Луг морских трав или заросли морских водорослей — это подводная экосистема, образованная морскими травами. Морские травы — морские (солеводные) растения, встречающиеся на мелководье в прибрежных водах и в солоноватых водах эстуариев . Морские травы — это цветущие растения со стеблями и длинными зелеными, похожими на траву листьями. Они производят семена и пыльцу, имеют корни и корневища , которые закрепляются в песке морского дна.
Морские травы образуют густые подводные луга , которые являются одними из самых продуктивных экосистем в мире. Они обеспечивают среду обитания и пищу для разнообразных морских обитателей , сравнимых с разнообразием коралловых рифов . Сюда входят беспозвоночные, такие как креветки и крабы , треска и камбала , морские млекопитающие и птицы. Они предоставляют убежище исчезающим видам, таким как морские коньки , черепахи и дюгони . Они служат местом нагула креветок, морских гребешков и многих промысловых видов рыб. Луга из морских водорослей обеспечивают защиту от прибрежных штормов, поскольку их листья поглощают энергию волн, ударяющихся о берег. Они сохраняют здоровье прибрежных вод, поглощая бактерии и питательные вещества, и замедляют скорость изменения климата , связывая углекислый газ с отложениями на дне океана.
Морские травы произошли от морских водорослей, которые колонизировали сушу и стали наземными растениями, а затем вернулись в океан около 100 миллионов лет назад. Однако сегодня луга с морской травой наносят ущерб в результате деятельности человека, такой как загрязнение стоками с земель, рыболовные лодки, которые тащат по лугам земснаряды или тралы, выкорчевывая траву, и чрезмерный вылов рыбы, который нарушает баланс экосистемы. Луга с водорослями в настоящее время уничтожаются со скоростью около двух футбольных полей в час.
Морские травы — это цветковые растения (покрытосеменные), которые растут в морской среде. Они произошли от наземных растений , которые мигрировали обратно в океан примерно 75–100 миллионов лет назад. [1] [2] В наши дни они занимают морское дно в мелких и защищенных прибрежных водах, закрепившись на песчаном или илистом дне. [3]
Известны четыре линии морских трав [4] , содержащие сравнительно мало видов (все относятся к одному отряду однодольных ). Они занимают мелководную среду на всех континентах, кроме Антарктиды: [5] их распространение также распространяется на открытое море, например, на Маскаренское плато .
Морские травы образованы полифилетической группой однодольных (отряд Alismatales ), которая повторно заселила морскую среду около 80 миллионов лет назад. [4] Морские травы являются видами, формирующими среду обитания, поскольку они являются источником пищи и укрытием для широкого спектра рыб и беспозвоночных, а также выполняют соответствующие экосистемные функции . [6] [7]
Существует около 60 видов полностью морских морских трав, принадлежащих к четырем семействам ( Posidoniaceae , Zosteraceae , Hydrocharitaceae и Cymodoceaceae ), все они относятся к порядку Alismatales (классу однодольных). [8] Заросли морских трав или луга могут состоять как из одного вида ( моновидовые ), так и из смешанного. В районах с умеренным климатом обычно доминируют один или несколько видов (например, угри Zostera marina в Северной Атлантике), тогда как тропические заросли обычно более разнообразны: на Филиппинах зарегистрировано до тринадцати видов . Как и все автотрофные растения, морские травы фотосинтезируют в подводной фотозоне . Большинство видов подвергаются подводному опылению и завершают свой жизненный цикл под водой. [9]
Луга с водорослями встречаются на глубине до 50 м, в зависимости от качества воды и наличия света. [10] Эти луга с водорослями представляют собой высокопродуктивную среду обитания, которая обеспечивает множество экосистемных услуг , включая защиту побережья от штормов и больших волн, стабилизацию отложений, обеспечение безопасной среды обитания для других видов и поощрение биоразнообразия , улучшение качества воды и связывание углерода и питательных веществ. [11] [3]
Луга с водорослями иногда называют морскими прериями . Это разнообразные и продуктивные экосистемы, укрывающие и укрывающие виды всех типов , такие как молодь и взрослые рыбы , эпифитные и свободноживущие макроводоросли и микроводоросли , моллюски , щетинистые черви и нематоды . Первоначально считалось, что лишь немногие виды питаются непосредственно листьями морских водорослей (отчасти из-за их низкого содержания питательных веществ), но научные обзоры и усовершенствованные методы работы показали, что травоядные водоросли являются важным звеном в пищевой цепи, кормящим сотни видов, включая зеленых черепах. , дюгони , ламантины , рыбы, гуси , лебеди , морские ежи и крабы . Некоторые виды рыб, посещающие морские травы или питающиеся ими, выращивают молодь в соседних мангровых зарослях или коралловых рифах . [9]
