CN114128660A

CN114128660A - 一种人工生物礁体及其应用

Info

Publication number: CN114128660A
Application number: CN202111290154.5A
Authority: CN
Inventors: 阿姆鲁·阿卜杜勒哈米德·阿卜杜勒加瓦德; 蔡榕硕; 徐长安; 哈拉·福阿德·默罕穆德; 郭海峡
Original assignee: Third Institute of Oceanography MNR
Current assignee: Third Institute of Oceanography MNR
Priority date: 2021-11-02
Filing date: 2021-11-02
Publication date: 2022-03-04
Anticipated expiration: 2041-11-02
Also published as: CN114128660B

Abstract

本发明公开了一种人工生物礁体及其应用，该人工生物礁体包括水泥材质礁体，所述水泥材质礁体内混合有海藻提取物。该人工生物礁体通过在水泥材质内混合海藻提取物，海藻提取物种的生物活性物质例如糖脂、甘油脂和多糖生物活性化合物等有利于珊瑚幼体附着及栖息在该人工生物礁体上，从而可对海洋环境中的受损珊瑚礁生态系统进行修复，恢复、加强、提升受损海洋栖息地的动植物群和渔业资源。

Description

一种人工生物礁体及其应用

技术领域

本发明涉及珊瑚礁生态修复技术领域，具体涉及一种人工生物礁体及其应用。

背景技术

珊瑚礁是地球上最受威胁的热带海洋生态系统之一。众所周知，世界各地的珊瑚礁在过去几十年中经历了巨大的变化。各种形式(自然和人为)的干扰正在改变珊瑚礁生态系统群落的结构和功能。其影响因子包括海洋变暖和酸化、台风、破坏性捕捞和过度捕捞、营养负荷、超高、低温应激、各种形式的污染、珊瑚开采、游客和潜水员的践踏和船锚等。

南海及其岛屿近岸的珊瑚礁生态系统在海洋生态系统和社会可持续发展中发挥着重要作用，因此迫切需要保护这一重要资源。通过实施基于科学的管理和恢复计划，可以减少或避免许多人为原因的破坏，并修复受损的珊瑚礁生态系统。

在世界不同地区进行的类似修复计划和实验表明，在建造人工礁时使用的主要是混凝土(水泥)。此外，最近的其他实验表明，一些海藻以化学方式介导了珊瑚的繁殖和生存行为。目前采用的一些人工礁，如，珊瑚礁穹顶模型：通过在混合物中添加一些碳酸钙对结构进行强化，并增加珊瑚幼虫的吸引率和定居率。珊瑚礁球模型：利用pH值约为8.3的普通水泥制成，其类似于海水的pH值，并通过软管用水重力冲洗模型，使表面粗糙，再将这些模型放在海里，等待随着水流漂浮的幼体珊瑚附着在模型粗糙的表面上。电沉积扩展钢网：在水下固定镀锌钢网下，并将其连接到弱直流电流(约12伏，来自带有电池板的光伏电池)，同时应用两个漂浮的电极(一个阴极和一个阳极)漂浮在现场，对溶解于水中的盐进行电解，钙沉积于阴极，作为生物体和珊瑚礁幼虫生长的基质。

然而，上述的实验大都只能吸引一到两种珊瑚物种。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种人工生物礁体及其应用。该人工生物礁体可富集多种珊瑚物种，从而可以修复受损的珊瑚礁生态系统。

为了实现上述目的，本发明的实施例在第一方面提出了一种人工生物礁体，包括水泥材质礁体，所述水泥材质礁体内混合有海藻提取物。

根据本发明实施例的一种人工生物礁体，通过在水泥材质内混合海藻提取物，海藻提取物种的生物活性物质例如糖脂、甘油脂和多糖生物活性化合物等有利于珊瑚幼体附着及栖息在该人工生物礁体上，从而可对海洋环境中的受损珊瑚礁进行修复，并可以恢复、加强、提升受损海洋栖息地的动植物群和渔业资源。

