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拯救牡蛎礁| 科学合理监测评估牡蛎礁修复项目

媒体:原创  作者:大自然保护协会
专业号:大自然保护协会 2020/7/1 12:17:20

拯救牡蛎礁

为推动国内牡蛎礁资源的保护与修复,大自然保护协会(TNC)推出“拯救牡蛎礁系列”文章,分别介绍全球牡蛎礁退化危机、国内牡蛎礁现状、牡蛎礁修复案例、牡蛎礁修复技术和监测方法。系列文章内容暂定7期,欢迎关注这一领域的各位讨论并提出宝贵意见。

引言

目前,在全球越来越多的国家,牡蛎礁修复行动逐渐启动,目标是改善退化的牡蛎礁栖息地,使其恢复到能够发挥生态系统服务功能的状态。而在项目实施后,我们需要定期了解项目是否达到预期修复成效,从而进行适应性管理。因此,基于资金预算、人力水准和专家资源等条件,制定和实施相应科学合理的监测评估方案是牡蛎礁修复项目能否最终取得成功至关重要的组成部分。

美国南卡罗来纳州帕尔梅托种植园修复的牡蛎礁。

图片来源:TNC

受过度捕捞、海岸带开发、水体污染和病害等影响,牡蛎礁已成为全球退化最严重的海岸带栖息地之一(Beck等,2011)。为了恢复牡蛎渔业资源以及牡蛎礁所发挥的净化水体、提升生物多样性和防护岸线等重要的生态系统服务功能,北美洲、欧洲、大洋洲和亚洲的很多国家都开始了牡蛎礁修复行动。

浙江三门县健跳港内湾滩涂上正在构建牡蛎礁。

摄影:董大正/TNC

美国是全球早期关注和开展牡蛎礁栖息地修复活动的主要国家,Netwell(1988)及随后众多学者发布了“牡蛎礁在温带和亚热带海湾和河口生态系统中发挥着关键生态功能”的一系列研究后,更多牡蛎礁修复活动得以实施(Kennedy等,2011)。自2000年起,美国平均每年建造的美洲牡蛎(Crassostrea viginica)礁体面积达190公顷(Hernandez等,2018)。

1987-2017年,美国各海区构建的美洲牡蛎礁体累计面积变化趋势(Hernandez等,2018)

尽管牡蛎礁修复活动越来越多,但是在一定程度上,早期修复的牡蛎礁并没有得到很好的监测(对于监测没有足够的重视),以致于无法评估这些修复行动是否达到预期的修复成效。Kennedy等(2011)收集了1990-2007年间美国切萨皮克湾内73549条牡蛎礁修复和监测的活动记录,分析发现湾内594个被实施修复的牡蛎礁中,25%的礁体都没有被监测;此外,被监测的礁体也常常因样本量缺乏、定量化监测数据少以及受牡蛎捕捞活动干扰的影响,其修复成效无法得到有效评估。

中国香港深圳湾流浮山牡蛎礁体投放。

摄影:Kyle Obermann

而现在,我们知道了监测评估是每一个修复项目极其重要且必不可少的组成部分,它让我们了解修复项目是否达到预期成果,能够为项目进行适应性管理提供依据,能够为以后的项目提供借鉴和以数据为支持的经验。同时,不同项目之间进行比较也十分重要,一方面有助于对比多个修复位点及多种修复方案之间的不同修复效果,以支持改进修复技术;另一方面还有助于从更广泛的空间尺度上、时间尺度上评估修复成效。

浙江省三门县健跳港内湾滩涂上正在开展修复前基线调查。

摄影:刘青/TNC

为了支持牡蛎礁修复活动更好地被监测和评估,美国的牡蛎礁修复科学家和实践者组成工作组,开发了《牡蛎栖息地修复监测和评估手册》(Baggett等,2014),为美国本土牡蛎物种美洲牡蛎(Crassostrea virginica)和奥林匹亚牡蛎(Ostrea lurida)栖息地修复的监测技术和监测标准提供建议。本文将基于《牡蛎栖息地修复监测和评估手册》(Baggett等,2014)和新版《贝类礁体修复指南》(Fitzsimons等,2019),介绍牡蛎礁修复的监测原则、时间框架和监测指标。

