海中雨林:重新认识海带的价值

尽管长期被忽视,但这些“海中的雨林”所提供的多种生态系统服务正得到越来越多的承认。

Giant kelp provides a buffer against stormy waves

巨藻为智利奇洛埃岛的海岸提供缓冲,使其免受风浪的冲击。图片来源:Peter Giovannini / Alamy

提到森林,我们通常想到的是树木覆盖的大地。但海洋同样拥有大面积绿色植被,覆盖了全球四分之一的海岸线。“如果你把它们加起来,面积大概与亚马逊雨林差不多,”西澳大利亚大学海洋生物学家凯伦·菲尔比-德克斯特(Karen Filbee-Dexter)说。这便是海带森林——地球上益处最多的生态系统之一。

海带(kelp)是褐藻纲海带目的海藻,大致可分为33个属和112个种——尽管人们对究竟什么可以算海带还存在一些争议。海带与其他海藻的不同之处主要是它们的体型巨大——巨藻(giant kelp,海带目巨藻属,是体型最大的一种海带)可长达45米。海带一般生长在水温较低的海域中,并为各种海洋生物提供繁茂的栖息地。作为生态系统,海带对海洋健康的重要性堪比珊瑚礁和红树林。正如菲尔比-德克斯特指出的,“理解这些生态系统为人类提供的益处十分重要”。

作为很多海洋动物的繁育地和避难所,海带支持着人类的渔业。它们的叶状体通过光合作用储存碳,它们的身体能缓冲波浪,保护海岸线免受强风暴的冲击。它们还能清理垃圾——海带能快速吸收由来自陆地的化肥造成的营养物质污染,将其化作自身生长的养料,从而防止了对其他海洋生物伤害巨大的藻华的出现。除了这些之外,海带对于很多沿海社区来说还有重要的文化价值

海带的种类
制图: Ricardo Macía Lalinde / 中外对话海洋

但如今,海带却以前所未有的速度消失。水污染、捕食者与被捕食者之间的动态平衡被打破、以及气候变化带来的海水变暖都造成了海洋植被的破坏,甚至导致某些地区的海带森林彻底消失。与此同时,仅有一小部分海带森林得到了保护。在一些世界最大的海带种群集中的太平洋东北部海域,只有4%被巨藻覆盖的面积被划入海洋保护区。

不过现在,越来越多的研究者、环保组织和政府相信,我们需要更好地保护和恢复曾经广袤的海带绿洲。否则,我们可能面临着失去一种重要碳汇和一个粮食安全根基的风险——很多人认为,这种损失的严重程度堪比砍伐亚马逊森林。

忽视太久

研究气候变化如何影响挪威、澳大利亚和加拿大北极海域海带种群的菲尔比-德克斯特认为,海带森林之所以没有得到应有的关注,部分原因在于珊瑚礁等更“有魅力”的海洋生态系统已经成为了海洋生物多样性的代名词,因此成为了保护的焦点。她解释说,随着气温的升高,海洋表面的温水层不断增厚。这带来一个问题,因为温暖的海水含氧量更低,与下层富含营养的冷水相比浮力更大——随着温水层不断变厚,深层与表层之间氧气和营养物质的交换越来越少,而这些物质正是海带和其他海洋生物生长所必需的。海水变暖还是海带白化的原因之一,而变白会影响其进行光合作用。在澳洲大陆和塔斯马尼亚、墨西哥、美国等国沿海的一系列地点,海洋热浪和污染等人类活动影响已经造成了成片海带森林永久消失

尽管如此,海带森林并没有被列入2021年1月开始的联合国生态系统恢复十年倡议的优先保护清单。“该倡议官网的海洋部分谈到了珊瑚礁和红树林,而对于同为大型沿海生态系统的海带,却只字未提,”菲尔比-德克斯特说。

