊瑚幼苗，培育效果如图 2所示。2023年2月，在建设区共移植珊瑚3 890株，人工礁移植效果如图 3所示，螺纹钢T型珊瑚培育装置移植效果如图 4所示。
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| 图 2 苗圃建设前期(a)与后期(b) Fig. 2 Initial stage (a) and late stage (b) of corals in nursery construction |
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| 图 3 人工礁建设前期(a)与后期(b) Fig. 3 Initial stage (a) and late stage (b) of corals in artificial reef construction |
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| 图 4 螺纹钢T型珊瑚培育装置建设前期(a)与后期(b) Fig. 4 Initial stage (a) and late stage (b) of corals in rebar T-shaped coral cultivation device construction |
2.2 珊瑚礁生态修复成效
建设完成1年后，抽样调查发现存活造礁石珊瑚为195株，脱落或死亡的造礁石珊瑚为21株，由此计算得出移植造礁石珊瑚的存活率为90.3%。如图 5所示，对比两次监测中鹿角珊瑚的最长轴长度，移植造礁石珊瑚的最长轴长度从0.082 m增至0.171 m，计算得出平均生长率为0.089 m/a。在移植造礁石珊瑚的覆盖率方面，建设前覆盖率为0%，修复后覆盖率显著提升至15.0%。此外，原本没有珊瑚幼体附着的砂质区域，由于投放了人工礁，造礁石珊瑚补充量增加6.0 ind./m2。
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| 图 5 不同时期移植造礁石珊瑚大小 Fig. 5 Sizes of reef corals at different stages of transplantation |
2.3 生物资源恢复成效
在人工礁投放前，建设区域内未监测到鱼类、造礁石珊瑚幼体和大型底栖动物(不包括珊瑚敌害生物)，即鱼类密度、造礁石珊瑚补充量和大型底栖动物(不包括珊瑚敌害生物)密度均为0 ind./100 m2。建设完成后，监测结果显示，鱼类密度增至90.0 ind./100 m2，造礁石珊瑚补充量增至6.0 ind./m2，大型底栖动物(不包括珊瑚敌害生物)密度增至2.0 ind./m2。这充分证明，人工建设的珊瑚礁型海洋牧场对生物资源的恢复具有显著效果。
2.4 珊瑚礁型海洋牧场建设评估结果依据建设完成1年后的监测结果(表 1)，移植造礁石珊瑚存活率为90.3%，得分27.1；人工礁保存率为100.0%，得分10.0；移植造礁石珊瑚覆盖率为15.0%，得分10.0；修复面积完成比例为100.0%，得分10.0；造礁石珊瑚补充量增加6.0 ind./m2，得分10.0；移植造礁石珊瑚平均生长率为0.089 m/a，得分9.9；鱼类密度增加90.0 ind./100 m2，得分10.0；大型底栖动物(不包含珊瑚敌害生物)密度增加2.0 ind./m2，得分10.0，8个指标共计97.0分，评估等级为优，表明珊瑚礁型海洋牧场建设效果很好。
| 项目Item | 移植造礁石珊瑚存活率/% Survival rate of transplanted reef corals/% | 人工礁保存率/% Artificial reef preservation rate/% | 移植造礁石珊瑚覆盖率/% Coverage of transplanted reef corals/% | 修复面积完成比例/% Restoration area completed ratio/% | 增加的造礁石珊瑚补充量/ (ind./m2) Replenishment of reef corals increased/ (ind./m2) | 移植造礁石珊瑚平均生长率/ (m/a) Average growth rate of transplanted reef corals/ (m/a) | 增加的鱼类密度/ (ind./100 m2) Fish density increased/ (ind./100 m2) | 增加的大型底栖动物(不包含珊瑚敌害生物) 密度/(ind./m2) Density of macrobenthos (excluding coral pest organisms) increased/ (ind./m2) |
| Si | 100 | 100 | 5 | 100 | 1 | 0.08 | 100 | 100 |
| Fimax | 30 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| Fi | 90.3 | 100 | 15 | 100 | 6 | 0.089 | 90 | 2 |
| Indicator score percentage/% | 90.3 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 99.8 | 100.0 | 100.0 |
