一种可扩展的“固定嫁接”方法，用于重新种植受威胁的巨型海藻林

《Restoration Ecology》：A scalable “holdfast-graft” method for reseeding threatened giant kelp forests

全球生态系统退化催生紧急修复需求，东塔斯马尼亚大巨藻森林近十年锐减95%，其复苏因孢子供应不足受限。本研究提出“持根嫁接”技术，利用其他海藻（如Ecklonia radiata、Phyllospora comosa）的持根结构固定人工培育的巨藻孢子体。实验显示，此方法使孢子体附着率较直接固定岩石或绿砾提升40倍，且经过改进后部署效率提高70%，适用于大规模海藻森林重建。

　　全球自然生态系统的退化正在加剧，迫切需要采取行动以遏制其损失，并在可能的情况下探索可扩展的恢复机会。巨藻森林，特别是由巨藻（*Macrocystis pyrifera*）形成的生态系统，近年来在塔斯马尼亚东部经历了显著的衰退，其恢复受到繁殖体供应不足的限制。为了应对这一挑战，科学家们自1990年代起尝试直接干预以恢复巨藻，但由于方法和物流上的限制，这些努力难以大规模推广。因此，寻找一种高效且可扩展的恢复方法成为当前研究的重要目标。

本研究提出了一种名为“基部嫁接法”（holdfast-graft）的在地方法，用于在自然岩石礁上大规模重新种植巨藻。该方法受到陆地维管植物嫁接技术的启发，通过将巨藻的幼体（孢子体）与另一种常见海藻的基部（holdfast）连接，从而实现快速的恢复。这一过程并不涉及两种植物的融合，而是利用其他海藻的基部作为支撑点，为巨藻提供附着的场所。通过比较不同附着方式对巨藻幼体固定效果的影响，研究发现将种子线缠绕在其他海藻的基部上，能够显著提高巨藻孢子体的附着率，相较于直接缠绕在岩石或使用“绿色砾石”（即在砾石上播种的繁殖体）的方法，效果更为明显。

研究团队在塔斯马尼亚的福特斯克湾进行了实验，将巨藻孢子体播种在直径约1毫米的海藻培养线（seaweed aquaculture twine）上，并将其缠绕在岩石或基部结构上。实验中，每块实验区域使用约144米的种子线，总共有约86,400个巨藻孢子体被部署。然而，直接将种子线缠绕在岩石上的方法效果有限，部分孢子体在海浪作用下被冲走。相比之下，当种子线缠绕在其他海藻的基部时，巨藻孢子体的附着率大幅提高，达到40倍以上。这一发现为巨藻的恢复提供了关键的突破。

在实验过程中，研究团队还发现，巨藻孢子体的附着方式对其生长至关重要。当孢子体通过其根状结构（haptera）附着到礁石表面时，能够更有效地扎根并生长。此外，不同深度对巨藻的附着和生长也产生了影响。在2米、5米、8米和12米深度的礁石上，巨藻的附着密度和生长速度均表现出显著差异。在较深的水域中，巨藻的生长更为稳定，而浅水区域则面临更大的环境压力。因此，选择合适的附着点对于巨藻的恢复至关重要。

随着实验的推进，研究团队对“基部嫁接法”进行了进一步优化。最初，每块实验区域需要部署约6米的种子线，经过改进后，将种子线长度缩短至60厘米，以适应个体基部的附着需求。这种优化不仅提高了操作的便捷性，还显著降低了材料成本，同时保持了孢子体的附着密度。通过这种方式，每块实验区域仅需约1.8米的种子线，但能够实现与之前相似的附着效果。此外，团队还引入了“臂式卷线器”（arm spool）和陶瓷切割器（ceramic line cutter），使潜水员在实地操作中更加高效。这些工具的使用减少了重复取放线材的时间，提高了整体操作效率。

在实验过程中，团队还观察到一些影响附着效果的关键因素。例如，如果线材缠绕过松，或者在附着过程中操作不当，可能会导致孢子体脱落。此外，如果使用的是已经分解的基部结构，幼体的根状结构可能无法有效固定，从而影响其生长。因此，在选择基部结构时，需要确保其具备足够的稳定性和结构完整性，以支持巨藻的生长。同时，团队还发现，巨藻的根状结构在附着后会逐渐覆盖基部，形成更牢固的连接，从而增强其在礁石上的固定能力。