主要海带种类的分布
图示为海带种类的拉丁学名。制图: Ricardo Macía Lalinde / 中外对话海洋

导致海带一直没有得到重视的另一个因素或许是历史上对它所提供的生态系统服务研究不足。科学家知道,生物量庞大、生长迅速的海带可以固定大量的碳——巨藻每天可以生长45厘米。曾有人估算,每年死去并进入海底沉积物的野生海藻(不限于海带)可固定1.73亿公吨碳。但由于野生海藻一直处于运动中,很难对其固碳量进行确切计算。如果海带死亡或者被暴风雨扯下岩石,便处于游离状态,其中储存的碳也一同随波逐流。在不知道这些游离的海带最终去向何方(可能被冲到海滩上腐烂释放出碳,也可能永沉海底)的情况下,很难计算单片海带森林能锁住多少碳。

种植海藻的益处

海藻养殖场为研究人员提供了更稳定的环境。中国、日本和韩国自古以来养殖海藻。中国沿海有数千个海藻养殖场,养殖供食用、药用或者用于制造生物燃料的海藻。“中国人工养殖的海藻主要有七种,但海带是最主要、产量也是最高的一种,占全国海藻养殖产量的三分之二,”浙江大学海洋学院吴嘉平教授表示。

让吴嘉平感兴趣的是人工养殖环境下海藻的生态价值和商业价值的结合。他的研究表明,养殖海藻可以显著抵消农业污染,清除溢入沿海水域、造成大规模水华爆发的磷和氮。水华会大量消耗水中的氧气,造成没有水生生物的死亡区域。在另一项研究中,吴教授通过计算认为,如果按照目前的发展速度,中国的海藻养殖场到2026年将百分之百清除沿海水域的磷污染。“海藻是海洋富营养化的完美解决方案,”他说。

Traditional seaweed farming in China’s Fujian province
中国福建省的传统海藻养殖场。在这里,人们在竹竿之间绑上绳子,用来在潮汐区养殖海带。 图片来源:Alex Berger / Flickr, CC BY NC

针对海藻养殖场在减缓气候变化中可能发挥的作用所做的研究同样也在进行当中。吴嘉平参与的一个名为“海洋2050”的组织正致力于根据对全球23家海藻养殖场的调研结果确定性地计算人工养殖的海藻可以锁定多少碳。

人工养殖的海藻如果未被收割,死亡后便会沉入养殖场下的海底。计算这部分随着海藻被锁定在海底沉积物中的碳并不困难。

“养殖者能通过控制养殖场的位置,控制碳最终的去处,” 阿卜杜拉国王科技大学海洋科学特聘教授卡洛斯·杜阿尔特(Carlos Duarte)解释说。杜阿尔特教授著有多篇关于大型海藻碳储存潜力的论文,并担任海洋2050组织海藻项目(Seaweed Project)首席调研员。

养殖或许可以帮助海藻获得联合国蓝碳倡议(Blue Carbon Initiative)等项目的认可。蓝碳倡议旨在提升公众对于红树林、海草、盐滩的固碳潜能的认识,但由于野生海藻的不可预测性,此前蓝碳倡议并未将其纳入视野。

杜阿尔特表示,最终目标是将海藻养殖场纳入碳认证(carbon accreditation)计划,因为海藻养殖是“可规模化、可计量的”。“我认为‘海洋2050’将首次给出有力的科学研究结论,为将海藻养殖纳入蓝碳奠定基础。”杜阿尔特补充说,海藻养殖还能创造就业,并为作为全球海藻养殖业主力军的女性提供更好的社会流动的机遇。

对野生海藻的乐观预期

菲尔比-德克斯特相信,人们对于养殖海藻日益浓厚的兴趣“也正在转化为对野生海藻林的兴趣”。她说,这很重要,因为对海藻养殖的热情不应取代保护和恢复自然生态系统——尤其是海带森林——的重要性。

野生海带森林的价值不仅在于它们锁定的碳。这一点在塔斯马尼亚岛体现得尤为明显:曾经遍布海岸线的巨藻中有95%已经随着海水的变暖而消失,当地渔民长期赖以为生的丰富的渔业资源也随之变成历史。但过去两年中,塔斯马尼亚大学海洋生态学家凯恩·莱顿(Cayne Layton)和克雷格·约翰逊(Craig Johnson)一直在尝试通过繁育在海水变暖中幸存下来的海带种群来恢复这些曾经规模巨大的森林往日的规模。

