保护红树林，保护海洋生态，我们砥砺前行

——记自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室的海洋生态文明建设实践

2020年6月8日是第十二个“世界海洋日”和第十三个“全国海洋宣传日”。2020年也是实验室正式进入自然资源部重点实验室的第一年。借此海洋日之际，实验室将多年来承担的海洋生态环境保护工作进行梳理，围绕着“保护红树林 保护海洋生态”的年度主题，展现于社会各界。

实验室数次更名，生态环境保护初心不变

自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室主办公区位于杭州市西湖区自然资源部第二海洋研究所内。实验室由原国家海洋局第二海洋研究所海洋化学研究室、海洋生物研究室合并发展而成，传承了两个学科老一代优秀科学家的优良传统。近年来，实验室以国家需求为导向，以国家部委、浙江需求为牵引，以求真知、探真理为理念，与时俱进。

2002年，为服务我国海洋生态文明建设和海洋生态系统研究的需要，海洋二所海洋化学和海洋生物两大基础学科完成学科优势整合，成立海洋生态环境监测与灾害防治研究中心，并依托该研究中心设立区域海洋学开放实验室。

2005年，实验室被列入原国家海洋局重点实验室行列，在围绕履职、瞄准国际重大科学前沿的前提下，基于深度参与国际IMBER计划的情况，实验室更名为国家海洋局海洋生态系统与生物地球化学重点实验室。2019年，经过多年长足发展壮大，实验室顺利通过评估进入自然资源部重点实验室行列。

在明确支撑国家海洋生态文明建设重要需求，探索海洋生态动力学科学前沿的定位基础上，实验室于2020年1月正式更名为自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室。

在多年发展历程中，实验室人员作为主要力量之一参加了1980-1981的中-美长江口海洋沉积作用过程联合调查研究，1984年的中国首次南大洋考察，1985-1987年的中-法长江口生物地球化学联合调查与研究。尤其是我所牵头实施的中-法长江口生物地球化学联合调查与研究，有力地推动了我国海洋生物地球化学的发展。上世纪80年代以来，实验室人员还参加了海岸带和海涂资源综合调查、海岛资源综合调查，中日黑潮调查，我国大陆架经济专属区环境调查，中国历次南北极科学考察，全国海洋污染基线（本底值）调查，中国近海环境综合调查与评价、国际海底区域环境调查与评价等国家重大调查和研究项目。牵头研制了营养盐等40多种各类用于海洋环境监测的标准物质，参加编写了《海洋调查规范》和《海洋监测规范》。至21世纪初，实验室在海洋初级生产力的调控机制和资源效应，微微型光合浮游生物的生理、生态，海洋有机地球化学，水-沉积界面化学等方向的研究水平均达到国内领先地位。进入21世纪后，实验室在延续传统优势研究方向的同时，围绕国家需求，瞄准国际前沿，在我国河口近海、邻近边缘海、极地、大洋的全球变化与区域生态系统响应，生物多样性维持机制，以及生物碳泵、有害藻华、海洋脱氧和海洋酸化等热点领域做出了系统性的创新成果。

系统看待红树林，亮点纷呈助力红树林保护与修复

红树林是热带和亚热带海湾河口潮间带的盐生森林植物群落，作为独特的海陆边缘生态系统，在维持海湾河口生态系统的稳定和平衡中起着特殊的作用。我国的红树林自然分布界于海南的榆林港(18°09 N)至福建的福鼎(北纬 27°20 N)，其中海南、广东和广西的面积占全国红树林总面积的97%。西门岛的红树林区是目前全国最北端能够自我繁衍的红树林，由人工引种而成：20世纪80年代面积曾扩大到10公顷 ;但之后几十年，由于种种原因，昔日优美的海洋森林红树林仅剩西北一隅约 0.2 公顷；近年来，红树林的价值逐渐为人所知，2001 年开始，通过人工栽种的红树林已增加到 17 公顷以上。