Луга с морскими водорослями представляют собой богатые биоразнообразные экосистемы, которые встречаются по всему миру, как в тропических, так и в морях с умеренным климатом. [14] Они содержат сложные пищевые сети, которые обеспечивают трофическую субсидию видам и средам обитания, выходящим далеко за пределы их распространения. [15] Учитывая широкое разнообразие источников пищи, обеспечиваемых этой продуктивной средой обитания, неудивительно, что луга с водорослями поддерживают столь же широкий спектр травоядных и хищников. Однако, несмотря на свою важность для поддержания биоразнообразия и многих других экосистемных услуг, [16] глобальное распространение морских водорослей представляет собой лишь малую часть того, что существовало исторически. [17] [18] Недавние оценки из тех источников, где существуют записи, показывают, что по крайней мере 20% морских водорослей в мире было потеряно. [18] Морские травы также оказывают другие услуги в прибрежной зоне, такие как предотвращение прибрежной эрозии, хранение и улавливание углерода [19] и фильтрация водной толщи. [20] [21]
Истинные последствия такого упадка на уровне экосистемы и выгоды, которые можно получить за счет восстановления среды обитания, плохо изучены. Учитывая относительно высокие затраты на восстановление морской среды обитания на единицу площади, [22] обоснование такой работы требует тщательного изучения преимуществ экосистемных услуг от создания такой новой среды обитания. [21]
Луга с водорослями встречаются в мелководных морях континентальных шельфов всех континентов, кроме Антарктиды. Континентальные шельфы — это подводные участки суши, окружающие каждый континент, образующие участки относительно мелкой воды, известные как шельфовые моря. [12] Травы обитают в районах с мягкими отложениями, которые находятся либо в приливной зоне (ежедневно не покрытой морской водой, по мере прилива и отлива), либо в сублиторальной зоне (всегда под водой). Они предпочитают защищенные места, такие как мелководные заливы, лагуны и устья рек (защищенные места, где реки впадают в море), где волны ограничены, а уровень света и питательных веществ высок.
Морские травы могут выжить на максимальной глубине около 60 метров. Однако это зависит от наличия света, поскольку, как и наземные растения, луга с водорослями нуждаются в солнечном свете для осуществления фотосинтеза . Приливы, воздействие волн, прозрачность воды и низкая соленость (малое количество соли в воде) определяют, где морские травы могут жить на мелкой кромке ближе к берегу; [23] Все эти вещи должны быть правильными для выживания и роста морских водорослей. [12]
Текущая зарегистрированная площадь морских водорослей составляет 177 000 км 2 (68 000 квадратных миль), но считается, что общая площадь занижена, поскольку многие районы с большими лугами из морских водорослей не были тщательно задокументированы. [10] Наиболее распространенные оценки составляют от 300 000 до 600 000 км 2 , из них до 4 320 000 км 2 подходящей среды обитания морских водорослей во всем мире. [24]
Луга с водорослями обеспечивают прибрежные зоны важными экосистемными товарами и услугами . Они улучшают качество воды , стабилизируя тяжелые металлы и другие токсичные загрязнители, а также очищая воду от избыточных питательных веществ, [25] [2] [1] и снижая уровень кислотности в прибрежных водах. [26] [27] Кроме того, поскольку морские травы являются подводными растениями, они производят значительное количество кислорода, который насыщает кислородом толщу воды. Их корневая система также способствует насыщению осадка кислородом, создавая благоприятную среду для обитающих в отложениях организмов . [28] Кроме того, сохранение лугов, заросших водорослями, способствует достижению 16 из 17 целей ООН в области устойчивого развития . [29]
Как показано на изображении выше слева, на листовых пластинках морских трав может расти множество эпифитов , а поверхность могут покрывать водоросли , диатомовые водоросли и бактериальные пленки. Траву поедают черепахи, травоядные рыбы-попугаи , рыбы-хирурги и морские ежи , а пленки на поверхности листьев служат источником пищи для многих мелких беспозвоночных . [30]
На луга также приходится более 10% общего объема запасов углерода в океане. На гектар они удерживают вдвое больше углекислого газа, чем тропические леса, и могут улавливать около 27 миллионов тонн CO 2 ежегодно. [31] Эта способность хранить углерод важна, поскольку уровень углерода в атмосфере продолжает расти.
