以习近平同志为核心的党中央明确提出了“海洋命运共同体”的理念，强调“我们人类居住的这个蓝色星球，不是被海洋分割成了各个孤岛，而是被海洋连结成了命运共同体，各国人民安危与共”^①。海洋约占地球总表面积的71%，是地球上最大的生态系统之一，全球海洋具有“连通性”：①海洋环流和物质能量循环支撑着全球海洋的流通性，海洋环流是维持海洋系统内物质和能量输运、配置过程的关键动力载体，影响着海洋地形、气候及海洋生态系统的结构与功能^[1]，其热盐环流（大洋输送带）是全球尺度的深海流动，控制着全球90%的水体，使得全球海洋成为一个相互连通的系统^[2]；②由洋中脊下方地幔熔融岩浆冷却形成的洋壳，覆盖地球近2/3的表面积，造就了现今地球的海陆地理格局和全球海底的“连通性”^[3]，洋中脊熔岩热流作为海洋的重要自然过程，对全球海洋连通性和生态系统结构具有深远的影响；全球洋中脊贯通相连，形成了长达60 000千米的海底火山，不断向海底输送幔源岩浆、气体和热量，不仅孕育了丰富的海底热液矿床，还为海洋生物的繁衍生息提供了基本场所和物质能量。

① 习近平集体会见出席海军成立70周年多国海军活动外方代表团团长. (2019-04-23)[2024-09-10]. https://www.gov.cn/xinwen/2019-04/23/content_5385354.htm.

中国海域是连通全球海洋的重要海域，海洋环流有南海环流和东海、黄海、渤海环流，海底有深海盆地、深海平原、海山、海槽、海沟等类型地貌，丰富的环流系统和海底地貌特征支撑了中国海域复杂的生物栖息地和多样性的生态系统。中国海域的生物物种分布呈现出从高纬度到低纬度数量明显增加的趋势，南海位于全球三大海洋生物多样性中心的印—太交汇区，较东海、黄海和渤海海域面积最大，跨越亚热带和热带、覆盖浅海和深海，是我国最大的海洋生物资源宝库，其鱼类、虾蟹类、软体和棘皮动物等分别占中国海域生物物种数量的67%、80%、75%和76%^[4]。在多圈层的交互作用下，南海经历了复杂的演化过程^[5]，发育出了宽广的大陆架、陡峭的大陆坡、独特的中央海盆和典型的珊瑚礁等海底地貌，拥有海草床、沙滩、海盐沼地、红树林、珊瑚礁和深海冷泉等众多典型生态系统^[6]，其生物多样性、全球代表性和中国海洋区域代表性特征显著。

珊瑚岛礁^[7]与冷泉^[8]是南海最具区域特色的海洋生态系统。远海珊瑚岛礁领土资源的战略地位突出、深海冷泉区可燃冰资源的开发潜力巨大，使南海成为我国深远海探测与资源开发的战略要地。珊瑚礁是全球海洋生物多样性中心的奠基者和支撑者，是“岩石—水—生物”等圈层的连通交互点，其对海洋生态系统与生物多样性的意义重大。岛礁深部活跃的化能自养型深海冷泉生态系统不仅为鱼类、甲壳类和海藻等海洋生物提供了栖息地，也为众多海洋物种提供繁殖场所和觅食场所，是全球生态系统的重要组成部分^[9]。

本文聚焦珊瑚岛礁和冷泉等典型生态系统，对我国南海珊瑚岛礁生态系统保护及生态建设、深海冷泉生态系统研究及其装备技术等方面进行论述，提出海洋生态产业发展建议，有助于推动我国海洋生物多样性保护、海洋资源有序开发利用与海洋经济高质量发展，对我国海洋生态文明建设和海洋权益维护具有重大意义。

1 南海珊瑚岛礁生态系统及生态建设研究成果 1.1 珊瑚岛礁生态系统

浩瀚的南海分布着近3 000座岛屿和岛礁，珊瑚岛礁生态系统富集的海洋生物高达数万种，被称为“海洋中的热带雨林”^[5]。珊瑚动物是珊瑚礁生态系统的基础，是维护岛礁物种多样性的关键生态要素，珊瑚礁活珊瑚的覆盖率随着礁坪、泻湖到外礁坡区域位置变化不断提升^[10]。共生菌科（Symbiodiiaceae）介导的碳、氮循环^[11]过程是珊瑚礁生态系统的基础，共生菌科与珊瑚完整的氮循环过程（图 1）紧密相关^[12]，仅靠珊瑚微生物菌群介导的硝化、反硝化和厌氧氨氧化等过程就可以完成珊瑚生态系统的氮循环过程^{[13, 14]}。共生菌科通过葡萄糖、氨基酸和甘油的形式供给珊瑚共生功能体大部分的能量^[15]，以绿藻（Ostreobium）为主的内生藻类则为珊瑚礁提供光合作用产物^[16]。