实验室围绕滩涂湿地以及红树林生态系统，已经开展了多学科联合研究工作，从不同角度剖析红树林生态系统的内部运行规律，有几个发现颇具代表性：

1）互花米草入侵挤占红树生长空间，并有可能降低生态系统效率。

2）红树林生态系统及周边底栖生物群落组成与红树林空间距离关系密切。

3）藤壶等附着生物显著影响红树幼苗存活（红树的恢复、修复，底栖生物研究者应该及时介入并指导红树适宜生境的恢复和修复）。

4） 红树林沉积物中异养细菌和氮磷循环菌分布与碳氮磷元素含量及氧化还原电位密切相关，可指示红树林成熟程度。

5）红树林中各种生物构成食物网，维系着红树林生态系统的运行。

西门岛红树林——秋茄幼苗

底栖生物是红树林生态系统的重要组成部分，它们在红树林生态系统的物质循环和能量流动中发挥了重要作用，而且底栖生物群落组成和多样性对人类活动和自然环境变化的响应十分敏感，是良好的环境指示生物。

实验室早在2002年便对中国最北端的西门岛红树林生态系统开展研究工作。近年来，在国家海洋公益性行业科研专项“海洋特别保护区保护利用调控技术及应用示范项目（200905011）”的资助下，实验室对西门岛国家级海洋特别保护区的湿地生态系统进行了更为系统的调查和研究。发现西门岛潮滩湿地受到了互花米草的严重入侵，不仅侵占了大部分的滩涂，而且也影响到了红树林的生长繁殖。通过比较红树林区、互花米草区和光滩区的大型底栖生物群落，我们发现了不同潮滩生境中大型底栖生物群落组成存在显著差异明显。米草入侵显著降低了大型底栖生物的生物量和生物多样性，主要体现在短拟沼螺、拟蟹守螺、招潮蟹等腹足类和甲壳类减少，而小型多毛类显著增加，这主要与米草入侵后潮滩湿地沉积物中的物理化学因素发生变化有关。实验室人员进一步对不同潮滩生境中大型底栖生物的食物来源开展了分析与研究，结果表明红树林和互花米草产生的植物碎屑部分同化进入到大型底栖生物体内，使大型底栖生物的食物来源结构发生了改变，并很有可能通过食物链传递至邻近海域的更高营养级动物体内，实验室人员预测外来植物入侵将通过食物传递改变该海域食物网结构和功能，这些研究成果可为滩涂湿地生态系统的可持续利用与发展以及滩涂湿地生态修复提供科学指导。

作为四大海洋高生产力生态系统之一，红树林生态系统中的有机物丰富，但营养(氮、磷)贫乏。得益于红树林非常有效的营养循环系统，不仅使红树林保存了原有营养物质，而且可以通过分解植物组分获得新营养。红树林生态系统中的微生物在营养循环物质转化活动中发挥着主力作用。其中，细菌是红树林生态系统主要的微生物类群。

底泥细菌助力完成红树林大部分碳循环，并促进氮磷转化，为红树生长提供营养元素支撑，它们不仅参与能量流动、物质循环，且有碳库功能。研究红树林沉积物中异养细菌和氮磷循环菌分布为评价和保护红树林功能区提供了重要环节。

实验室在西门岛人工红树林区开展沉积物中异养细菌(HB)、反硝化细菌(DNB)、氨化细菌(AB)、无机磷细菌(IPB)和有机磷细菌(OPB)垂直分布的培养研究发现，西门岛红树林区沉积物细菌群落未与光滩区形成稳定差异，结合碳、氮、磷元素含量分布认为，西门岛红树林生态系统与我国大面积长时间自然生长的红树林生态系统存在差异。氧气影响碳氮磷循环细菌垂直分布，因为红树林生态系统处于周期性遭海水浸淹的潮间带环境，土壤基本上处于还原状态，除表面几厘米呈黄棕色的氧化层外，整个土体被水分饱和，土壤通气性差，氧化还原电位低，且随剖面深度下降而降低，好氧异养微生物数量随之下降。