可选地，所述人工生物礁体呈类锥形，类锥形内部中空，且其顶部具有与内部中空连通的第一通孔，类锥形的侧壁上具有多个与内部中空连通的第二通孔。

可选地，所述人工生物礁体的壁厚为10cm，所述第一通孔的直径为35cm，所述第二通孔的直径为30cm。

可选地，所述人工生物礁体的高度为1.1m，所述人工生物礁体的底部直径为1.2m。

可选地，所述人工生物礁体的侧壁设有玻璃纤维结构框架。

可选地，所述海藻提取物的制备包括以下步骤：

(1)将干海藻研磨成粉末，再使用3～6倍的冷水对粉末进行超声波提取以破坏藻类细胞，得到海藻水溶液；

(2)使用3～5L甲醇、1～3L氯仿、1～2L蒸馏水按4:2:1的比例与所述海藻水溶液提取48h，再使用旋转蒸发器在50～70℃下冷凝8h，制得体积减少到2L的混合物；

(3)取70～120mL的二氯甲烷与所述的混合物混合，得到海藻提取物。

进一步地，步骤(1)中，超声提取的时间为20～60min，提取温度不超过80℃，超声功率为800～1000W。

可选地，所述水泥与所述海藻提取物的料液比为10mL:1kg。

本发明的实施例在第二方面提供了上述人工生物礁体的应用，所述应用为用于珊瑚礁生态修复或是水族馆研究。

根据本发明实施例的应用，通过在水泥材质内混合海藻提取物，海藻提取物种的生物活性物质例如糖脂、甘油脂和多糖生物活性化合物等有利于珊瑚幼体附着及栖息在该人工生物礁体上，从而可对海洋环境中的受损珊瑚礁进行修复，恢复、加强、提升受损海洋栖息地的动植物群和渔业资源。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为根据本发明实施例的人工生物礁体的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的人工生物礁体上珊瑚幼体定居之前的生物群落演替情况；

图3为根据本发明实施例的人工生物礁体上珊瑚幼体定居后的生物群落情况；

图4为根据本发明实施例的A、B、C三个地点的人工生物礁体的珊瑚群落的分布情况；

图5为根据本发明实施例的A、B、C三个地点的人工生物礁体的珊瑚群落的分布的平均值；

图6为根据本发明实施例的人工生物礁体上珊瑚附着的情况；

图7为根据本发明实施例的对照组的人工生物礁体上的珊瑚附着情况。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，本发明提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤；还应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

为了更好的理解上述技术方案，下面更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明采用的试材皆为普通市售品，皆可于市场购得。

以下实施例中要恢复的受损珊瑚礁场地位于广西涠洲岛近岸海域。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