气候^[17]与海洋酸化^[18]、共生生物、生物天敌、人类活动^[19]等环境变化显著影响珊瑚礁生态系统。①气候与海洋酸化：随着2009—2018年间珊瑚白化事件、海洋酸化及各类应激状况的发生，全球范围内珊瑚礁覆盖率骤减^[20]，气候变暖引发的珊瑚白化问题是导致全球珊瑚礁生态系统稳态明显退化的主要原因^[21]，如果气候条件持续恶化，全球海洋区域内的珊瑚礁以现在的锐减速度将于2070年消失^[18]。②共生生物：当共生虫黄藻受环境变化离开或死亡后会出现珊瑚白化现象，短时间内虫黄藻的回归可以让珊瑚恢复正常，否则珊瑚会因失去营养供给而死亡，最终导致整个珊瑚礁生态系统快速退化。③生物天敌：长棘海星（Acanthaster planci）因其较好的隐蔽性、较快的移动和繁殖速度广泛分布在岛礁，是珊瑚礁生态系统的主要捕食者^[19]，大规模长棘海星的爆发会导致大面积珊瑚被啃食，造成珊瑚覆盖率大幅下降，进而对珊瑚礁生态系统造成严重的影响；大法螺作为珊瑚礁生态系统中少数以长棘海星为食的动物，是有效应对长棘海星和病原菌的生态防控物种^[4]。④人类活动：沿海开发、富营养化或过度捕捞等都导致了珊瑚礁主要功能物种的覆盖率减少及多样性降低^[19]。因此，对标“海洋命运共同体”建设，党的二十大报告中强调的“保护海洋生态环境”研究工作已迫在眉睫。

1.2 南海珊瑚岛礁生态建设研究成果

在我国管辖的南海2.1×10⁶平方千米海域内，广泛分布着珊瑚岛礁，是我国十分宝贵的领土资源，更是我国实施南海开发与海洋生态文明建设的立足点。南海诸岛绝大部分是珊瑚岛礁，包含了在高潮时期也能露出水面的49个灰沙岛^[22]。钟晋梁等^[23]发现在丰富的生物碎屑、非风口浪头地形和足够的礁坪宽度等条件下，珊瑚岛礁经历了“潮间带海滩—裸沙洲—灌丛草被沙洲—灰沙岛”的天然发育过程，这种珊瑚天然灰沙岛的发育模式为生态造岛和生态岛礁建设奠定了理论基础。此后，汪稔等^[24]依据地球物理全采芯钻探和珊瑚沙岩土力学分析，揭示了珊瑚礁体的塔形结构与岩盆特征，并指出珊瑚礁体的主要成分为生物钙质。这种由生物钙质构成的礁体，即生物礁，是“珊瑚天然灰沙岛”的具体表现形式，可作为吹填岛礁的填筑材料。因此，健康的珊瑚礁生态系统对维护珊瑚岛礁的地质稳态与生态安全极其重要。

《联合国海洋法公约》规定，海岛应该满足“适宜居住、适合生产、天然发育”的条件。遵循“顺应自然意志、师法自然规律、加速自然进程”的思想，南海岛礁恢复保护工程是世界上最大的海洋生态保护工程，其战略意义极其重要。党的十九大报告明确了“南海岛礁建设积极推进”是十八大以来取得的经济建设重大成就之一。近年来，我国对主权海域上美济礁、渚碧礁、永暑礁等开展了大规模的岛礁吹填和珊瑚岛礁生态系统人工修复等生态建设活动。实际上，南海岛礁建设也是我国改革开放40年以来南海权益维护取得的一项显著成就，更是我国南海创新维权模式护取得的一项显著成就，更是我国南海创新维权模式的成功举措。作者团队主持的中国科学院战略性先导科技专项（A类）“南海相关岛礁生态建设研究与示范”以厘清促礁成岛、实现岛礁生态的可持续发展为主要科技目标，聚焦岛礁自然演替机制及其可持续发育的促进技术和岛礁生态的可持续发展机制核心科学问题，取得了一系列标志性成果：①在南沙群岛南缘珊瑚岛礁实施完成了“南科1井”科学钻探工作。“南科1井”是南海南部第一口穿透礁体的全取芯科学深钻，总进尺为2 020.2米，取芯率达91%，科学钻探取得了全球岛礁全取芯深度最大的历史突破。岩芯显示了礁体发育过程中经历多期构造事件，基底为巨厚的英安石、安山质玄武岩，初步确定了岛礁较高的整体稳定性。②制定了岛礁绿化指南并建立了绿色生态示范区。在南海岛礁建立了约10 000平方米近自然、节约型的高效绿色生态示范区和6 000平方米果蔬栽培示范区。③完成了29个岛礁适生工具种的种植、养护与配套应用技术，有效指导了前场建设工作。出版了《热带珊瑚岛礁植被恢复工具种图谱》，制定了《热带珊瑚岛礁植被构建乔木种植与养护技术指南》《热带珊瑚岛礁植被构建灌草藤种植与养护技术指南》《岛礁常见病虫害及防治技术手册》等。④开展了全球最大规模的岛礁生态系统修复工作。突破了砗磲贝、珊瑚、海藻等造礁关键物种繁育技术，形成了规模化培育，实现了珊瑚礁生态系统人工修复技术集成。在相关重点岛礁建成珊瑚礁生态修复示范区共约11 333平方米（170亩），包括培育断枝32 000株、底播移植珊瑚26 300株、成活率范围在60%—75%，放流人工繁殖鹿角杯型珊瑚幼体约70万枚、砗磲1 740个、海藻8 000多株、海草6 000株、马蹄螺约2 000个、1.5—2厘米马蹄螺苗约30 000个、白脊三列海胆和喇叭海胆约20 000个。⑤初步建立了岛礁淡水涵养新机制。通过建成岛礁地下水立体自动监测网，证实了岛礁陆域地下水逐渐淡化的趋势，准确掌握了地下水淡化进程，为后续岛礁淡水保护和利用奠定了重要基础。