Под синим углеродом понимается углекислый газ, удаляемый из атмосферы прибрежными морскими экосистемами мира , в основном мангровыми зарослями , солончаками , морскими травами и, возможно, макроводорослями , в результате роста растений, а также накопления и захоронения органических веществ в отложениях. [32] [33]
Хотя луга с водорослями занимают всего 0,1% площади дна океана, на их долю приходится 10–18% общего захоронения углерода океана. [34] В настоящее время глобальные луга с водорослями, по оценкам, хранят до 19,9 пг (петаграмм или гигатонн, что соответствует миллиарду тонн) органического углерода. [34] Углерод в основном накапливается в морских отложениях , которые являются бескислородными и, таким образом, постоянно сохраняют органический углерод на протяжении десятилетий-тысячелетий. Высокие скорости накопления, низкий уровень кислорода, низкая проводимость осадков и более медленные скорости микробного разложения способствуют захоронению и накоплению углерода в этих прибрежных отложениях. [10] По сравнению с наземными средами обитания, которые теряют запасы углерода в виде CO 2 во время разложения или в результате таких нарушений, как пожары или вырубка лесов, морские поглотители углерода могут удерживать углерод в течение гораздо более длительных периодов времени. Скорость секвестрации углерода на лугах с морскими травами варьируется в зависимости от вида, характеристик отложений и глубины местообитаний, но в среднем скорость захоронения углерода составляет около 140 г См -2 год -1 . [25] [35]
Морские травы также являются инженерами экосистемы , а это означает, что они изменяют экосистему вокруг себя, корректируя свое окружение как физическими, так и химическими способами. [2] [1] Длинные стебли морских трав замедляют движение воды, что снижает энергию волн и обеспечивает дополнительную защиту от береговой эрозии и штормовых нагонов . Многие виды морских водорослей образуют обширную подземную сеть корней и корневищ , которые стабилизируют отложения и уменьшают береговую эрозию. [36] На морские травы влияет не только движение воды; они также влияют на течения, волны и турбулентность окружающей среды. [37]
Морские травы предотвращают эрозию морского дна до такой степени, что их присутствие может поднять морское дно. Они способствуют защите побережья, улавливая обломки горных пород, переносимые морем. Морские травы уменьшают эрозию побережья и защищают дома и города как от силы моря, так и от повышения уровня моря, вызванного глобальным потеплением. Они делают это, смягчая силу волн своими листьями и помогая отложениям, переносимым с морской водой, накапливаться на морском дне. Листья морских водорослей действуют как перегородки в бурной воде, которые замедляют движение воды и способствуют осаждению твердых частиц. Луга из морских водорослей являются одним из наиболее эффективных барьеров против эрозии, поскольку они задерживают осадки среди своих листьев. [3]
На диаграмме слева выше показано, как морские травы помогают улавливать частицы отложений, переносимые морскими течениями. Листья, простирающиеся к морской поверхности, замедляют течение воды. Более медленное течение не может переносить частицы осадка, поэтому частицы падают вниз и становятся частью морского дна, в конечном итоге зарастая его. Когда морские травы отсутствуют, морское течение не имеет препятствий и уносит частицы отложений, поднимая их и размывая морское дно. [3]
Благодаря морским травам археологи научились защищать подводные археологические объекты, например место в Дании, где были обнаружены десятки затонувших кораблей древних римлян и викингов. Археологи используют покровы, похожие на морские водоросли, в качестве ловушек для отложений, чтобы накапливать осадок и закапывать корабли. Захоронение создает условия с низким содержанием кислорода и предохраняет древесину от гниения. [39] [3]
Птицы являются частью морских экосистем, о которых часто забывают, они не только имеют решающее значение для здоровья морских экосистем, но и их популяции также поддерживаются продуктивностью и биоразнообразием морских и прибрежных экосистем. [40] [41] [42] Связи птиц с конкретными типами среды обитания, такими как луга с морской травой, в основном не рассматриваются, за исключением контекста прямого потребления травоядных дичью. [43] И это несмотря на то, что как восходящие, так и нисходящие процессы считаются путями поддержания популяции некоторых прибрежных птиц. [44] [21]
Учитывая долгосрочное сокращение популяций многих прибрежных и морских птиц, известную реакцию многих популяций морских птиц на колебания численности их добычи, а также необходимость компенсаторных восстановительных действий для увеличения их популяций, существует необходимость понять роль ключевых морские среды обитания, такие как морские водоросли, для поддержки прибрежных и морских птиц. [21]
