海藻森林沿着全球超过四分之一的海岸线生长，是生物多样性最丰富的生态系统之一。
然而，这些重要栖息地正因海洋变暖、污染、过度采收和其他人类活动影响而消失。
野生海藻森林消失会导致生物多样性丧失，削弱其对沿海社区抵御风暴潮的保护，并使一个重要的碳汇消失。
全球对海藻在食品、碳储存及其他用途方面的研究兴趣，或有助于改进野生海藻森林的修复方法。
在水面之下，全球海藻森林沿着超过四分之一的海岸线生长，孕育着丰富的生物多样性；博物学家查尔斯·达尔文认为，这种多样性可与热带雨林相媲美。然而，这些重要栖息地同样在悄然消失，原因包括海洋洋流变暖、污染、过度采收以及其他人类活动影响。
尽管环太平洋国家在海藻养殖方面积累了数百年的知识，但海藻床在各地不断衰退，大片海藻栖息地近来又突然消失，这些情况凸显了环保人士对如何保护或恢复这些重要海底森林知之甚少。西澳大利亚大学海洋生态学家凯伦·菲尔比-德克斯特研究气候变化对海藻的影响，她如此表示。
菲尔比-德克斯特说：“与其他沿海生态系统相比，海藻森林受到的重视和研究都不够。但我们需要更深入地了解它们。它们是地球上分布最广的海洋植物栖息地之一，[而且]有大量证据表明，它们正在迅速变化。”
研究人员最初敲响警钟，是因为海洋热浪突然摧毁了大片海藻森林，地点包括2011年塔斯马尼亚海岸，以及2014年北加利福尼亚。当高耸的海藻茎干和叶片消失时，许多依赖它们生存的海洋物种也随之消失。随着岩龙虾、鲍鱼和鱼类消失，价值数百万的商业渔业也纷纷停业。此外，野生海藻森林消失会削弱其对沿海社区抵御风暴潮的保护，并使重要的碳汇消失。科学家估计，全球海藻森林储存的碳量介于
好消息是，科学家正在找到成功修复海藻森林的方法。但这些新发现的方法需要大幅扩大应用规模，而且要迅速行动，才能扭转澳大利亚、挪威、新斯科舍和加利福尼亚等地已经发生的大规模损失。
海藻森林科学管理面临的挑战
近来，海藻因具有显著的固碳能力而频频成为新闻焦点。目前，养殖海藻受到的关注最多，但无论是野生还是养殖海藻，科学家如今的发现都可能帮助各类海藻在气候快速变化的世界中繁盛生长。
全球较凉爽、较浅海域中生长的大型褐藻海藻有100多种，但迄今大多数研究只关注其中两种：正在消失、形成冠层的大型海带（Macrocystis pyrifera)和公牛海带（Nereocystis luetkeana)。这些茂密的水下森林可以迅速长到40米（130英尺）高，从海床延伸至海面，形成复杂的栖息地。
海藻森林衰退的部分原因已广为人知。例如，变暖的洋流或海洋热浪会使适应冷水的海藻超出生理耐受范围；当水温升至20摄氏度（72华氏度）以上时，它们便会死亡。沿海开发、污染和沉积物淤积会损害水质，进一步增加它们生存的难度。但受压海藻为何会在一些地方消失、在另一些地方继续繁盛，原因并不总是清楚。
部分原因在于研究这些森林很困难，有时甚至难以找到它们。历史上，人们通过船只、卫星和小型飞机追踪海藻床，但这些调查会遗漏许多情况。只有形成冠层的海藻能在海面上看到。大型海带是多年生植物，而公牛海带会在冬季枯萎、夏季重新出现，因此很难探测。此外，海藻的位置可能不断变化：猛烈风暴一夜之间就能连根拔起整片森林。
加州大学戴维斯分校博士后研究员萨拉·汉密尔顿表示，精确绘制地图对于改进现有海藻床的管理至关重要，既能为森林衰退提供早期预警，也能为监测恢复和修复项目提供重要基线。如果没有对资源存量的准确评估，也很难以可持续的方式监管商业采收的野生海藻数量。
据联合国粮食及农业组织2019年的数据，全球每年采收的野生海藻超过100万吨。其中约40%来自智利沿海；野生褐藻被销往商业市场，用途广泛，包括食品生产、制药、纺织和生物技术。