2 冷泉生态系统研究和深海冷泉探索 2.1 冷泉生态系统

冷泉是由海底烃类分解产生的甲烷逸出，在海底形成的流体系统^[25]，即海底烃类能源的常见富集区。冷泉是甲烷物态演变与生态演化的关键窗口，被发现以来一直是国际研究的热点。冷泉生态系统是探寻可燃冰的重要标志之一，其食物网和代谢模式也是揭示深海极端生命前沿科学的重要突破口，聚焦着深海极端环境的化能合成和生物固碳过程。冷泉生态系统具有“三迅速一土著”的显著特征：①可燃冰样品脱离原位相平衡环境会迅速发生分解；②深海微生物通过基因调控蛋白表达可迅速响应环境变化；③氨氧化古菌（Ammonia-oxidizing archaear）等微生物在非原位环境会迅速发生基因组变化；④嗜压、嗜甲烷的冷泉区栖息生物土著性突出。冷泉生态系统的化能合成效率为5%—15%^[4]，高于自然光合作用的普遍效率（低于3%）并接近人工光合作用效率（最高10%）^[10]，故对冷泉生态系统的研究也是探索深海生物固碳过程的关键。南海在垂直尺度上占据着我国85% 的冷泉区。2015年，在我国南海珠江口盆地西部海域发现的海底巨型活动性“海马冷泉”是我国目前最大的深海冷泉，也是研究现代与历史甲烷渗漏温室效应的重要平台^{[26, 27]}。

深海甲烷占据全球最大的甲烷储库，研究表明全球海洋中的甲烷水合物储量为5×10¹¹—1×10¹²吨碳，相当于目前大气中碳含量的2—4倍，而这些甲烷水合物大多存在于深海沉积物中^[28]，又因其是链接深海碳循环的重要载体，故而在全球碳循环及其生态效应中扮演着重要角色。探索深海甲烷“源—汇”平衡是当前国际研究的新热点，深海游离态甲烷“二源三汇”过程包括深部热成因和生物成因的碳“源”与生物、化学和物理固定过程的碳“汇”（图 2）。在海底甲烷“二源三汇”的演变中，可燃冰形成与分解处于甲烷循环网络的关键节点，是深海化能合成生态系统的重要碳源（图 3）；微生物化能合成的生物固碳（甲烷），是深海可燃冰等烃类能源开发碳增汇、碳中和的关键。认知深海甲烷“二源三汇”的演变过程，探索深海微生物化能合成的生物固碳规律，掌握海底能源开采过程中甲烷的状态及其变化趋势，对支撑深海烃类能源开发与碳增汇极其重要。