Луга с водорослями служат местом нагула многих коммерчески важных видов рыб. Подсчитано, что около половины мирового рыболовства берет свое начало благодаря среде обитания морских водорослей. Если среда обитания морских водорослей будет потеряна, то исчезнет и рыболовство. Согласно статье Ансуорта и др. , опубликованной в 2019 году , [45] значительная роль, которую луга с водорослями играют в поддержке продуктивности рыболовства и продовольственной безопасности во всем мире, не отражается должным образом в решениях, принимаемых властями, несущими по закону ответственность за их управление. Они утверждают, что: (1) Луга с водорослями обеспечивают ценную среду обитания для более чем 1/5 крупнейших в мире рыболовных промыслов, включая минтай , наиболее выловленный вид на планете. (2) В сложных мелкомасштабных промыслах по всему миру (плохо представленных в статистике рыболовства) есть свидетельства того, что многие из тех, кто находится вблизи морских водорослей, в значительной степени поддерживаются этими средами обитания. (3) Промысел морских водорослей в приливной зоне является глобальным явлением, часто напрямую обеспечивающим средства к существованию человека. Согласно исследованию, морские травы необходимо признавать и управлять ими, чтобы сохранить и максимально увеличить их роль в мировом рыбном производстве. [45] В 2022 году Джонс и др. [46] показали, что мелкомасштабное рыболовство, связанное с морскими водорослями, может обеспечить защиту бедных слоев населения и используется чаще, чем рыболовство, связанное с рифами, в Индо-Тихоокеанском регионе. Почти половина опрошенных в ходе исследования людей предпочитали ловлю рыбы в морских водорослях, поскольку их функция в качестве места нагула могла привести к крупному и надежному улову рыбы. [46]
В океане сбор урожая можно определить как ловлю рыбы с использованием основных снастей, в том числе голыми руками, на мелководье не глубже, чем можно выдержать. [48] Промысел беспозвоночных (прогулочный) широко распространен на приливных лугах с водорослями во всем мире, обеспечивая продовольствием сотни миллионов людей, но понимание этого рыболовства и его экологических факторов крайне ограничено. Исследование Nessa et al., проведенное в 2019 году. проанализировали эти промыслы, используя комбинированный социальный и экологический подход. В уловах преобладали двустворчатые моллюски , морские ежи и брюхоногие моллюски . Улов на единицу усилия (CPUE) на всех участках колебался от 0,05 до 3 кг на сборщика в час, при этом большинство рыбаков составляли женщины и дети. Высадки имели большое значение для местного продовольствия и средств к существованию на всех участках. Местные экологические знания показывают, что луга с водорослями сокращаются в соответствии с другими региональными тенденциями. Увеличение плотности морских водорослей значительно и положительно коррелировало с CPUE при сборе беспозвоночных, что подчеркивает важность сохранения этих находящихся под угрозой местообитаний. [47]
Исторически морские травы собирали как удобрение для песчаных почв. Это было важное использование в лагуне Авейру в Португалии , где собранные растения были известны как молису . В начале 20 века во Франции и, в меньшей степени, на Нормандских островах сушеные морские травы использовались в качестве наполнителя матрасов ( пайласов ) — такие матрасы пользовались большим спросом у французских войск во время Первой мировой войны . Его также использовали для перевязок и других целей.
В феврале 2017 года исследователи обнаружили, что луга с водорослями могут удалять различные патогены из морской воды. На небольших островах без очистных сооружений в центральной Индонезии уровни патогенных морских бактерий , таких как Enterococcus , которые поражают людей, рыб и беспозвоночных , были снижены на 50 процентов при наличии лугов с водорослями, по сравнению с парными участками без водорослей, [49] , хотя это может нанести ущерб их выживанию. [50]
Понимание экологии перемещения морских трав дает возможность оценить способность популяций восстанавливаться после воздействия, связанного с существующими и будущими нагрузками. К ним относятся (повторная) колонизация измененных или фрагментированных ландшафтов, а также перемещение населения, связанное с изменением климата. [51]
Морская среда действует как абиотический вектор распространения , и ее физические свойства существенно влияют на передвижение, создавая как проблемы, так и возможности, которые отличаются от наземной среды. Типичные скорости потоков в океане составляют около 0,1 мс -1 , что обычно на один-два порядка меньше, чем типичные атмосферные потоки (1–10 мс -1 ), что может ограничивать рассеивание. [52] Однако, поскольку плотность морской воды примерно в 1000 раз превышает плотность воздуха, импульс движущейся массы воды с той же скоростью на три порядка больше, чем в воздухе. Следовательно, силы сопротивления, действующие на особей (пропорциональные плотности), также на три порядка выше, что позволяет мобилизовать пропагуляты относительно большего размера. Но самое главное, силы плавучести (пропорциональные разнице плотностей морской воды и пропагулы) значительно уменьшают эффективный вес погруженных пропагул. [53] В морских травах пропагулы могут слабо оседать (отрицательная плавучесть), оставаться во взвешенном состоянии внутри толщи воды (нейтральная плавучесть) или плавать на поверхности (положительная плавучесть). [54] [51]
При положительной плавучести (например, плавающие плоды) поверхностные течения океана свободно перемещают пропагуляты, а расстояния распространения ограничиваются только временем жизнеспособности плодов, [55] [56] что приводит к исключительно длительным единичным случаям распространения (более 100 км), [57] , что редко встречается при пассивном абиотическом движении наземных плодов и семян. [58] [51]