对海藻采收实行监管的国家通常会设定采收者可获取的生物量年度上限。但监管本身也面临问题。汉密尔顿分析智利、加利福尼亚和不列颠哥伦比亚的海藻采收管理后发现，这三个地方都缺乏定期更新的海藻资源清单，这构成了有效管理的“主要障碍”。
汉密尔顿说：“关于海藻森林如何运作，我们已有很好的科学文献，但还需要更进一步，发展出如何有效管理它们的科学方法。”
例如，在智利，海藻采收受到一套复杂管理制度的约束，其中包括禁止采收的海洋保护区（MPA）、由当地渔民联盟监管的专属准入区，以及未受保护的开放准入区。汉密尔顿指出，各类采收活动的海藻采收量未必总能得到准确监测。
此外，科学家并不确切知道采收多少海藻才算过量，以至于森林衰退到无法恢复。加利福尼亚和不列颠哥伦比亚的海藻采收量远低于智利，但汉密尔顿表示，这些地区的监管者依赖商业采收者自行报告数据，而这可能不可靠；对休闲采收的追踪也较为宽松，因此留下了重大数据缺口。休闲采收者采集海藻供个人使用。
与汉密尔顿的分析相呼应，美国加利福尼亚州鱼类和野生动物局于2022年发布了一份更新版状况报告，涵盖公牛海带和大型海带，并提出更准确监测、更好地了解采收影响以及海藻森林顶级捕食者作用等建议。类似的保护关切促成了华盛顿州出台新法律，旨在到2040年保护和恢复1万英亩公牛海带森林与鳗草草甸。
海藻森林修复面临的挑战
科学家确定无疑的一点是，保护海藻森林胜过设法让它们恢复。监管行动往往为时已晚——等到海藻森林大幅减少甚至消失后才采取行动。
海洋热浪过后，塔斯马尼亚海岸绵延100公里（约62英里）的海藻已经遭到严重破坏，之后澳大利亚政府才宣布大型海带海洋森林于2012年成为濒危生态群落。今年，在英国萨塞克斯海岸的一段沿岸区域，拖网捕捞被禁止，但那时渔业活动已经摧毁曾经繁盛的海藻床，并重创商业渔业。
地方和区域政策调整可以缓解野生海藻过度采收、污染、沿海开发、沉积物淤积和不可持续捕捞做法带来的影响。但这些行动无法让变暖的海洋降温。澳大利亚霍巴特塔斯马尼亚大学海洋生态学家凯恩·莱顿说：“海藻森林是动态性强、生产力高且结构复杂的生态系统。要重现这样的生态系统相当困难。”
过去，修复项目依赖人工礁石，为海藻提供附着表面；这些礁石的材料五花八门，从水泥块、旧轮胎到退役石油钻井平台都有。惠勒北礁是全球最大的人工礁石之一，面积达152公顷（376英亩），由采石场岩石建成，旨在缓解南加利福尼亚州圣克莱门特海岸附近海水变暖对海藻森林和海洋生物造成的损失；海水变暖是圣奥诺弗雷核电站排水所致。该礁石项目始于1998年，于2021年完工，如今被视为海藻修复的成功案例。
在塔斯马尼亚东海岸——这里是海水升温速度快于全球平均水平的热点地区——莱顿和塔斯马尼亚大学海洋与南极研究所教授克雷格·约翰逊，正致力于让新建海藻森林“面向未来”。他们将由耐暖能力较强的藻类培育出的幼年大型海带“移植”到野外。莱顿指出：“这不是基因改造。我们只是在筛选天然更能耐受[温度变化]的大型海带个体。”
在他们迄今测试的50多种基因型中，约有10%至15%能够在比海藻通常繁盛的16至17°C（60至62°F）高出最多7度的水温中存活。他说：“有些个体竟能存活到大型海带有记录以来的最高水温，这相当惊人。”
研究人员在18个多月前开始将这些“超级海藻”移植到三个不同的100平方米（1,076.4平方英尺）样地中。但这个过程劳动强度很大：先在实验室培育数千株幼年海藻，每株约1毫米大小，再把它们固定在小塑料板上，最后潜水将塑料板钻固在岩礁上。
研究人员的目标是让每平方米生长约一株成年海藻，接近塔斯马尼亚自然大型海带森林的密度。自2020年以来，他们已在三个样地中的两个培育出约50株存活的成年海藻，最高可长至12米。莱顿希望这些成年海藻能带来第一波大规模自然繁殖的幼年海藻。