dying kelp
白化死亡的海带。图片来源:Karen Filbee-Dexter

莱顿和约翰逊相信这些种群对于海水变暖有更强的适应能力。于是,他们在2019年开始培养幸存海带植株的生殖组织,并以此培育出海带幼株。2020年,他们将这些幼株植入了塔斯马尼亚沿海几处100平方米大小的海面上。三个测试点中,有两个测试点的幼株成功存活。如今,在实验开始10个月后,莱顿和约翰逊的设想得到了证实。莱顿表示,两个成功的测试点上已经有数百株海带茂盛地生长着。“或许最令人感到鼓舞的便是,尽管目前的海水温度比发生拉尼娜现象的夏天平均海水温度还要高,但我们的‘超级海带’似乎完全可以承受温水的考验,状况良好、呈现出漂亮的深色,没有发现白化或者坏死,”他说。“天然的巨藻如果在这样的水温中,状态会变得很差、发生白化,并且看上去蔫头耷脑。”

尽管日本等国有着悠久的海藻养殖历史,但莱顿认为这可能是人类第一次出于应对气候变化的目的进行海带培育。他们的发现可能为其他恢复项目提供帮助,并可能为未来因气候变化而减产的海藻养殖户提供解决方案。“我们的实验已经证明了利用选择性培育提升海藻恢复项目抵抗未来风险的潜力,”莱顿表示。

涵养与保护

但气候变化并非海带面临的唯一威胁。很多海带林都会受到以海带为食的海胆的攻击,而随着海獭等天敌的减少,海胆的数量日益增加。在美国加州的南岸,一个名为“海湾基金会”(Bay Foundation)的地方非政府组织采取了一种简单而有效的方法应对这一威胁——他们与徒手捕捞海胆的渔民合作,成功地恢复了23公顷褐藻林的昔日的面貌。日本北海道也通过这种简单的方式,利用潜水志愿者项目,成功恢复了沿岸的数公顷海带林。而挪威则通过再次引入海獭,帮助海带重新扎下根来。

海带的益处
制图: Ricardo Macía Lalinde / 中外对话海洋

也有人尝试从另外一个角度推进褐藻保护:不是恢复原来的海藻林,而是从零开始创造新的海藻林。在中国,吴嘉平教授参与的一个项目试图沿着海岸线建立150个浮动“海洋牧场”,非营利性地培育包括海带在内的多种海藻。“海藻的恢复主要是出于生态保护的目的。海洋牧场不会进行收割,”吴教授说。他还解释说,最终的目标是将这些能够固碳、支持生物多样性的“救生船”纳入中国的气候应对方案。“我们正想尽各种办法捕捉碳。”

当然,碳封存并非海带提供的唯一的生态系统服务。但菲尔比-德克斯特认为,如果我们能开发出更成熟的方式,对野生海带的固碳潜能进行测量,那么就可以帮助这些生态系统获得它们所需要的保护。现在,她正与同事们一起建立模型,以准确地标定大型褐藻脱离岩石后最终会落在海洋中的什么地方,进而尝试可靠地描述单片海带林可以锁定的碳量。“如果我们不考虑生态系统服务,那么人们往往就会缺乏恢复和保护这些生态系统的动力,对它们的命运也缺乏关心,”她说。

与此同时,一些微弱但是积极迹象表明,海带正在受到更多的保护。2012年澳大利亚给予巨藻林以濒危状态认定——这是世界上首次认定大型海藻为濒危物种。今年早些时候,美国总统乔·拜登签署的一项应对气候变化的行政命令中提到将保护和恢复野生大型海带林作为优先任务。目前,昆士兰大学的研究人员正在开展一项开创性项目,为地球上的海带森林分布绘制全面的地图,以便我们它们在何处,以及海洋保护区应该划在何处才能更好地保护这些生态系统。

“有很多面积很大的海带森林完全没有得到任何保护、监测,甚至没有任何人见过。从全球层面上来讲,我们对于海带森林的了解远逊于我们对于陆上森林的认识,”菲尔比-德克斯特说。但是事情正在发生变化。她说,研究界有一种观点认为“不应该再把海带森林称为‘海带床’(kelp beds)了”,因为这种说法极大地弱化了这些生态系统对我们海洋的重大意义。

换言之,是时候恰如其分地看待海藻及其体型庞大的吉祥物——海带了。它们就是海中的雨林。

翻译:子明