(上)牡蛎栖息地修复监测和评估手册(2014年);

(下)新版贝类礁体修复指南(2019年)

BACI监测原则

为了科学评估修复项目的修复成效以及生态影响是否达到预期目标,所有修复项目都应遵循BACI原则(Before-After-Control-Impact,修复前-修复后-对照组-实验组)设计和执行监测,即对于所制定的所有监测指标,都要在修复前进行基线调查(最好在修复前一年之内开展),与修复后监测结果进行比对;也需要在修复位点、对照位点(未修复区)和自然参照位点(周边未被采挖的天然礁体,如有的话)进行取样监测,进行控制变量的对比分析。

BACI实验设计原则。图片来源:Boze Hancock/TNC

监测时间框架

在项目设计期间,修复实践者应根据监测指标和资金预算,为项目的监测采样和成效评估创建一个时间表,以描述如何预测项目在短期和中期时间框架内的进展情况。在资金充足的条件下,修复项目应尽可能的开展长期监测。

短期时间框架指修复项目最低限度的监测期限,通常在项目实施后持续1-2年,期间应当至少覆盖两个牡蛎幼苗补充期。项目的时间框架通常是由受资助期限决定的。资助起始时间并不总是与牡蛎附苗时间相一致,因此在制定项目监测时间框架时,了解当地牡蛎附苗期是至关重要的。一般来讲,多数地方的牡蛎附苗期在5月至10月之间,高纬度地区的这段时间可能相对短些。

志愿者在美国佛罗里达州夏洛特港湾监测牡蛎礁。

摄影:AnneBirch/TNC

短期时间框架通常不足以充分反映一个修复项目的动态变化。对于评估项目成效来说,中期时间框架是一个更具有生态意义的时间期限,也是修复项目首选的监测期限,通常要在项目实施后持续4-6年

监测类型

基于监测的多重目的,可将监测分为执行监测成效监测适应性管理监测三种类型。

科研人员在浙江省三门县健跳港内湾滩涂上监测牡蛎礁。

摄影:刘青/TNC

-   执行监测是对项目的修复行动进行直接评估,判断其是否按照预先的设计和规划开展和完成修复行动。

-    成效监测是衡量修复行动是否产生了预期的生境响应,例如牡蛎补充量或种群层面的其他参数变化是否向参照的生态系统或模型的水平靠近、区域内鱼类蟹类等生物量或水质变化情况。

-   适应性管理监测则是为后续修复管理提供各种监测信息与数据,从而有助于完善未来的修复设计。

在执行后两种监测时,务必使用具有可比性的标准化监测方法,以确保能够对比不同项目的修复成效,同时也避免各项目因监测规程差异而出现观测上的误差。

监测中测量牡蛎壳壳高。 摄影:L. Baggett

监测指标

牡蛎礁修复项目的监测指标可分为通用指标(包括环境变量礁体基本指标)基于修复目标的衡量指标。除了监测指标,修复实践者还需结合项目目标,依据从基线调查或者可参照的生态系统或模型中获取的数据,采用合适的统计分析方法,制定相关的监测标准,也就是在预计时间框架内,预期完成的实际、可衡量的期望目标。

中国香港榕树澳的牡蛎附着板投放。

摄影:LoriCheung/TNC

无论修复目标如何,每一个项目都应对通用指标进行监测。监测基本环境变量(水温、盐度、溶解氧和潮汐规律)有助于解读构建礁体前后所收集的礁体基本指标数据和基于修复目标的监测数据。环境变量通常没有监测标准。

使用手持监测设备测定水温和盐度。 摄影:L.Coen

监测礁体基本指标则能够跟踪评估修复项目的基本表现,也便于与其他项目进行比较。它包括:礁体面积礁体高度牡蛎密度以及牡蛎大小分布频次。为确保礁体基本指标监测方法的系统性,修复实践者应采用相似的影响评估方法、采样方法、采样频次和采样持续时间(可参考下表)。礁体基本指标的监测标准通常从礁体结构的持久性(以礁体高度来评估)、牡蛎密度以及成功的牡蛎幼苗补充三方面来制定。

