30%海洋保護(hù)地目標(biāo)能否拯救珊瑚礁？現(xiàn)有保護(hù)措施對(duì)全球魚(yú)類生物量的“貢獻(xiàn)”

珊瑚礁是地球上最為豐富的生態(tài)系統(tǒng)之一，不僅是眾多海洋生物的棲息地，也是許多沿海社區(qū)生計(jì)的重要基礎(chǔ)。但是當(dāng)前，全球的珊瑚礁面臨著嚴(yán)峻的威脅，包括氣候變化、污染、過(guò)度捕撈等。這些威脅導(dǎo)致珊瑚礁的退化，影響了其生態(tài)功能，進(jìn)而威脅到依賴這些生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)百萬(wàn)人的生計(jì)。

“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編注意到，在第十六次聯(lián)合國(guó)生物多樣性大會(huì)（CBD COP16）即將在哥倫比亞拉開(kāi)帷幕的前夕，2024年10月7日，來(lái)自澳大利亞悉尼大學(xué)、肯尼亞和英國(guó)等機(jī)構(gòu)的研究團(tuán)隊(duì)在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上發(fā)表了一項(xiàng)重要研究，揭示了現(xiàn)有珊瑚礁保護(hù)措施對(duì)全球魚(yú)類生物量的“貢獻(xiàn)”，并分析了未來(lái)可能的保護(hù)策略。這一研究為全球海洋保護(hù)政策的制定提供了重要的科學(xué)依據(jù)，尤其是在各國(guó)致力于實(shí)現(xiàn)“保護(hù)30%地球”（俗稱30x30目標(biāo)）的背景下，頗有參考價(jià)值。

珊瑚礁是海洋生物多樣性最豐富的生態(tài)系統(tǒng)之一，海洋保護(hù)區(qū)能為各種海洋生物提供安全的棲息地，防止物種滅絕。可以說(shuō)，從全球范圍看，海洋保護(hù)區(qū)都是保護(hù)珊瑚礁等海洋生態(tài)系統(tǒng)最有效的手段之一。上圖是潛水所攝珊瑚礁。?攝影：王敏幹（John MK Wong）| 綠會(huì)融媒·“海洋與濕地”（OceanWetlands）
根據(jù)聯(lián)合國(guó)的統(tǒng)計(jì)，全球約有35億人依賴海洋資源，特別是魚(yú)類作為主要的蛋白質(zhì)來(lái)源。因此，保護(hù)珊瑚礁不僅是生物多樣性保護(hù)的需要，更是保障人類可持續(xù)發(fā)展的必要條件。近年來(lái)，國(guó)際社會(huì)對(duì)珊瑚礁的保護(hù)意識(shí)逐漸增強(qiáng)，許多國(guó)家和地區(qū)開(kāi)始采取措施來(lái)限制捕魚(yú)和設(shè)立保護(hù)區(qū)。

從現(xiàn)有保護(hù)措施的現(xiàn)狀來(lái)看，珊瑚礁的保護(hù)措施主要包括設(shè)立完全保護(hù)區(qū)、以及實(shí)施漁業(yè)管理。“完全保護(hù)區(qū)”是指禁止任何人類活動(dòng)的海洋區(qū)域，這些區(qū)域的設(shè)立旨在恢復(fù)和保護(hù)海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康。而漁業(yè)管理則包括對(duì)捕撈活動(dòng)的限制，如限制漁具、捕撈時(shí)間和捕撈種類等。

截至目前，全球海洋保護(hù)區(qū)的覆蓋率約為8.4%，其中完全保護(hù)區(qū)的比例僅為2.9%。這意味著，絕大多數(shù)海洋區(qū)域仍然沒(méi)有受到有效的保護(hù)。根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)的分析，目前約有50%的珊瑚礁沒(méi)有任何捕撈限制。盡管許多國(guó)家已承諾在2030年前實(shí)現(xiàn)“保護(hù)30%地球”的目標(biāo)，但如何有效地實(shí)施這些保護(hù)措施仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