| Score | 27.1 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 10.0 | 9.9 | 10.0 | 10.0 |
3 讨论 3.1 珊瑚礁修复与海洋牧场建设的创新模式
本研究将珊瑚礁资源修复与热带岛礁海洋牧场建设相结合[20]，建设以修复珊瑚礁生态系统为基础的现代化海洋牧场，有效推动了海洋渔业向绿色、协调、可持续方向发展。与传统的海洋牧场建设相比，本研究的创新性体现在对“珊瑚礁型”海洋牧场核心特征的把握：以珊瑚为基础框架，通过珊瑚礁的修复促进生物群落的恢复，而非单纯追求渔业资源增殖[21]。这一模式区别于传统海洋牧场侧重投放人工鱼礁的做法，凸显了珊瑚礁作为“生态工程师”在海洋牧场中的核心价值[22]，珊瑚礁生态系统完整性将成为推动海洋牧场可持续发展的重要动力。
本研究的珊瑚礁型海洋牧场在建设1年后，造礁石珊瑚存活率达90.3%，印证了苗圃无性培育与底播移植技术在实际应用中的高效性[23]。这一结果显著高于多数热带珊瑚礁修复研究中70%—80%的平均存活率[24]，提示珊瑚礁型海洋牧场建设的选址和分析诊断极为关键。本研究在建设前对分界洲岛的海洋环境(海洋水文、海水水质和底质类型)、生物群落[造礁石珊瑚、珊瑚礁鱼类、大型底栖动物、大型藻类、核果螺(Drupa morum)和长棘海星(Acanthaster planci)等]和威胁因素(自然灾害和人为干扰)等要素进行了系统调查，并依据监测值赋分，开展珊瑚礁型海洋牧场建设适宜性评估，有效规避了传统修复中因环境不佳导致的高死亡率风险，为珊瑚礁修复提供了理想环境。这为珊瑚礁型海洋牧场建设提供了选址和分析诊断的重要范式。
人工礁体保存率100.0%，表明其结构设计、材质选择与海域环境特征高度契合。在底质松散的海域实现如此高的稳定性尤为难得，这得益于礁体的抗浪构型和低重心设计，为珊瑚附着生长提供了可靠基底，对底质松散海域的珊瑚礁修复也具有借鉴意义。大型底栖动物(不包括珊瑚敌害生物)密度提升2.0 ind./m2，鱼类密度增加90.0 ind./100 m2，证实了珊瑚礁群落结构复杂性对资源增殖的基础性作用。与三亚蜈支洲岛等国内主要修复项目相比，本项目采用的珊瑚礁型海洋牧场模式展现出“珊瑚礁修复+生物资源恢复”的协同效应，有助于生态服务功能的提升[25]。移植造礁石珊瑚的平均生长率为0.089 m/a，超过自然珊瑚的健康生长率水平(0.085 m/a)[26]，证实无性繁殖未导致生理衰退。造礁石珊瑚补充量增加6.0 ind./m2，表明人工构建的基底满足珊瑚幼体附着条件或移植珊瑚已具备繁殖能力(通常发生在移植后2—3 a)[27]，提示本研究构建的珊瑚礁生态系统已具备可持续发展条件。研究中分界洲岛珊瑚礁型海洋牧场建设的8项指标均表现优异，其结果不仅直观反映了修复措施的有效性，更对珊瑚礁生态修复与海洋牧场建设的理论和实践具有重要启示。
3.2 评估体系构建的科学价值从评估体系来看，相较于国际上以珊瑚存活率为核心的Rinkevich体系[28]，本研究构建的建设评估体系将传统的以“移植珊瑚成活率”为导向的单一维度评估[29]，拓展为以“生态系统服务功能恢复”为核心的多维度综合评估[24]。这一转变不仅是评估理念的演进，也更契合珊瑚礁作为复杂生态系统的本质属性，为国际标准化组织(ISO)珊瑚礁修复标准的制定提供了具有实践参考意义的范例。本研究与2024年发布的《珊瑚礁修复监测与效果评估技术指南》(GB/T 45025—2024)中的关键指标高度契合，该国家标准同样强调应从物理环境、生物群落、生态系统功能等多个维度开展综合评估。本研究结果为该国家标准的实施提供了实证支撑，同时，本研究建立的监测指标赋分评估体系具有更强的针对性和操作性，可为该国家标准的后续修订与完善提供参考。与通用的珊瑚礁修复效果评估标准不同，本研究提炼出的8项核心指标具有明确的目标导向性和典型代表性。对于小型建设项目而言，仅依靠跟踪监测数据即可完成评估，避免了因指标繁多、体系复杂而导致项目推进困难等问题。
本研究整合的8项评估指标，创造性地将建设目标(修复面积完成比例)、技术效能(移植造礁石珊瑚存活率、覆盖率、平均生长率，人工礁保存率)、生物群落响应(增加的鱼类密度、造礁石珊瑚补充量)及生态功能[增加的大型底栖动物(不包括珊瑚敌害生物)密度]纳入统一评估框架。其中，建设目标是衡量项目执行力与规模化修复成效的基础标尺，技术效能指标直接反映工程实施质量与珊瑚生长状态，生物群落响应指标体现修复区域对周边生物的吸引能力与生态位重建效果，而生态功能指标则揭示珊瑚礁生态系统物质循环与能量流动的基础功能恢复状况。通过对这些指标进行量化赋分，不仅使评估结果更加直观，也清晰揭示了珊瑚礁型海洋牧场的建设成效，有效回应了当前该类牧场建设中评估方法不统一、指标单一、系统性不足等问题[30]。然而，本研究的评估体系仍存在一定局限性，如评估指标未涵盖经济效益和珊瑚礁生态系统的碳汇能力。这些不足为后续研究指明了方向，即需通过更长时间的数据积累、更大空间的验证，以及多学科交叉融合，进一步推动评估体系的完善。
4 结论本研究针对珊瑚礁型海洋牧场建设中缺乏科学化评估体系的问题，构建了一套涵盖技术实施效果与生态系统功能的多维度指标评估体系，为珊瑚礁型海洋牧场的规范化建设提供了可复制的评估模式。以分界洲岛珊瑚礁型海洋牧场为例开展评估，其等级为优，这不仅验证了珊瑚礁资源修复与海洋牧场建设相结合模式的可行性与有效性，更说明通过科学技术与系统评估手段的结合，珊瑚礁生态修复能够实现生态恢复与资源养护功能的双赢。本研究对推动海洋强国战略下的生态修复实践具有重要示范意义。
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