牡蛎礁修复监测的礁体基本指标。

表格来源:《贝类礁体修复指南》(Fitzsimons等,2019)

并不是所有牡蛎礁修复项目都需要监测基于修复目标的衡量指标,但对于越来越多以恢复生态系统服务功能为目的的牡蛎礁修复项目来说,需要围绕项目所关注的特定生态系统服务功能,基于可用的资金、能力和专家资源,制定一个或多个这类指标并对其进行监测,才能评估修复项目是否实现了这些生态效益。这类指标的监测通常更为复杂,需要额外的能力和专业知识来确保收集到有效的、科学严谨的监测数据。基于修复目标的监测标准则因项目而异,例如以提高水体澄清度为目标的修复项目,其成效指标可表述为“我们预测在可比较的条件下,无论是在短期还是长期监测中,修复位点的叶绿素a水平都将显著低于对照位点”。

帕尔梅托种植园牡蛎礁修复位点正在进行监测。

摄影:Joy Brown

修复项目的预期效益可能需要数年甚至数十年才会展现出可观测到的结果,并且取决于远超项目地理边界和持续时间的更大尺度的环境因素。在此情况下,如果能识别出一套整合监测数据的结构化适应性管理流程(如生态系统服务功能预测模型),基于修复目标的监测数据也将有助于减少项目的不确定性、优化当下或未来的修复决策,从而大幅度提升修复成效。

除了以上指标,《牡蛎栖息地修复监测和评估手册》(Baggett等,2014)还建议一系列可供考虑的补充性指标,如礁体上出现的捕食者和竞争者、病害流行程度、牡蛎条件指数(Oyster Condition Index)、性腺发育程度、性别比等等,供修复实践者们选择参考,以获得更多有价值的信息,来解读监测数据或改进修复方法。

公民科学

除了修复实践者和项目的科研合作伙伴,志愿者、普通公众也可以在监测中发挥不容小觑的作用。接受过培训的“公民科学家”有能力对通用指标(环境变量和礁体基本指标)进行监测(如测量牡蛎大小、计算活牡蛎存活数量),从而协助评估项目进展。管理得当的公民科学项目可以减轻监测活动的部分资金和人员负担,同时提供宝贵的公众参与机会,促进公众对修复项目的了解、认可与支持。

“公民科学家”在澳大利亚菲利普港湾协助测量贝类。

图片来源:TNC

要点:

需要对修复项目进行监测以评估其成效,且采用的监测方法应便于与其他项目进行借鉴、比较。

监测指标可分为通用指标(包括环境变量、礁体基本指标)和基于修复目标的衡量指标。所有项目均需对前者开展监测。

对基于修复目标的衡量指标进行监测,虽然实施难度较高,但可以评估项目所带来的生态系统服务功能、为适应性管理提供监测信息,还可以为其他的生态系统服务功能预测模型提供数据。

需要开展修复前和修复后监测,所有监测指标均需要在修复位点、对照位点和自然参照位点(如果有的话)进行取样监测。

参考资料:

1.Beck et al. 2011. Oyster Reefs at Risk and Recommendations for Conservation, Restoration, and Management. BioScience.

2.Kennedyat al. 2011. Lessons Learned from Efforts to Restore Oyster Populations in Maryland and Virginia, 1990 To 2007. VIMS Articles. 359.

3.Hernandez et al. 2018. Restoring the eastern oyster: how much progress has been made in 53 years? . VIMS Articles. 1368.

4.Baggett et al. 2014. Oyster Habitat Restoration Monitoring and Assessment Handbook. The Nature Conservancy, Arlington, VA, USA.

5.Fitzsimons, J., Branigan, S., Brumbaugh, R.D., McDonald, T.和 zuErmgassen, P.S.E. (编者) (2019). 贝类礁体修复指南. 大自然保护协会(TNC), 弗吉尼亚州阿灵顿, 美国

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