Существует множество биотических векторов распространения морских трав, поскольку они питаются морскими водорослями или живут в их среде обитания. К ним относятся дюгони, ламантины, черепахи, водоплавающие птицы, рыбы и беспозвоночные. [59] [60] [61] [62] Каждый биотический вектор имеет свое внутреннее состояние, способность к движению, способность к навигации и внешние факторы, влияющие на его движение. Они взаимодействуют с экологией движения растений, определяя конечный путь движения растения. [63] [64] [51]
Например, если водоплавающая птица питается морской травой, содержащей плоды с семенами, жизнеспособными после дефекации, то у птицы есть возможность переносить семена с одного места кормления на другое. Следовательно, путь движения птицы определяет потенциальный путь движения семени. Особые характеристики животного, такие как время его пищеварения, напрямую влияют на путь движения растения. [51]
Основными питательными веществами , определяющими рост морских водорослей, являются углерод (C), азот (N), фосфор (P) и свет для фотосинтеза. Азот и фосфор можно получить из поровой воды отложений или из толщи воды, а морские травы могут поглощать N как в аммонийной (NH 4+ ), так и в нитратной (NO 3- ) форме. [66]
Ряд исследований, проведенных по всему миру, показали, что концентрация C, N и P в морских травах варьируется в широком диапазоне в зависимости от их вида и факторов окружающей среды. Например, растения, собранные в средах с высоким содержанием питательных веществ, имели более низкие соотношения C:N и C:P, чем растения, собранные в средах с низким содержанием питательных веществ. Стехиометрия морских водорослей не соответствует коэффициенту Редфилда, обычно используемому в качестве индикатора доступности питательных веществ для роста фитопланктона. Фактически, ряд исследований, проведенных по всему миру, показали, что соотношение C:N:P в морских травах может значительно варьироваться в зависимости от их вида, наличия питательных веществ или других факторов окружающей среды. В зависимости от условий окружающей среды морские травы могут быть либо P-ограниченными, либо N-ограниченными. [67]
Раннее исследование стехиометрии морских водорослей показало, что сбалансированное соотношение Редфилда между N и P для морских водорослей составляет примерно 30:1. [68] Однако концентрации N и P строго не коррелируют, что позволяет предположить, что морские травы могут адаптировать потребление питательных веществ в зависимости от того, что доступно в окружающей среде. Например, морские травы с лугов, удобренных птичьими экскрементами, показали более высокую долю фосфатов, чем с неудобренных лугов. С другой стороны, морские травы в средах с более высокой скоростью загрузки и диагенезом органических веществ поставляют больше P, что приводит к ограничению N. Доступность фосфора в Thalassia testudinum является лимитирующим питательным веществом. Распределение питательных веществ в Thalassia testudinum колеблется от 29,4 до 43,3% C, 0,88-3,96% N и 0,048-0,243% P. Это соответствует среднему соотношению 24,6 C:N, 937,4 C:P и 40,2 N:P. Эту информацию также можно использовать для характеристики доступности питательных веществ в заливе или другом водоеме (которую трудно измерить напрямую) путем отбора проб обитающих там морских трав. [69]
Доступность света — еще один фактор, который может повлиять на стехиометрию питательных веществ морских трав. Ограничение питательных веществ может произойти только тогда, когда фотосинтетическая энергия заставляет траву расти быстрее, чем приток новых питательных веществ. Например, в условиях низкой освещенности соотношение C:N обычно ниже. [69] С другой стороны, среда с высоким содержанием N может оказывать косвенное негативное воздействие на рост морских водорослей, способствуя росту водорослей, которые уменьшают общее количество доступного света. [70]
Изменчивость питательных веществ в морских травах может иметь потенциальные последствия для управления сточными водами в прибрежных районах. Высокие объемы антропогенных выбросов азота могут вызвать эвтрофикацию в ранее ограниченных по азоту средах, что приведет к гипоксическим условиям на лугах из морских водорослей и повлияет на несущую способность этой экосистемы. [69]
Исследование ежегодного осаждения C, N и P на лугах морских водорослей Posidonia Oceanica на северо-востоке Испании показало, что луг изолировал 198 г C м -2 год -1 , 13,4 г N м -2 год -1 и 2,01 г P м −2 год −1 в осадок. Последующая реминерализация углерода из осадков за счет дыхания вернула примерно 8% секвестрированного углерода, или 15,6 г C м -2 год -1 . [71]
Морские травы находятся в глобальном упадке: за последние десятилетия было потеряно около 30 000 км 2 (12 000 квадратных миль). Потеря морских водорослей ускорилась за последние несколько десятилетий: с 0,9% в год до 1940 года до 7% в год в 1990 году. [72]
Природные нарушения, такие как выпас скота , штормы , ледоход и высыхание , являются неотъемлемой частью динамики экосистемы морских водорослей . Морские травы демонстрируют высокую степень фенотипической пластичности , быстро адаптируясь к изменяющимся условиям окружающей среды. С другой стороны, человеческая деятельность вызвала значительные нарушения и является причиной большей части потерь.