数千英里之外，在美国华盛顿大学星期五港实验室，博士后研究员布鲁克·魏格尔正在研究普吉特海湾附近存活的公牛海带种群对温度和硝酸盐的敏感性。
据生态学家的绘图调查显示，尽管当地大多数海藻床在2014年西海岸海洋热浪后恢复了，但普吉特海湾南部的公牛海带栖息地仍在显著衰退。魏格尔说：“有许多迹象表明，环境因素可能导致了这些衰退。”但她指出，这些线索“几乎还没有在实验室里经过实验检验”。
魏格尔正在进行第二轮实验室培养，在不同温度下培育公牛海带的微观阶段（称为配子体）。她发现，令人意外的是，配子体在高达20°C（68°F）的温暖水温中仍能存活，而这种温度通常会致成年海藻死亡。但温度高于16°C（60°F）时，配子体就无法成功受精并产生构成高耸森林的孢子体。
她说：“这是一个相当明显的临界点。”保护人士“在选择海藻森林修复地点时，需要了解海藻存活和繁殖是否存在[温度]阈值”。
目前还不清楚是什么让一些海藻能够在较高水温中存活。魏格尔此前曾研究微生物组，在覆盖海藻叶片的黏液层中寻找细菌方面的线索。莱顿也在尝试破解耐温之谜，研究海藻的生理机能和新陈代谢：耐受温度变化的能力是否取决于细胞膜的差异？还是取决于光合作用机制？
他推测：“可能是许多不同因素共同作用的结果。”
美国威斯康星大学密尔沃基分校群体遗传学家菲利佩·阿尔贝托表示，答案或许藏在公牛海带的遗传构成中。在他的“海藻法证实验室”里，阿尔贝托分析从太平洋西北地区采集的海藻DNA。他与普吉特海湾修复基金合作，测定种群内存在多少遗传多样性、不同种群是否存在亲缘关系，以及遗传差异是否与较暖或较冷的水域相关。阿尔贝托还在建立公牛海带版的种子库，以保存区域遗传多样性。他不保存种子，而是将配子体置于低光照、温度受控的环境中，使其保持休眠状态。
阿尔贝托说：“我们可能永远无法把这种多样性恢复到原来的地方。”但如果现在不保存这些配子体，一旦海藻消失，就不可能恢复这种多样性。
阿尔贝托及其在加州大学圣克鲁兹分校和加利福尼亚保护基因组学项目的合作者，希望不久后完成公牛海带基因组测序。这一参考基因组将为科学家提供资源，帮助他们寻找可能让海藻在未来环境变化中存活下来的遗传差异。
扩大海藻森林规模面临的挑战
随着全球海藻森林损失加剧，科学家警告说，各地实现成功修复的可行途径各不相同。每片贫瘠的海域都面临独特挑战——例如海胆过多、水生栖息地退化、水质不佳，或海水变暖程度各异。
华盛顿州自然资源部（DNR）海洋生态学家海伦·贝里说：“我们有一种无法满足的求知欲，想要了解海藻的分布和变化趋势。关键在于，不能一概而论——有些地方在减少，另一些地方则在增加。她说，管理天然海藻的关键是认识到这一点。”
为了帮助海藻研究人员和修复工作者相互借鉴经验，悉尼新南威尔士大学海洋科学家亚伦·埃格分析了250多个海藻修复项目。随后，他创建了一个开源数据库，可按问题类型（例如海胆过度啃食）搜索，便于了解哪些方法最适合特定问题和情况。此外，在大自然保护协会的大力合作和资助下，埃格成为《海藻修复指南》的主要作者之一。他说：“我们有很多工具可以用来应对所面临的棘手问题。”
埃格的综合调查显示，如果能消除多余的“干扰事件”（例如海胆过度啃食），并且移植地点靠近其他海藻森林，修复成功的可能性就更大。
他的分析还指出一个出乎意料的挑战：法律阻力。埃格解释说，大多数沿海环境法律旨在保护海洋中已有的事物，但这些法律往往禁止移除海胆等生物，或添加支撑海藻生长的人工结构等人造物品。