红树林中所有的生物对于维持这个生态系统的健康和延续都不可或缺。无论是藏身淤泥中的贝类、星虫、棘皮动物，还是在滩涂上成群横冲直撞的清白招潮蟹，或是树林中的鸟类和各类昆虫，水中的鱼虾，乃至红树林自身，所有的生物都息息相关，紧密联系。一些动物捕食其他动物，另一些动物以植物为生，而植物则从阳光中获得能量，从土壤中吸收水分和养料，这就构成了食物链。在每一个栖息地，众多食物链相互连接，最终形成了食物网。

2017年，实验室曾江宁和翟红昌对深圳湾红树林详细研究后，联手出版了图书《谁能吃掉谁 深圳红树林食物链大揭秘》。出版物得到保护区管理局的极大认可，认为系统刻画了红树林中不同营养级代表生物的食物与生境，形象展示了生态学食物网结构；科学艺术总结了中国海洋保护区代表之一深圳福田红树林自然保护区的保护成果。

出版商的推荐语言这样描述该书：“讲述了红树林生态系统中各种生物之间捕食与被捕食的惊心动魄的系列故事。通过深圳红树林自然保护区中20余种代表性生物的食物选择和捕食行为的刻画，两位作者用科学、幽默的语言向读者展示了单细胞藻类、红树植物、昆虫、鱼、贝、虾、蟹、鸟、兽等植物、动物和环境之间的相互关系。全书蕴含了生态系统结构与功能、生物多样性等生态学基础和前沿命题，同时也启迪读者思考人与自然如何相处、环境保护与社会发展如何协调等现实问题，是一本兼具普及海洋意识与生态意识的科普读物”。

 《谁能吃掉谁 深圳红树林食物链大揭秘》封面

以探知海洋为目标，开发了一批生态环境监测技术

实验室围绕及时感知海洋生态环境变化的需求，以及海洋环境应急、灾害预测的需求，研制并开发了生态浮标、近海底监测等平台，试制了营养盐传感器、二氧化碳分压及高精度pH传感器等海洋环境监测传感器，获得数十个授权发明专利，得到国内外多个仪器制造商的关注。

近海藻华－底层低氧－底层酸化等过程往往相互伴生，与富营养化密切相关，并对近海生态系统具有灾难性影响。近海藻华可由富营养化驱动，其中有毒藻华可通过食物链传递并贮存，威胁海洋生物生存及海洋食品安全。近岸海域低氧（溶解氧小于2 mg/L）通常是一个季节性现象，其主要与夏季丰水期冲淡水入海引起的水体层化，以及冲淡水带来的富营养化引起的藻华和有机质耗氧分解过程有关。低氧直接影响生物存活，也影响生物的生殖、生长发育、摄食等生理过程，威胁海洋渔业及近海生态系统。海洋酸化原先主要关注开阔海洋由于大气二氧化碳浓度上升引起上层海水pH和碳酸钙饱和度（Ω）降低的现象，近岸酸化则兼受大洋水酸化及富营养化导致酸化的的影响。海洋酸化可带来严重的生态危害，“偏酸”的海水不仅会降低钙质生物壳体的钙化率，影响双壳类、贝类和牡蛎等海洋生物的生理、生长、繁殖和代谢过程，也可能影响海洋中其他生物地球化学过程的变化。

为认识近海海洋生态灾害的过程机理，过去十几年实验室在长江口富营养化、低氧酸化形成机制及生态效应研究等方面开展了大量现场调查及研究。承担了908专项、国家科技支撑计划重点项目、海洋公益性行业科研专项重点项目及国家自然科学等大量项目。目前，实验室正实施自然资源部第二海洋研究所自主设立的“中央级科研院所基本科研业务费专项资金项目”“长江口－浙江近海－邻近东海多学科长期观测计划”（简称 LORCE 计划）第二期（2020年-2023年），该计划聚焦自然变化和人类活动影响下长江口生态系统的长期演化和跨境污染问题。