Морская трава может быть повреждена в результате прямого механического разрушения среды обитания с помощью методов рыболовства, основанных на использовании тяжелых сетей, которые тянут по морскому дну, что подвергает эту важную экосистему серьезному риску. [3] Когда люди водят моторные лодки по мелководным участкам, заросшим водорослями, лопасть гребного винта также может повредить водоросли.
Ареалам морских водорослей угрожает прибрежная эвтрофикация , вызванная чрезмерным поступлением питательных веществ ( азота , фосфора ). Такое чрезмерное воздействие непосредственно токсично для морских трав, но , что наиболее важно , оно стимулирует рост эпифитных и свободно плавающих макро- и микроводорослей . Макроводоросли, известные как вредные виды, растут в нитевидной и листовидной форме и образуют толстые незакрепленные маты на морской траве, встречаясь в виде эпифитов на листьях морской травы. Эвтрофикация приводит к образованию цветения водорослей , вызывая ослабление света в толще воды, что в конечном итоге приводит к бескислородным условиям для морской травы и организмов, живущих внутри/вокруг растения(й). Помимо прямой блокировки света для растений, бентосные макроводоросли имеют низкое содержание углерода/азота, что приводит к их разложению, стимулирующему бактериальную активность, что приводит к ресуспендированию осадка, увеличению мутности воды и дальнейшему ослаблению света. [73] [74] Когда морская трава не получает достаточного количества солнечного света , это снижает фотосинтез , который питает морскую траву, и результаты первичной продукции , а затем разложение листьев морской травы и водорослей еще больше подпитывает цветение водорослей, что приводит к возникновению петли положительной обратной связи . Это может привести к упадку численности и уничтожению морских трав до доминирования водорослей.
Накапливающиеся данные также позволяют предположить, что чрезмерный вылов высших хищников (крупных хищных рыб) может косвенно увеличить рост водорослей за счет снижения контроля над выпасом, осуществляемого мезогразёрами , такими как ракообразные и брюхоногие моллюски , через трофический каскад .
Повышение температуры морской воды, [10] увеличение отложений и развитие прибрежных зон также оказали значительное влияние на сокращение количества морских трав. [25]
Наиболее часто используемые методы защиты и восстановления лугов, заросших водорослями, включают сокращение количества питательных веществ и загрязнений , создание морских охраняемых территорий и восстановление с использованием пересадки морских водорослей . Морская трава не считается устойчивой к последствиям будущих изменений окружающей среды. [75]
Во всем мире численность морских водорослей быстро сокращается. Гипоксия , которая приводит к эвтрофикации , вызванной дезоксигенацией океана, является одним из основных факторов, лежащих в основе этих вымираний. Эвтрофикация вызывает повышенное обогащение питательными веществами, что может привести к продуктивности морских водорослей, но при постоянном обогащении питательными веществами лугов с морскими водорослями это может вызвать чрезмерный рост микроводорослей , эпифитов и фитопланктона , что приводит к гипоксическим условиям. [76]
Морская трава является одновременно источником и поглотителем кислорода в окружающей толще воды и отложениях. Ночью внутренняя часть давления кислорода в водорослях линейно связана с концентрацией кислорода в толще воды, поэтому низкие концентрации кислорода в толще воды часто приводят к гипоксии тканей водорослей, что в конечном итоге может привести к гибели водорослей. Обычно отложения морских водорослей должны снабжать кислородом подземные ткани либо посредством фотосинтеза, либо путем диффузии кислорода из толщи воды через листья к корневищам и корням. Однако изменение кислородного баланса морских водорослей часто может привести к гипоксии тканей морских водорослей. Морские травы, подвергшиеся воздействию этого гипоксического столба воды, демонстрируют усиление дыхания, снижение скорости фотосинтеза, уменьшение размера листьев и уменьшение количества листьев на побеге. Это вызывает недостаточное снабжение кислородом подземных тканей для аэробного дыхания, поэтому морская трава должна полагаться на менее эффективное анаэробное дыхание . Отмирание морских водорослей создает петлю положительной обратной связи , в которой события смертности вызывают больше смертей, поскольку при разложении мертвого растительного материала создается более высокая потребность в кислороде. [76]