埃格研究最重要的发现是，大多数修复项目（62%）由学术界主导，样地面积不足1公顷（80%），持续时间不到两年。他强调：“要大规模修复整片森林，我们必须把工作拓展到学术界之外。我们需要建立合作伙伴关系。”
其中一个合作项目由SeaForester牵头。这是一家营利性海藻修复公司，正在与全球各地的海藻森林修复者合作，采用一种名为“绿色砾石”的创新方法。
这种方法不需要潜水员耗费大量人力将幼年海藻固定在塑料板或其他基底上。取而代之的是，先在小石块上播种幼年海藻，再从船上将石块撒入海中。几年内，海藻便会自行扎根。西澳大利亚大学珀斯分校海洋生态学家、绿色砾石行动小组联合创始人托马斯·韦恩伯格指出：“与[陆地上]森林再生所需的时间相比，这仍然快得多。”绿色砾石行动小组是一个测试这一方法的国际研究人员网络。
绿色砾石最初在挪威研发，已在多个试点项目中取得成功，包括在葡萄牙沿海修复金海带（Laminaria ochroleuca）。目前正在测试海藻播种砾石在欧洲、北美和澳大利亚不同沿海和海洋条件下的应用。
韦恩伯格同时也是挪威海洋研究所的高级研究员。他警告说：“这个[想法]令人振奋，但并非万能良方。”例如，在加利福尼亚沿海的一个项目中，风暴潮卷走了所有附着海藻的砾石，导致项目失败。
韦恩伯格指出：“我们仍需解决[海藻损失的]根本原因。在很多情况下，根源是人为造成的海洋环境退化。”这需要争取官员和公众的支持。
菲尔比-德克斯特表示，实现这一目标的一种方式，是将海藻森林与固碳等有价值的生态系统服务联系起来。她是绿色砾石行动小组的成员。海藻森林或许不像珊瑚礁那样引人注目，但“蓝色经济”正在快速发展，投资者希望利用海藻获取碳信用额度、替代蛋白质来源或燃料生物质。更准确地衡量野生海藻的碳储存潜力，可能有助于为其争取所需的保护。她说：“人们会关注自己在意的事物。”
海伦·贝里表示，养殖海藻产业也能为科学界提供更多机会，深入了解野生海藻的形态、遗传特征和最佳营养需求。但她提醒，将养殖海藻与野生海藻进行比较可能很困难，就像“把圣诞树种植园等同于原始森林”。
不过，养殖海藻研究人员或许能够填补我们对野生海藻在构建生物多样性方面作用的认知空白。例如，新英格兰大学海洋与环境项目学院副教授卡丽·拜伦解释说，野生海藻和养殖海藻的一个主要区别在于它们在水柱中的生长位置。拜伦位于缅因州比迪福德。野生海藻附着在海床上，而养殖海藻则通过绳索或平台悬挂在海床上方。
拜伦的研究由大自然保护协会资助，旨在探究尽管存在这些结构差异，养殖海藻是否仍能为同样多样的物种提供适宜栖息地。要确定健康海藻生态系统所包含的生物多样性，还需要更多基线数据。
选择改变
菲尔比-德克斯特说，变化并不总是坏事。“作为生态学家，你要做的事情之一就是了解生态系统如何运作。”对于受人类影响而改变的海藻种群，这意味着要判断这些变化是否会形成具有韧性的生态系统；即使运作方式不同，它仍能提供类似且有价值的生态系统服务。她以自己研究过的北极海藻为例：随着水温升高，这些种群最终可能被温暖水域的物种挤出其生存空间。
研究人员还必须面对“辅助进化”或直接进行基因改造所涉及的伦理问题，以帮助海藻在日益恶劣的环境中继续生长。菲尔比-德克斯特说：“我们在人为干预方面的历史并不光彩，结果也往往不理想。”
凯恩·莱顿希望看到的一种变化，是推动海藻修复产业化。他设想，养殖海藻场、培育被称为孢子体的幼年海藻的育苗场，以及海胆渔业，都只是从海藻创造收入的几种方式；这些资金可以再投入野生海藻生态系统保护。
莱顿说：“这不只是往这个无底洞里投钱，然后说我们来修复海藻森林。这样做有很大的价值。”
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