珊瑚礁作為海洋生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，具有多種重要的生態(tài)功能。它不僅是眾多海洋生物的“家園”，還為沿岸地區(qū)提供保護(hù)，抵御波浪的侵蝕。此外，珊瑚礁還參與了全球碳循環(huán)，對(duì)調(diào)節(jié)氣候變化也起著重要作用。上圖是潛水所攝珊瑚礁。?攝影師：趙宇 | 綠會(huì)融媒·“海洋與濕地”（OceanWetlands）
研究方法
基于將近2600份數(shù)據(jù)的分析
在這一研究中，研究者們針對(duì)熱帶珊瑚礁魚(yú)類的生物量進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查和分析，采用了多種科學(xué)方法，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

從調(diào)查方法上看，該研究團(tuán)隊(duì)從2004~2019年間收集了2,599份水下視覺(jué)普查（UVC）魚(yú)類調(diào)查數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)來(lái)源于位于赤道23.5度緯度范圍內(nèi)的熱帶珊瑚礁，涵蓋了來(lái)自20個(gè)海洋省份的44個(gè)獨(dú)特海洋生態(tài)區(qū)。為確保數(shù)據(jù)的最新性，若同一地點(diǎn)有多年的調(diào)查數(shù)據(jù)，研究者們僅選擇最新年份的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。所有的UVC調(diào)查采用了標(biāo)準(zhǔn)的帶狀橫斷面、距離取樣或點(diǎn)計(jì)數(shù)等方法，這些調(diào)查方法作為參數(shù)納入分析中，以控制調(diào)查方法之間的差異。

除了普查方法，研究者們還記錄了每個(gè)調(diào)查地點(diǎn)的地理位置（緯度和經(jīng)度）、棲息地類型（坡度、瀉湖/后礁、平坦或峰頂）以及深度類別（0至4米、4至10米或大于10米）。在每項(xiàng)調(diào)查中，研究人員對(duì)日間活動(dòng)的珊瑚礁相關(guān)非隱蔽魚(yú)類進(jìn)行了物種或科別的識(shí)別，并估計(jì)其大?。傞L(zhǎng)度）。為將總長(zhǎng)度轉(zhuǎn)化為生物量估計(jì)，研究團(tuán)隊(duì)使用了FishBase中的長(zhǎng)度-重量轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。當(dāng)某一物種的長(zhǎng)度-重量轉(zhuǎn)換參數(shù)不可用時(shí)，他們會(huì)選擇與之相關(guān)性較高的物種或?qū)俚膮?shù)。最終，研究者們通過(guò)將22個(gè)魚(yú)類家族（如鲹科、革鲀科、龍膽魚(yú)科等）中大于10厘米的魚(yú)類生物量相加，計(jì)算出每個(gè)地點(diǎn)的總珊瑚礁魚(yú)類生物量。研究團(tuán)隊(duì)排除了那些臨時(shí)性、專門(mén)以浮游生物為食的魚(yú)類群體，以及一些難以準(zhǔn)確估算的物種（如小丑魚(yú)科、鯊魚(yú)）。

從海洋空間保護(hù)類別來(lái)說(shuō)，在UVC魚(yú)類調(diào)查中，涵蓋了多種空間保護(hù)類型，研究人員們利用這些信息評(píng)估管理措施對(duì)魚(yú)類生物量的影響。調(diào)查地點(diǎn)被劃分為五個(gè)保護(hù)狀態(tài)類別：1）大型且老舊的高合規(guī)完全保護(hù)海洋保護(hù)區(qū)（MPAs），2）小型或新近的高合規(guī)完全保護(hù)MPAs，3）低合規(guī)完全保護(hù)MPAs，4）限制捕撈區(qū)域，5）開(kāi)放捕魚(yú)區(qū)域。完全保護(hù)的MPA類別包括所有禁止捕魚(yú)的區(qū)域，研究者們要求數(shù)據(jù)提供者根據(jù)對(duì)這些地點(diǎn)的調(diào)查經(jīng)驗(yàn)，評(píng)估每個(gè)完全保護(hù)MPA的合規(guī)性。為了考量與MPA的年齡和規(guī)模相關(guān)的生物量差異，高合規(guī)位置進(jìn)一步細(xì)分為大型且老舊的MPAs和小型或新近的MPAs。研究者們選擇10年、和10平方公里作為劃分標(biāo)準(zhǔn)，以確保這些標(biāo)準(zhǔn)能夠有效保護(hù)許多珊瑚礁魚(yú)類。