Поскольку гипоксия увеличивает проникновение сульфидов в морскую траву, это отрицательно влияет на морскую траву через фотосинтез, обмен веществ и рост. Как правило, морская трава способна бороться с сульфидами, снабжая корни достаточным количеством кислорода. Однако дезоксигенация приводит к тому, что морская трава не может поставлять этот кислород, тем самым убивая его. [76] Деоксигенация уменьшает разнообразие организмов, населяющих заросли морских водорослей, устраняя виды, которые не переносят условия с низким содержанием кислорода. Косвенно, потеря и деградация морских водорослей угрожает многочисленным видам, которые полагаются на морские водоросли как на убежище, так и на пищу. Утрата морских водорослей также влияет на физические характеристики и устойчивость экосистем морских водорослей. Заросли морских водорослей служат нагулом и средой обитания для многих добываемых промысловых, рекреационных и натуральных рыб и моллюсков. Во многих тропических регионах местное население зависит от рыболовства, связанного с морскими водорослями, как источника пищи и дохода. [76]
Хранение углерода является важной экосистемной услугой , поскольку мы приближаемся к периоду повышенного уровня углерода в атмосфере. Однако некоторые модели изменения климата предполагают, что некоторые морские травы вымрут – ожидается, что Posidonia Oceanica вымрет или почти вымрет к 2050 году. [77]
Объект Всемирного наследия ЮНЕСКО вокруг Балеарских островов Майорка и Форментера включает около 55 000 гектаров (140 000 акров) Posidonia Oceanica , которая имеет глобальное значение из-за количества поглощаемого ею углекислого газа . Однако лугам угрожает повышение температуры, замедляющее их рост, а также повреждение якорей . [78]
Размножение морских водорослей — это материалы, которые помогают размножать морские водоросли. Морские травы опыляются путем гидрофилии , то есть путем рассеивания в воде. Для этого распространения важны размножения, полученные половым и бесполым путем . [79]
Виды родов Amphibolis и Thalassodendron дают живородящие сеянцы. [80] Большинство других производят семена, хотя их характеристики сильно различаются; [81] некоторые виды дают семена или плоды, обладающие положительной плавучестью и способные распространяться на большие расстояния (например, Enhalus , Posidonia и Thalassia ). Другие производят семена с отрицательной плавучестью и ограниченным потенциалом распространения (например, Zostera и Halophila ). [56] [81] хотя распространение на большие расстояния все еще может происходить за счет транспортировки отдельных фрагментов, несущих покрышки (модифицированные листья, окружающие цветочную гроздь); например, Zostera spp. [82] Почти все виды также способны к бесполому размножению посредством удлинения корневища [83] или производства бесполых фрагментов (например, фрагментов корневища, псевдоживородящих проростков ). [84] [85] Побеги некоторых видов, полученные половым путем, лишены способности находиться в состоянии покоя (например, Amphibolis и Posidonia), в то время как другие могут оставаться в состоянии покоя в течение длительного периода времени. [86] [87] Эти различия в биологии и экологии пропагул сильно влияют на характер пополнения и расселения, а также на то, как их можно эффективно использовать для восстановления. [79]
Восстановление морских водорослей в основном включало использование бесполого материала (например, черенков, фрагментов корневища или сердцевин), собранного с донорских лугов. Относительно немногие усилия по восстановлению морских водорослей использовали размножения, полученные половым путем. [88] [89] Нечастое использование размножений, полученных половым путем, вероятно, отчасти связано с временной и пространственной изменчивостью доступности семян, [90] , а также с восприятием низкой выживаемости семян и сеянцев. [91] [92] Хотя показатели выживаемости часто низкие, недавние обзоры исследований семян подчеркивают, что это, вероятно, связано с ограниченными знаниями о наличии и сборе качественных семян, навыках обращения с семенами и их доставке, а также пригодности мест восстановления. [88] [89] [83] [79]
Методы сбора и подготовки пропагул различаются в зависимости от их характеристик и обычно используют их естественные механизмы распространения. Например, для живородящих таксонов, таких как Amphibolis, недавно отделившиеся сеянцы можно собрать, поместив волокнистый и утяжеленный материал, например, наполненные песком мешки из мешковины, к которым прикрепляются захватывающие структуры сеянцев, когда они проносятся мимо. Таким образом, можно уловить тысячи саженцев на площади менее квадратного метра. [93] Обычно мешки с песком размещаются в местах, где требуется восстановление, а не собираются и не перебрасываются в другое место. [79]
