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人工生態組件可提升香港等地的海堤生物多樣性

City University of Hong Kong

Research News

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IMAGE: 研究人員將人工生態磚塊組件安裝在香港屯門樂安排的海牆上進行測試。 view more 

Credit: 香港城市大學

一項由香港城市大學(香港城大)海洋生態學家團隊帶領的聯合研究顯示,人工生態組件能夠增加香港海堤的生境複雜程度,因此有效提升生物多樣性。該項在香港進行的考察實際上是一個環球研究項目的一部分,目的是探究在人造海洋構建物上,生境複雜程度與海洋生物多樣性之間的關係。

近期加入了香港城大、新任海洋污染國家重點實驗室主任兼環境毒理及化學講座教授梁美儀教授,帶領來自香港大學以及英國、澳洲和新加坡的大學的研究團隊,合作在香港進行實驗。他們早前將研究成果以〈提供庇護棲地及種植本土雙殼貝類可提高垂直海堤的生物多樣性〉(Provision of refugia and seeding with native bivalves can enhance biodiversity on vertical seawalls)為題,在科學期刊《海洋污染通報》(《Marine Pollution Bulletin 》)上發表。

沿海發展和填海令全球的直立人工海堤大量增加,以保護海岸線免受海浪衝擊、侵蝕和水浸。不過,人工海堤表面平滑,缺乏天然海岸凹凸不平的複雜性,而且退潮時會因曝露於空氣中而變得極高溫,令許多潮間帶的海洋生物,包括屬濾食性動物、有助改善水質的牡蠣(即俗稱蠔),均難以棲息,導致人工海堤缺乏生物多樣性,因而削弱了海岸生態系統。

為了解決上述問題,悉尼海洋科學研究所發起了「世界海港項目」(World Harbour Project),而梁教授的研究正是該國際協作項目的一部分。他帶領研究人員,在香港測試人工生態磚塊組件(eco-engineered tiles)如何影響沿海生物多樣性。那些試驗組件是專為「世界海港項目」而特製,結合了「生態」和「工程」的原理,磚塊表面粗糙,並布有坑紋和溝槽。研究團隊將這些坑紋深度不同的組件,安裝在香港大嶼山深水角和屯門樂安排的海牆上進行測試。

結合「生態」和「工程」的原理

研究數據顯示,有坑紋的生態磚塊相對於比較平滑的海牆甚至是沒有坑紋的磚塊,在12個月之後承載了更多的物種和更多動物。與沒有坑紋的磚塊相比,有坑紋的生態磚塊上物種數量增加了19%至51%,而動物數量就增加了59%至416%。這些結果顯示,組件的坑紋增加了表面的複雜程度,為動物提供遮蔭和庇護,同時降低棲息處的溫度。研究更發現,藏於深度為2.5厘米或5厘米的坑紋內的物種數量,足足是坑紋與坑紋間突出位置的接近三倍。海螺和帽貝等動物會棲息於較陰涼的坑紋內,令組件上的物種及動物數量都增加。

梁教授解釋,微藻或細菌等會在生態磚塊粗糙的表面上形成一層微生膜(biofilm),於是會吸引素食動物來覓食,繼而吸引以素食動物為食物的肉食動物於磚上棲息。同時,由於每塊磚均有罅隙及溝槽,為海洋生物提供微棲地;而罅隙及溝槽的陰暗部位於潮退和夏天時,可減低磚面的溫度,解決現有海堤過熱的問題,於潮漲時則可作保護,免海洋生物被捕獵者捕食。

梁教授說:「這個在香港進行的實驗,結果令人鼓舞,清楚顯示了透過生態工程能有效增加生境的複雜度,提升海堤的海洋生物多樣性。這種生態工程技術可以應用於香港及大灣區所有人工海堤,以提升生物多樣性。」

團隊又在其中一半的組件,預先放上本地石蠔僧帽牡蠣,然後才安裝在海堤上,以測試會否進一步提升海洋生物多樣性。他們發現,有坑紋兼預先放上活牡蠣的磚塊效果最好。與既沒有坑紋亦無預先放上活牡蠣的磚塊相比,有坑紋兼已放上活牡蠣的生態磚塊上物種數量增加了38%至76%,而動物數量更增加了120%至571%。12個月後,這些預先放上的牡蠣存活狀況良好,部分更成為了捕獵者的食物,促進了生態系統健康地運作;預先放上牡蠣的組件更加孕育出新的牡蠣,而且多見於組件的坑紋內。

梁教授在香港土木工程拓展署的支持下,現於馬料水、西貢和屯門垂直的海牆和斜式的防波堤對多款人工生態組件(如:磚塊、板塊、潮汐池、鎧裝組件和牡蠣殼籃)進行試驗。他相信生態工程技術的應用潛力巨大,可以在香港、以至國際上減緩人工海堤帶來的負面影響。

生境複雜度對生物多樣性影響因地而異

除了在香港,「世界海港項目」的國際專家團隊亦把同款的生態磚安裝在全球另外13個地方、包括倫敦、悉尼和三藩市的海堤上,進行一年的實驗。

他們發現,受惠於生境複雜度的增加,全數地方的生態工程組件上,海洋無脊椎動物的生物多樣性均有不同程度的提升。在低緯度或熱帶的地區,生境的複雜程度對總物種數量和可移動的軟體動物(例如腹足動物以及帽貝)數量的影響最大;而在高緯度或亞熱帶地區,生境複雜程度對固着(sessile,即依附於某固定位置生長)無脊椎動物,例如牡蠣、藤壺和青口的覆蓋率影響更大。

值得留意的是,研究發現生境複雜度對個別生物數量的影響,會因為潮位(tidal elevation)和緯度等因素而有所不同,部分地方有極為正面的影響,有些地方並無特別效果,而有地方甚至出現反效果。梁教授進一步說:「這反映為了將生態工程的效益發揮到最大,我們仍需深入了解生境複雜度在不同海域對生物多樣性的影響,會如何按特定地點的環境和生物因素而改變。」

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梁教授和現為香港城大海洋污染國家重點實驗室副研究員的Juan C. Astudillo博士是Marine Pollution Bulletin論文的通訊作者。四位第一作者均來自香港大學,其他共同作者則來自史雲斯大學(Swansea University)、塔斯曼尼亞大學、新南威爾士大學以及南洋理工大學。

而梁教授聯同其他45位國際專家共同就「世界海港項目」研究發表的論文題為〈關於在海洋設置人工生態組件複雜性與生物多樣性關係的全球研究分析〉(〈A global analysis of complexity–biodiversity relationships on marine artificial structures〉),已刊於科學期刊《全球生態和生物地理》(Global Ecology and Biogeography)。

Link to English release: https://www.cityu.edu.hk/research/stories/2020/11/06/eco-engineered-tiles-enhance-marine-biodiversity-seawalls-hong-kong-and-beyond

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