從社會(huì)與環(huán)境預(yù)測(cè)因子來(lái)說(shuō)，為了解潛在的社會(huì)、環(huán)境和生態(tài)變量對(duì)魚(yú)類生物量的影響，這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)調(diào)查了哪些變量能夠最好地預(yù)測(cè)魚(yú)類生物量。除了管理措施，候選的社會(huì)預(yù)測(cè)變量還包括兩個(gè)與人類活動(dòng)相關(guān)的代理指標(biāo)：市場(chǎng)引力、人口引力。研究者們考察了基于相同計(jì)算方法的兩個(gè)重力指標(biāo)，這些指標(biāo)反映了珊瑚礁和附近人類聚居點(diǎn)之間的關(guān)系。研究團(tuán)隊(duì)使用成本距離算法計(jì)算從珊瑚礁到人類聚落的旅行時(shí)間，同時(shí)考慮水域和不同陸地表面的差異。對(duì)于市場(chǎng)引力和人口引力，研究者們分別利用旅行時(shí)間到達(dá)最近聚落或主要城市的人口規(guī)模進(jìn)行分析。

在遙感環(huán)境數(shù)據(jù)方面，研究團(tuán)隊(duì)提取了多種可從網(wǎng)絡(luò)上獲取的遙感環(huán)境變量，包括波浪能量、海表溫度和葉綠素a等。這些數(shù)據(jù)均來(lái)自于公開(kāi)的在線數(shù)據(jù)源，并且為每個(gè)調(diào)查地點(diǎn)選擇了10公里范圍內(nèi)的最近日均值進(jìn)行分析。研究者們通過(guò)計(jì)算特定時(shí)期的統(tǒng)計(jì)量，提取了反映中心趨勢(shì)、變異性、分布及極值的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

從模型的選擇上說(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)并比較了一系列候選空間混合效應(yīng)模型（spaMMs），以預(yù)測(cè)魚(yú)類生物量。模型使用伽馬響應(yīng)族，以適應(yīng)魚(yú)類生物量在對(duì)數(shù)空間中呈正態(tài)分布的特性。研究者們采用20次空間分層交叉驗(yàn)證，選出最佳預(yù)測(cè)模型。通過(guò)調(diào)整模型，最終選定了四個(gè)在預(yù)測(cè)觀察到的魚(yú)類生物量方面表現(xiàn)最好的模型，并計(jì)算了不同管理情境下的生物量變化。

接著就是計(jì)算實(shí)際與潛在的珊瑚礁魚(yú)類生物量增益。研究團(tuán)隊(duì)利用所選的四個(gè)模型，研究者們計(jì)算了修正后的“現(xiàn)狀生物量”，并預(yù)測(cè)了三種反事實(shí)情景：1）若所有地點(diǎn)均開(kāi)放捕魚(yú)，2）若所有地點(diǎn)均處于大型老舊高合規(guī)MPAs，3）若所有捕魚(yú)地點(diǎn)均為限制捕魚(yú)區(qū)域。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)每個(gè)地點(diǎn)的生物量預(yù)測(cè)進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估當(dāng)前管理措施帶來(lái)的生物量增益和潛在的管理改善效果。