通过实施及参与这些项目，实验室积累了长期海洋生态资料，也丰富了对海洋生态的认识。现场观测及研究在长江口及邻近东海关键断面积累了十几年的基础参数资料，在浙江近海（舟山、温州、台州等市海域）获取了锚系生态参数的时间序列长期变化。利用积累的长期资料发现东海缺氧的有机质来源主要为新鲜的硅藻藻华沉降，而且东海缺氧近几年来有加重的趋势；提出了台风搅动东海深层缺氧水释放二氧化碳，舟山海域浮标观测到台风可将底层缺氧且富含二氧化碳的水搅拌至上层，导致上层海水释放大量二氧化碳到大气，进而影响区域碳源汇；揭示了长江口冲淡水营养盐输送导致藻华，并导致生态参数的快速变化，相关成果已发表于国际主流刊物上。

项目实施也发展催生了生态环境监测技术。近几年，由本实验室和卫星海洋环境动力学国家重点实验室近海动力学团队组成的联合研究团队，开发了生态浮标、近海底监测平台等，采用防渔业拖网设计，可以同时承载海流计、水质仪、营养盐仪、释放器和水声通讯机等多种海洋仪器。浮标体还布置了湿化学法的营养盐传感器、二氧化碳分压及高精度pH传感器等，可在杭州办公室实时看到舟山海域水质的变化，并对生态现象做出警报。2009以来行了10多次1月以上的连续实时监测，期间经历了多次台风的考验，包括2011年台风“梅花”和2015年台风“灿鸿”的强烈冲击。在多年的实践中，我们采用防生物附着刷子、自制过滤装置、铜罩等措施有效缓解了生物附着对传感器的影响。另外，实验室建有生化传感器校正比测实验室，可对溶解氧及二氧化碳等探头进行校正、比测及维护，保证了传感器测量的准确与稳定。利用实验室长江口长期生态观测基础，实验室作为主力正在建设自然资源部长江口野外台站，聚焦长江口海洋生态环境的长期变化及生态效应。

 奋战南北两极，助力极地生态保护

南极海洋是目前世界上没有受到人类活动严重影响的区域之一，这使得南极在科学研究中体现出重要的生态学意义和独特地位。由于气候变化及多个国家对南极渔业兴趣的增加，南极海洋生物养护委员会为防止南极海洋生物资源不被过度开发，南极生态系统的稳定与平衡不会遭受威胁，在近年来，通过海洋保护区建设、限定捕捞配额等方式来管理渔业活动和保护重要的海洋生物资源包括南极磷虾、犬牙鱼等生态系统关键物种。此外，南大洋是全球二氧化碳最重要的一个汇区，但随着南大洋吸收的碳越来越多，则会导致海洋酸化，这对南大洋的海洋生态又将造成怎样的影响仍然无法得知。而随着南大洋变暖，关键物种磷虾的种群将会发生怎样变化，这种变化会对企鹅、海豹和鲸鱼这些顶级捕食者产生怎样的影响，这些问题仍然需要大量的观测和研究才能回答。未来南大洋的渔业资源是否会受到威胁是人们在所关心的重要南极问题，因此，人类活动（过度捕捞）和气候变化（温度升高和海冰减少等）作为共同影响南极海洋生态系统的平衡的两个关键因素，亟需厘清二者对南极生态系统的演变的影响，同时这也需要大量的、长期的科学调查研究工作。

北极地区是地球上气候敏感地区和生态脆弱带。全球变化所导致的一系列多圈层相互作用过程，对北极地区环境与生态产生了深刻影响。围绕“海冰快速变化与生态响应”和“海洋生态系统对北极海洋酸化的适应性”等科学问题，北极考察工作取得了丰硕的成果，2017年出版了“北极海域海洋化学与碳通量考察”（ISBN 978-7-5027-9435-4）专著，2019年作为参与单位获得“海洋科学技术一等奖”1项，相关研究发表在JGR、Progress in Oceanography等国内外高影响力期刊，提升了我国在北极海洋生态保护与研究的国际影响力。