海藻提取物的制备：

使用研磨机将12kg干海藻研磨成粒径小于0.5mm的粉末；再使用5倍的冷水对粉末进行超声波提取以破坏藻类细胞，得到海藻水溶液。其中，超声提取时间40min，提取温度不超过66℃，超声功率为800～1000W。其中，海藻可以是叉分粘滑藻(Sebdenia_flabellata)、松节藻(Rhodomela_confervoides)、红藻(Sonderella_linearis、Rhodymeniales_sp._GVF-2016a、Bulboplastis_apyrenoidosa、Glaucosphaera_vacuolata、Corynoplastis_japonica、Bangiopsis_subsimplex)、鸭毛藻(Symphyocladia_dendroidea、Symphyocladia_latiuscula)、多管藻(Tolypiocladia_glomerulata)、松节藻(Vertebrata_australis、Vertebrata_isogona、Vertebrata_lanosa)、篮子藻(Spyridia_filamentosa)、红皮藻(Rhodymenia_pseudopalmata)、火色杆菌科(Flammeovirgaceaesp.)、孢石藻属(Sporolithon_durum、Sporolithon sp.)、红索藻(Thorea_hispida)、柱丝藻(Stylonema_alsidii)、石枝藻(Lithothamnion_sp.、Lithophyllum margarilae)、中叶藻(Mesophyllum_expansum、Mesophyllum expansum)、水石藻(Hydrolithon sp.)、南极红藻(Plocamium_cartilagineum)、腔炼藻(Coeloseira_compressa)、粘毛藻(Gloiocladia_fryeana)、海葡萄(Botryocladia_pseudodichotoma)、扁节藻(Bossiella_mayae)、粗珊藻(Calliarthron_tuberculosum)、珊瑚藻(Corallina_officinalis)、新角石藻(Neogoniolithon_spectabile)、孔石藻(Porolithon_onkodes)、珊瑚藻目(Corallinales_sp._AC-2018a)、细毛石花菜(Gelidium_crinale)、石花菜(Gelidium_elegans、Gelidium_gabrielsonii)、鸡毛菜(Pterocladia_mexicana)、翼枝菜(Pterocladiella_media)、杉藻(Catenellopsis_oligarthra)、皮生藻(Choreocolax_polysiphoniae)、蠕虫叉红藻(Furcellaria_lumbricalis)、角叉菜(Chondrus_crispus)、巢沙菜(Hypnea_pannosa)、麒麟菜(Eucheuma_denticulatum)、长心卡帕藻(Kappaphycus_alvarezii)、江蓠(Gracilaria_caudata)、帚状江蓠(Gracilaria_edulis)、红色热曲杆菌(Thermoflexibacter_ruber)、豆形杆菌(Fabibacter_misakiensis)、太平洋豆形杆菌(Fabibacter_pacificus)、火色杆菌(Flammeovirgaceae_bacterium_311)中的一种。

使用4L甲醇、2L氯仿和1L蒸馏水与8L海藻水溶液提取48h，再使用旋转蒸发器在60℃下冷凝约8h，制得体积减少到2L的混合物。

取100mL的二氯甲烷DCM与上述2L的混合物混合，得到海藻提取物，其中，海藻提取物中含有多糖、多肽、糖脂和甘油脂等生物活性化合物。

实施例2

人工生物礁体的建造：

将实施例1获得的海藻提取物与特种水泥(其中，特种水泥是海水环境使用的水泥，型号为ME01)混合，建造出类锥形的如图1所示的人工生物礁体。

具体地，取50mL的海藻提取物与5公斤的水泥混合，加2000mL水形成泥浆。利用玻璃纤维制造出类锥形的模具，然后将泥浆覆盖在玻璃纤维上，制得人工生物礁体。其中，该人工生物礁的高度约1.1m，锥底面的直径约1.2m，壁厚10cm，锥顶敞开形成第一通孔，第一通孔的直径为35cm，锥壁上设有多个第二通孔，第二通孔的数量设置为5～7个，第二通孔的直径为30cm。

试验例

将实施例2制得的人工生物礁体(实验组)运输并安装到选定的地点，其中，将不含海藻提取物的特种水泥制得的生物礁体作为对照组1，将不含海藻提取物的普通水泥(水泥的型号为325或425)制得的人工生物礁体作为对照组2。

安装时，将人工生物礁体由船运输，潜水员在水下安装起重机，由起重机将人工生物礁体安装到选定的地点。

三个地点的具体位置以及安装人工礁体的数量如表1所示：

表1：

采用拍照样方技术(English等人，1997年)对涠洲岛周围3个地点的人工生物礁体进行系统监测。

监测结果如下：

安装3个月后，珊瑚幼体附着之前，人工生物礁体表面生物群落生长情况监测结果如图2所示，图2是A、B、C三个地点的每一种生物礁体上生长着不同的海洋生物物种。

安装7个月后，人工生物礁体(实验组)表面珊瑚幼体附着、富集周边生物、鱼类情况如图3所示，其中，图3a显示人工礁具有新增加鱼类和群落的作用；图3b显示人工礁附着了Platygyra和Favia species两种珊瑚；图3c显示了人工礁附着了Porites珊瑚；图3d显示了人工礁附着了Alveopora珊瑚。并且，6个月试验期间三个地点的不同礁体表面上分布的珊瑚数量如图4所示，其平均值如图5所示。在图4、图5中所示的(1)with ABAM、(0)control)和(-1)Normal Cement)的统计结果分别对应实验组(人工生物礁)和对照组1(人工特种水泥礁)、对照组2(人工普通水泥礁)。