在全面保護(hù)珊瑚礁的情況下，魚(yú)類生物量的潛在增益顯著。如果所有地點(diǎn)都被納入合規(guī)性高的大型老舊海洋保護(hù)區(qū)（MPAs），就可以觀察到累計(jì)的潛在增益（用虛線深藍(lán)色線和帶狀區(qū)域表示，中位數(shù)和95%分位數(shù)），這些增益根據(jù)未處于高合規(guī)性保護(hù)區(qū)的地點(diǎn)從高到低排列。同時(shí)，如果這些相應(yīng)的地點(diǎn)開(kāi)放捕撈，所實(shí)現(xiàn)的增益將會(huì)喪失（以虛線橙色線和帶狀區(qū)域表示）?？v軸展示了與現(xiàn)狀魚(yú)類生物量（以橫線0為基準(zhǔn)，顏色根據(jù)保護(hù)狀態(tài)劃分）相比的潛在增益或損失。上圖中的虛線黑色線和灰色帶狀區(qū)域代表了從尚未完全保護(hù)的MPAs隨機(jī)重新排列地點(diǎn)（經(jīng)過(guò)1,000次試驗(yàn)）計(jì)算出的潛在增益的中位數(shù)和95%分位數(shù)。最后，地圖展示了潛在增益的分布情況，點(diǎn)的大小反映中位增益，隨機(jī)抖動(dòng)則幫助可視化重疊地點(diǎn)，而點(diǎn)的顏色則根據(jù)保護(hù)類別進(jìn)行區(qū)分。上圖來(lái)源：Iain R. Caldwell等人
研究結(jié)論+討論
現(xiàn)有保護(hù)措施僅占珊瑚礁魚(yú)類種群總量的約10%
該研究發(fā)現(xiàn)，盡管海洋保護(hù)區(qū)對(duì)珊瑚礁魚(yú)類種群有一定的保護(hù)作用，但要實(shí)現(xiàn)國(guó)際承諾，還需要采取更廣泛和有效的措施。

通過(guò)分析全球近2600多個(gè)珊瑚礁的數(shù)據(jù)，研究人員構(gòu)建了空間混合效應(yīng)模型（spaMMs）來(lái)預(yù)測(cè)珊瑚礁魚(yú)類生物量。結(jié)果表明，現(xiàn)有保護(hù)措施僅占珊瑚礁魚(yú)類種群總量的約10%。

研究發(fā)現(xiàn)，除了保護(hù)措施外，其他社會(huì)和環(huán)境因素對(duì)魚(yú)類生物量也有顯著影響。其中，海洋生產(chǎn)力、光照條件和波浪能等環(huán)境因素對(duì)魚(yú)類生物量具有重要作用。

為了評(píng)估現(xiàn)有保護(hù)措施的實(shí)際效果和未來(lái)可能的改進(jìn)空間，研究人員模擬了不同的保護(hù)場(chǎng)景，包括全面開(kāi)放捕撈、全面實(shí)施嚴(yán)格保護(hù)和限制捕撈等。結(jié)果顯示，加強(qiáng)保護(hù)措施可以進(jìn)一步增加珊瑚礁魚(yú)類生物量，但仍有很大的提升潛力。該研究強(qiáng)調(diào)，保護(hù)珊瑚礁魚(yú)類需要綜合考慮多種因素，包括保護(hù)措施的類型、強(qiáng)度和覆蓋范圍，以及其他環(huán)境因素的影響。須得通過(guò)科學(xué)合理的保護(hù)策略，才能實(shí)現(xiàn)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

珊瑚礁是海洋生命的大產(chǎn)房。?攝影師：趙宇 | 綠會(huì)融媒·“海洋與濕地”（OceanWetlands）

悉尼大學(xué)喬舒亞·辛納教授是這項(xiàng)研究的領(lǐng)導(dǎo)者。辛納教授表示：“數(shù)百萬(wàn)人的生計(jì)和營(yíng)養(yǎng)依賴于珊瑚礁魚(yú)類。然而，過(guò)度捕撈嚴(yán)重威脅著全球沿海社區(qū)的福祉。保護(hù)措施可以幫助增加魚(yú)類種群，并對(duì)人們產(chǎn)生連鎖效益?！?“我們的研究真正檢驗(yàn)了全球珊瑚礁保護(hù)的效力。一方面，我們發(fā)現(xiàn)保護(hù)措施對(duì)全球珊瑚礁魚(yú)類數(shù)量有所貢獻(xiàn)，這是有希望的。但另一方面，這種貢獻(xiàn)似乎相當(dāng)有限，我們的研究清楚地表明還有很大的改進(jìn)空間?！?/p>