海洋二所是我国极地科考的先驱，早在1984年，海洋二所27位科考队员，就作为主力参加了我国第一次南极科考。此后，实验室持之以恒30余年，从未间断对极地的探索与保护，36次中国南极科考和10次北极科考中，都有实验室考察队员的身影，他们在考察过程中履获好评，多人获评优秀党员和优秀考察队员，在2017年获得了“中国极地考察先进集体”的荣誉称号。极地生物地球化学与碳循环研究作为本实验室的重要研究方向之一，在近年来获取了诸如国家极地专项、海洋行业公益项目及一批国家自然科学基金和省部级基金项目的支持，培养和建立了一支稳定、扎实的极地科考工作队伍，并获取了一系列显著的成果。

在一系列的项目支撑下，实验室科研人员围绕国家需求，立足科学前沿，从极地海洋生态系统及其对气候变化和人类活动的响应研究出发，厘清了南极典型边缘海重要生源要素的生物地球化学循环过程，并在南极边缘海碳循环与海冰过程之间的机制研究取得了一些新的认识，如海冰的减少不仅增加更多的光照时间，并且会通过增强层化刺激浮游植物的旺发从而封存更多的大气CO2至海洋中。此外，南极海洋碳循环与生态系统的基础——初级生产力调查也是本实验室在极地开展重要研究工作，通过该项调查，可以以bottom-up的模式去了解和研究未来极地海洋生态系统的变动及其趋势。

极地站基考察亦是我国极地考察的重要组成部分。本实验室极地研究团队多年来持续开展南极长城站和北极黄河站邻近海湾生态环境考察，致力于极地海湾生态环境监测与保护调查工作，开展极地生态系统对气候变化的响应和反馈研究。位于南极乔治王岛的中国南极长城站自建立初始，就有本实验室多位科学家前辈的参与，早期的站基邻近海湾生态环境考察更是离不开他们的第一手资料。在极地站基开展常规业务化化考察后，本实验室从26次南极考察开始，对南极长城站及其邻近海域进行了长期生态环境考察。北极黄河站位于北极高纬的斯瓦尔巴群岛区域，本实验室极地研究团队自北极黄河站建立，2006年开展科学考察工作以来一直参与该区域的海洋生态环境调查，并在近两年布放连续观测设备，以探寻气候变化对极地生态环境的影响。以上调查数据的获得将为极地生态环境保护与预测提供重要的基础数据。

极地科学考察工作环境异常艰苦。本实验室极地科研人员多以年轻的科技工作者为主，但他们在长期恶劣的自然环境和艰苦的生活条件下却表现出了艰苦奋斗、积极乐观的精神，也必将继续发挥南极精神，为南极海洋生态保护和我国极地海洋事业继续做出贡献。

 南极精神

探秘大洋生物多样性，唤醒公众保护全球海洋生态

深海大洋是世界上了解最少的海洋生态系统之一，面积广阔，海洋占全球面积的70%，其中90%以上都属于深海。虽然深海远离人类活动密集的大陆，但也无法避免收到人类活动的影响，深海捕鱼和未来潜在的海底矿产资源开采都会对深海生态系统造成不可逆的影响，越来越多的研究表明，深海生态系统对全球变化的响应是认识海洋生态与环境面临挑战的重要组成部分。

国家管辖外海域生物多样性（BBNJ）养护和可持续利用是国际社会关注的热点，为此，联合国于2004年成立特设工作组研究该议题。经过长达12年的研讨和谈判，联大于2016年同意拟定一份具有法律约束力的养护和可持续利用BBNJ国际协定，并于同年启动预委会谈判，就国际协定涉及要素进行磋商。政府间谈判于2018年启动，目前已举行三次，预计2020年形成具有法律约束力的国际文书。当前，全球共已设立了10处公海保护区，其中南极海洋生物资源保护委员会（CCAMLR）框架下的2处，《巴塞罗那公约》（Barcelona Convention）框架下1处（含部分国家管辖范围内海域），《保护东北大西洋海洋环境公约》（OSPAR）框架下7处。总面积约221.67万平方公里。