在图4中，实验组(1)人工礁上新的珊瑚补充群落最多，地点C上的人工生物礁体(实验组)上的珊瑚幼虫的数量为153，14(平均)/礁体(m²)±4.6，也即每平方有平均14个的珊瑚幼虫；在地点C上，人工礁体(特种水泥，对照组1)上分布有6个珊瑚幼虫，6(平均)/礁体(m²)。因此，相对于对照组1和对照组2，实验组的人工生物礁体可附着多种珊瑚幼虫，对受损珊瑚礁生态系统有修复作用。

在图5中，试验记录期间，分布最多的新珊瑚幼虫是在地点C上的礁体(实验组)上，14(平均)/礁体(m²)±4.6，接着是在地点A上的礁体(实验组)上，8(平均)/礁体(m²)±2.3，最少的是在地点B的礁体1(实验组)上，6(平均)/礁体(m²)±2.9，说明三个地点之间的吸引的珊瑚幼虫的数量是有差异的。

在图6中，图6a是人工礁安装7个月后，人工生物礁上附着并生长中的珊瑚Faviasp.幼虫，图6b为人工生物礁上附着并生长中的珊瑚Platygyra sp幼虫，图6c为人工生物礁上附着并生长中的的珊瑚形态，未鉴别到种，图6d为钙资源。

图7是人工礁安装7个月后，普通水泥人工礁(对照组2)和特种水泥人工礁(对照组1)的珊瑚幼体附着、富集情况，其中，图7a是褐藻覆盖了的普通水泥人工礁(对照组2)，图7b和c是普通人工水泥礁上被褐藻覆盖的未存活珊瑚幼虫(对照组2)，图7d是特种水泥人工礁上受褐藻影响的珊瑚幼虫(对照组1)。

与人工生物礁(图6)对比，图7中对照组1和对照组2富集的珊瑚群落极少，并且对照组2上的大部分珊瑚幼虫都直接死亡。

综上，根据本发明实施例制得的人工生物礁体可富集多种珊瑚物种，对受损珊瑚礁有生态修复作用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种人工生物礁体，包括水泥材质礁体，其特征在于，所述水泥材质礁体内混合有海藻提取物。

2.如权利要求1所述的人工生物礁体，其特征在于，所述人工生物礁体呈类锥形，类锥形内部中空，且其顶部具有与内部中空连通的第一通孔，类锥形的侧壁上具有多个与内部中空连通的第二通孔。

3.如权利要求2所述的人工生物礁体，其特征在于，所述人工生物礁体的壁厚为10cm，所述第一通孔的直径为35cm，所述第二通孔的直径为30cm。

4.如权利要求2所述的人工生物礁体，其特征在于，所述人工生物礁体的高度为1.1m，所述人工生物礁体的底部直径为1.2m。

5.如权利要求1所述的人工生物礁体，其特征在于，所述人工生物礁体的侧壁设有玻璃纤维结构框架。

6.如权利要求1所述的人工生物礁体，其特征在于，所述海藻提取物的制备包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的人工生物礁体，其特征在于，步骤(1)中，超声提取的时间为20～60min，提取温度不超过80℃，超声功率为800～1000W。

8.如权利要求1所述的人工生物礁体，其特征在于，所述水泥与所述海藻提取物的料液比为10mL:1kg。

9.如权利要求1-8中任一项所述的人工生物礁体的应用，其特征在于，所述人工生物礁体用于珊瑚礁生态修复或是水族馆的使用和研究。