海濕·小百科

01****水下視覺(jué)普查
水下視覺(jué)普查（Underwater Visual Census, UVC）是一種通過(guò)潛水員在水下直接觀察和記錄海洋生物的種類及數(shù)量，以評(píng)估海洋生態(tài)系統(tǒng)中生物多樣性和魚(yú)類資源的調(diào)查方法。潛水員在指定的研究區(qū)域內(nèi)游泳，使用特定的記錄工具（如視頻攝像機(jī)或筆記本）對(duì)魚(yú)類進(jìn)行識(shí)別和計(jì)數(shù)。這種方法具有較高的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，能夠提供關(guān)于海洋生物群落結(jié)構(gòu)和豐度的重要數(shù)據(jù)，廣泛應(yīng)用于生態(tài)研究和海洋保護(hù)區(qū)的評(píng)估。
02****空間混合效應(yīng)模型
空間混合效應(yīng)模型（Spatial Mixed Effects Models, spaMMs）是一種統(tǒng)計(jì)模型，用于分析具有空間相關(guān)性的數(shù)據(jù)，尤其是在生態(tài)和環(huán)境研究中。該模型結(jié)合了固定效應(yīng)和隨機(jī)效應(yīng)，能夠同時(shí)考慮變量的空間分布和相關(guān)性。它結(jié)合了線性混合效應(yīng)模型和空間統(tǒng)計(jì)學(xué)的優(yōu)勢(shì)，可以更精確地描述和預(yù)測(cè)空間現(xiàn)象。通過(guò)引入空間結(jié)構(gòu)，spaMMs可以有效捕捉空間變異性，從而提高對(duì)觀察數(shù)據(jù)的解釋能力和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。這種模型適用于處理空間數(shù)據(jù)集中的復(fù)雜關(guān)系，廣泛應(yīng)用于生物多樣性、生態(tài)學(xué)、公共衛(wèi)生等領(lǐng)域。

這項(xiàng)珊瑚的研究采用了空間混合效應(yīng)模型（spaMMs），主要是因?yàn)閿?shù)據(jù)中存在空間相關(guān)性，這在生態(tài)和環(huán)境研究中十分常見(jiàn)，且可能導(dǎo)致傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)模型無(wú)法有效捕捉數(shù)據(jù)中的復(fù)雜關(guān)系?？臻g混合效應(yīng)模型能夠同時(shí)考慮固定效應(yīng)和隨機(jī)效應(yīng)，從而更準(zhǔn)確地反映變量之間的關(guān)系，并處理空間變異性。該模型不僅能識(shí)別和分析數(shù)據(jù)中的空間模式，提高預(yù)測(cè)能力，還具備處理多種響應(yīng)變量和解釋變量的靈活性，從而適應(yīng)不同的研究需求。通過(guò)引入空間隨機(jī)效應(yīng)，spaMMs能夠降低由于空間變異帶來(lái)的誤差，提高結(jié)果的可靠性，因此為生態(tài)和環(huán)境研究提供了一種有效的分析工具，有助于深入理解生物多樣性及其與環(huán)境因素之間的關(guān)系。
03****魚(yú)類生物量
魚(yú)類生物量（fish biomass）是指特定水域或區(qū)域內(nèi)所有魚(yú)類的總重量。它是一個(gè)用來(lái)衡量水域中魚(yú)類資源豐富程度的重要指標(biāo)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是把一個(gè)水域里所有魚(yú)的重量加起來(lái)，這個(gè)總重量就是魚(yú)類生物量。魚(yú)類生物量的變化可以反映環(huán)境變化、棲息地質(zhì)量以及人類活動(dòng)對(duì)水域生態(tài)的影響。