实验室是我国深海大洋生态环境调查的重要力量，自上世纪80年代开始参与大洋科考，先后参加大洋科考航次40余个，针对深海海盆、海山、超深渊海沟和洋中脊热液硫化物等典型深海生态系统开展生物多样性研究，多次担任航次首席科学家，足迹遍布太平洋、大西洋和印度洋。在大洋专项、科技部项目和国家自然基金等一系列项目的支持下，在深海生物多样性与环境保护方面取得了丰硕的成果。上世纪末我国首次在国际海底管理局提出“环境基线自然变化（NaVaBa）”计划，强调深海生态环境自身的长期变化在深海环境保护中的重要性。本世纪以来，我实验室参与了首次在西南印度洋发现超慢速洋中脊热液喷口的海上考察，详细描述了西南印度洋热液生物群落及其年际变化，极大的促进了热液生物群落的全球生物地理分布格局研究；利用“蛟龙号”载人潜水器对西太平洋雅浦海沟超深渊生物群落进行了系统研究，首次阐明了雅浦海沟的生物群落组成及其成带分布特征；在西北太平洋海山区建立的长时间序列环境监测系统，在海山生物多样性和生物连通性等方面取得了新认识，同时在该区域发起并倡导推动环境管理计划（REMP）。

大洋精神

投身国际合作，海洋生态保护携手并进

在发展我国近海、深远海及极地海洋生态系统动力学及海洋生态保护研究的同时，本实验室通过科研项目合作、合作培养硕、博士研究生、自主召开和积极参与国际学术研讨会以及积极互访等多种形式开展国际合作。一方面引进国际同行先进的海洋科学发展理念和技术，以加速本实验室科研能力建设，不断提升实验室科研水平；另一方面也将我们的先进科学理念和技术手段推广至东盟、南亚及非洲等一带一路沿海国家，帮助合作国家开展海洋生态、生物、化学及生物地球化学研究，促进一带一路沿海国家海洋生态灾害防灾减灾能力建设。

在引进先进理念和技术方面，本实验室与德国（如汉堡大学、基尔大学、不莱梅大学、波罗的海研究所、德国极地研究所AWI等）、法国（巴黎索邦大学、巴黎第六大学、布雷斯特大学、CNRS等）、美国（特拉华大学、WHOI、佐治亚大学等、IODP等）、英国（南安普顿大学）、日本（名古屋大学、静冈大学等）、韩国（汉阳大学、韩国海洋科学技术院、韩国水产科学院）等走在国际前列的海洋研究所或高校有着长期良好的合作关系，已共同开展了诸多合作研究项目并取得了令人瞩目的研究成果，同时也共同培养了众多优秀的硕博士研究生及青年学者。

在推广海洋研究理念和先进技术方面，本实验室与越南海洋研究所、菲律宾大学、马来西亚马来亚大学、缅甸丹老大学、斯里兰卡水生资源与环境研究署和卢胡那大学、巴基斯坦国家海洋研究所、阿曼苏丹卡布斯大学、莫桑比克国家海洋渔业研究所、尼日利亚国家海洋研究所等多家研究机构和高校有着长期合作关系，推动签署了多个双边合作协议和所际间合作谅解备忘录。通过合作开展联合调查航次、合作开展项目研究等方式，帮助上述国家提高海洋科学研究能力、基础设施装备水平及海洋防灾减灾能力；并通过中长期访问、政府海洋奖学金等方式，为一带一路沿海国家培养了众多优秀的从事海洋科学研究的留学生，有效提高了这些国家海洋科学研究软实力。

寄语未来，携手共进

海洋生态系统动力学重点实验室愿意携手社会各界，开创海洋生态环境保护的新篇章，共建美丽中国、健康生态，共筑生态安全基石，建设海洋命运共同体。

海洋生态系统动力学重点实验室拥有一批理性科学家、感性摄影师，致力于海洋生物多样性保护、地方可持续发展策划与方案设计、企业生态环境影响评估、海洋生态环境公共政策预研、海洋生态环境污损监测与评估、海洋生态系统修复方案设计与科学指导、海洋生态系统管理。

文稿：刘诚刚，廖一波，杜萍，冉莉华，韩正兵，李德望，张东声，乐凤凤，曾江宁