Семена видов, содержащихся в покровах (например, виды Zostera ), можно собирать с помощью водолазов или механических комбайнов. [94] В Чесапикском заливе каждый год в пик репродуктивного сезона с помощью механического комбайна собирают несколько миллионов семян Zostera marina . [94] Семена извлекаются из побегов после сбора урожая, но методы извлечения и доставки различаются. Например, некоторые методы предполагают хранение побегов в больших резервуарах для хранения, где они в конечном итоге раскалываются и высвобождают семена (отрицательно плавучие), которые затем собираются со дна резервуара. [94] Затем семена помещают в желоб для определения качества семян на основе скорости оседания, после чего их вручную разбрасывают с лодок по местам обитания получателей. [94] В качестве альтернативы, используя закрепленные на месте буи, покрывала Z. marina можно подвешивать над местами восстановления в сетчатых мешках; лопатки высвобождают и доставляют семена на морское дно. [95] [79]
У видов, которые выделяют семена из плавающих плодов ( Posidonia spp., Halophila spp.), плоды можно отделить от родительского растения путем встряхивания; затем они всплывают на поверхность, где собираются в сети. [96] [97] Затем семена извлекаются из плодов посредством энергичной аэрации и движения воды насосами при стабильной температуре (25 °C) внутри резервуаров. Затем семена с отрицательной плавучестью собираются со дна резервуара и вручную разбрасываются по местам обитания реципиентов. Другие методы были опробованы с ограниченным успехом, включая прямую посадку семян вручную, введение семян с использованием техники или посадку и размещение в мешках с песком. [79]
Восстановление с использованием побегов морских водорослей до сих пор демонстрировало низкие и переменные результаты: более 90% побегов не выживали. [98] [99] [93] Для успешного включения размножения в программы восстановления морских водорослей необходимо сократить потери размножения (которые включают в себя смертность, а также неспособность прорастать или рассеиваться за пределами места восстановления), чтобы способствуют более высоким показателям всхожести и выживаемости. Основным препятствием на пути эффективного использования семян для восстановления морских водорослей являются знания о качестве семян. Качество семян включает такие аспекты, как жизнеспособность, размер (который может обеспечить энергетические резервы, доступные для первоначального роста и укоренения), повреждение семенной оболочки или проростков, бактериальная инфекция, генетическое разнообразие и экотип (которые могут влиять на способность семян реагировать на восстановление). среда). [79] Тем не менее, разнообразие пропагул и видов, используемых в восстановлении, увеличивается, а понимание биологии и экологии семян морских водорослей продвигается. [93] [97] [100] Чтобы повысить шансы на приживление размножения, необходимо лучше понять шаги, которые предшествуют доставке семян в места восстановления, включая качество семян, [87] , а также экологические и социальные барьеры, которые влияют на выживание и рост. [79]
В различных местах сообщества пытаются восстановить заросли морских водорослей, утраченные в результате деятельности человека, в том числе в штатах США Вирджиния, [101] , Флорида [102] и Гавайи, [103], а также в Великобритании. [104] Было доказано, что такие реинтродукции улучшают экосистемные услуги. [105]
Доктор Фред Шорт из Университета Нью-Гэмпшира разработал специализированную методологию трансплантации, известную как «Удаленная пересадка угрей с помощью рамок» (TERF). Этот метод предполагает использование гроздей растений, которые временно привязываются разлагаемой гофрированной бумагой к утяжеленному каркасу из проволочной сетки. Этот метод уже опробован организацией Save The Bay. [106]
В 2001 году Стив Грейнджер из Высшей школы океанографии Университета Род-Айленда использовал сани, буксируемые лодкой, которые способны откладывать семена под поверхность отложений. Вместе с коллегой Майком Трабером (который разработал желатиновую матрицу Нокса для упаковки семян) они провели пробный посев в заливе Наррагансетт. Им удалось засадить участок площадью 400 м 2 (480 кв. ярдов) менее чем за два часа. [106]
По состоянию на 2019 год [обновлять]Центр исследования прибрежных морских экосистем Университета Центрального Квинсленда выращивает морские водоросли уже шесть лет и производит семена морских водорослей. Они проводят испытания технологий проращивания и посева. [107]
{{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь )Один цветок может дать 15 семян, а одно семя, посаженное в правильных условиях, может создать гектар морской травы.