關(guān)注魚(yú)類生物量，有助于了解魚(yú)類生物量有助于制定合理的捕撈配額，防止過(guò)度捕撈；監(jiān)測(cè)魚(yú)類生物量，可以評(píng)估保護(hù)區(qū)的保護(hù)效果，并及時(shí)調(diào)整保護(hù)措施。此外，魚(yú)類生物量也是生態(tài)學(xué)研究中一個(gè)重要的參數(shù)，可以用于分析生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。
04****重力模型
重力模型（Gravity Model）是一種用于預(yù)測(cè)和分析不同地點(diǎn)之間相互作用的數(shù)學(xué)模型，基于牛頓的萬(wàn)有引力定律。它通常用于經(jīng)濟(jì)學(xué)、交通流量和生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域，假設(shè)兩個(gè)地點(diǎn)之間的相互作用強(qiáng)度與它們的規(guī)模（如人口或經(jīng)濟(jì)總量）成正比，而與它們之間的距離成反比。在生態(tài)學(xué)研究中，重力模型常用于描述和預(yù)測(cè)物種的分布和遷移模式，幫助研究人員理解不同環(huán)境因素對(duì)生物相互作用的影響。
本文中使用重力模型是為了有效地分析和預(yù)測(cè)珊瑚及魚(yú)類的生物量分布與相互作用。通過(guò)這一模型，研究人員能夠考慮不同地點(diǎn)之間的物種相互作用強(qiáng)度，這與它們的生物量（如魚(yú)類的數(shù)量）和棲息地的距離密切相關(guān)。重力模型有助于揭示環(huán)境因子和社會(huì)因素如何影響魚(yú)類在特定區(qū)域的聚集與分布，為理解生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化提供了重要的定量工具。

思考題·舉一反三

Q1、根據(jù)這個(gè)研究，現(xiàn)有的保護(hù)措施只保護(hù)了大約10%的珊瑚礁魚(yú)類，還有大量的魚(yú)類沒(méi)有得到有效的保護(hù)。也即是說(shuō)，目前我們所采取的保護(hù)珊瑚礁的措施，例如建立海洋保護(hù)區(qū)、限制捕撈等，雖然有一定的效果，但對(duì)整個(gè)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)作用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。對(duì)于這個(gè)結(jié)論，你認(rèn)可嗎？你怎么看？

Q2、在熱帶珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)中，如何量化不同壓力源（如氣候變化、過(guò)度捕撈、污染等）對(duì)魚(yú)類生物量及其食物鏈動(dòng)態(tài)的綜合影響，以制定更精準(zhǔn)的保護(hù)策略？

Q3、如何利用先進(jìn)的遙感技術(shù)和生態(tài)基因組學(xué)手段，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)珊瑚礁魚(yú)類種群動(dòng)態(tài)，從而提高保護(hù)措施的響應(yīng)速度和靈活性？

Q4、種間的相互作用，是指不同物種之間的相互影響，包括競(jìng)爭(zhēng)（不同物種爭(zhēng)奪相同資源）、捕食（一個(gè)物種捕食另一個(gè)物種）、共生（兩種物種之間的互惠關(guān)系）等等。這些互作會(huì)影響物種的生長(zhǎng)、繁殖和生存，從而在生態(tài)系統(tǒng)中形成復(fù)雜的動(dòng)態(tài)平衡。那么，在生物量評(píng)估中，是否應(yīng)考慮種間互作（如競(jìng)爭(zhēng)、捕食等）對(duì)生物量分布模式的影響，以更全面理解珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的功能和恢復(fù)能力？

歡迎分享你的想法?。ㄕ?qǐng)文末留言）

THE END
本文僅代表資訊，不代表平臺(tái)觀點(diǎn)。供參考。

編譯 | 王芊佳

編輯 | Sara
排版 | 綠葉

參考資料略