实验结果表明，使用“基部嫁接法”不仅能显著提高巨藻孢子体的附着率，还能促进其快速生长。在6个月后，附着在基部上的巨藻幼体高度达到了1米，而在9个月时，部分个体已经发育出生殖结构（sporophylls），表明其具备繁殖能力。这一进展为巨藻的长期恢复提供了希望，因为一旦形成稳定的种群，它们可以自行繁殖并扩展到更大的区域。此外，团队还观察到，一些巨藻幼体在附着后会逐渐向水面生长，形成漂浮的气囊（pneumatocysts），这有助于其在浅水区域的扩展。

在实际应用中，该方法已被用于多个沿海站点的恢复试验，并在部分区域实现了大规模部署。通过与环保组织、志愿潜水项目以及渔业行业的合作，研究人员和潜水员共同参与了巨藻的恢复工作。这种方法不仅提高了恢复效率，还增强了公众对海洋生态保护的参与感。例如，一些潜水员在接受培训后，能够在短时间内完成大量基部嫁接操作，从而加快恢复进程。

然而，尽管“基部嫁接法”在许多情况下表现出色，但其适用性仍受到一定限制。该方法依赖于其他海藻的基部结构，因此在缺乏这些结构的区域可能无法直接应用。但在这些区域，团队发现将种子线直接缠绕在岩石上仍能实现一定的恢复效果，尽管附着率和生长速度不如基部嫁接法。因此，研究团队提出了一种两步恢复策略：首先通过清除海胆等过度啃食者，恢复其他海藻的种群，然后再利用“基部嫁接法”进行巨藻的重新种植。这种方法在某些地区已经取得了初步成功，为未来的大规模恢复提供了可行的路径。

总体而言，这项研究不仅展示了“基部嫁接法”在恢复巨藻森林方面的有效性，还为其他海藻物种的恢复提供了借鉴。通过将实验室培育的幼体与自然基部结构相结合，这种方法能够在不破坏原有生态系统的情况下，实现快速且可持续的恢复。此外，该方法的推广也依赖于社区和行业的支持，包括潜水员的培训、公众的参与以及政策的推动。只有通过多方合作，才能确保巨藻森林的长期恢复和生态系统的稳定。

研究团队还强调，恢复工作需要持续的关注和投入。虽然“基部嫁接法”能够显著提高巨藻的附着率和生长速度，但要实现整个森林的恢复，还需要长期的监测和管理。例如，在某些区域，即使使用了这种方法，巨藻的生长仍可能受到环境变化、人为干扰或其他生物因素的影响。因此，恢复工作的成功不仅取决于技术的先进性，还依赖于对生态系统的整体理解以及对恢复过程的科学管理。

此外，研究团队还提出了一些未来的研究方向。例如，进一步优化种子线的材料和设计，以提高其耐用性和附着能力。同时，探索不同海藻基部结构对巨藻附着的影响，以确定最适合的嫁接对象。此外，还需要研究不同环境条件（如水温、光照、流速等）对巨藻生长和繁殖的影响，以确保恢复工作的科学性和可持续性。

在实际应用中，该方法的推广还需要克服一些挑战。例如，如何在大规模恢复过程中保持操作的一致性和效率，如何确保孢子体的存活率，以及如何评估恢复效果。这些问题需要通过更多的实验和长期监测来解决。同时，还需要考虑经济和社会因素，例如恢复工作的成本、社区的接受度以及政策的支持力度。

综上所述，这项研究为巨藻森林的恢复提供了一种创新且高效的方法。通过将实验室培育的幼体与自然基部结构相结合，科学家们成功实现了巨藻的大规模种植，并在实际操作中验证了其有效性。这一方法不仅为海洋生态系统的恢复提供了新的思路，也为其他海洋植物的恢复提供了借鉴。未来，随着技术的进一步优化和合作的不断加强，巨藻森林的恢复工作有望取得更大的进展，为全球海洋生态系统的保护和修复做出重要贡献。