2.2 冷泉生态系统研究装置

冷泉生态系统在脱离原位环境后很难进行准确、全面的认知^[29]。因此，原位探测与原位实验是准确和全面认识冷泉生态系统的唯一可靠手段^{[30, 31]}。在深海原位探测领域，无人遥控潜水器探测技术虽然相对成熟，但只能得到孤立的谱图信息和照片，也受限于单项感应的现象观测，并不能满足冷泉复杂科学问题的高精度定量研究。此外，陆域多场模拟实验离不开科研人员的“七窍感应”和定向精准控制调节，无法达到高灵敏、高精度、多场协同的信息处理能力，不能实现全方位、多要素、多过程协同控制观测和定量研究^{[32, 33]}。目前，国际载人长期海底原位实验站技术成熟，超过65座海底实验室建成并持续运行，新建装置NR-2正处于论证中。在现有技术支撑下的载人原位长周期实验，即可实现冷泉生态系统的信息处理，是定量研究深海冷泉的关键手段^{[34, 35]}。首批登上NR-1的科学家布鲁斯·希森，通过深海原位考察推翻了自己历时8年写成的海洋地质专著中的部分论点，可见深海原位观测与实验对海洋理论技术研究的关键作用。目前，在役的俄罗斯载人潜水器“小马驹”于北冰洋门捷列夫大陆架采集了大量地质岩芯，其科研成果为申诉扩展北极控制区域的海洋权益提供了重要依据。然而，我国目前的载人潜水器与发达国家存在较大差距，仅满足片段性、小规模的点域性采样和观测，远不能满足深海长期驻留、原位精细观测、原地实验与绿色开发的探测与研究需要。因此，为开展长期、原位观测研究，我国亟须建设载人深海实验室，开展长期、原位观测研究。

由于冷泉存在渗漏喷发不连续、区域差异性大、不同时间特征差异较大等客观因素，且可燃冰现场试验存在成本高、周期长、风险大、重复难度大等特性。同时，在观测离散数据基础上开展室内模拟和模型研究、进行原位模拟重塑和重复性实验有利于冷泉和深海甲烷演化规律的研究，室内模拟重塑自然成为研究冷泉和海底甲烷物态演化规律的重要途径。因此，对冷泉生态系统的研究应转变为冷泉理论、资源潜力及外界扰动的环境与生态效应原位试验，将长周期原位立体智能观测、海底实验室、有人与无人智慧融合的原位观测，进行多参数、多相态、多界面保真模拟验证，故“原位+模拟重塑”的研究方法将是深海环境及生态效应研究的必然趋势。

聚焦高压和富甲烷条件下化能合成作用的黑暗生物圈、深海烃类能源形成演化过程及生态环境效应等重大问题，为掌握深海底甲烷“源—汇”规律，解决冷泉生态系统演变、发育动力机制和极端生命演化等前沿科学问题，亟须以突破化能合成生物固碳（甲烷）的原地实验、原位观测和保真模拟研究的装备技术瓶颈为工程目标，建造冷泉生态系统研究装置，助力掌握深海烃类能源开采过程环境变化及效应研究。具体核心科学问题包括：①冷泉发育动力学机制、极端生命演化过程与环境适应机制、生态固碳（甲烷）的贡献率；②高压和富甲烷深海环境中的生命策略与生存策略，冷泉生态系统元素循环和能量转换的动态过程；③深海底甲烷的物态演变过程与“源—汇”机制，解决深海微生物化能合成的生物固碳机制。

目前，冷泉生态系统研究装置已成功列入国家“十四五”重大科技基础设施规划，是国际首套面向冷泉生态系统的大科学装置，具有不可替代的前沿创新能力。冷泉生态系统研究装置（图 4）包括海底实验室分总体、保真模拟分总体和支撑保障分总体，三大部分互相支持、有机融合。①海底实验室分总体，将载人与无人技术高度融合，最多可支持3名操作人员和3名科学家在2 000米深海底进行连续30天的实验研究，为陆地保真模拟分总体提供冷泉样地基础数据、保真样品并验证模拟结果；②陆地保真模拟分总体，在海底原位观测与研究的基础上，对冷泉生态系统发育演化过程和可燃冰开采全流程工程技术等进行保障模拟研究，其最大工作压力达2×10⁷帕斯卡，水体总高度15米，可指导原位观测与实验方案设计、重复性验证结果和规律性认知；③支撑保障分总体，由水面保障母船和研发与智慧管理中心组成，为整个冷泉装置日常运行和海上作业提供配套的保障支撑和智慧管理。

3 海洋生态产业展望与发展建议

近10年来，我国把生态文明建设摆在全局工作的突出位置，海洋生态环境保护作为重要内容受到高度重视，党的二十大报告进一步明确“发展海洋经济，保护海洋生态环境，加快建设海洋强国”^②。未来，依托自然资源丰富和生态资源潜力巨大的南海，大力开展海洋科技与服务创新，引领海洋生态产业体系升级，以高水平海洋生态环境保护促进海洋经济高质量发展，必将成为我国参与全球竞争的重要手段。

② 习近平：高举中国特色社会主义伟大旗帜 为全面建设社会主义现代化国家而团结奋斗——在中国共产党第二十次全国代表大会上的报告. (2022-10-25)[2024-09-10]. https://www.gov.cn/xinwen/2022-10/25/content_5721685.htm.

3.1 海洋生态产业发展机遇

构建现代化海洋产业体系是推动海洋经济高质量发展的必经之路，例如新加坡、荷兰鹿特丹、英国伦敦等先进国家和地区将港口物流、海事金融、海洋高端服务等作为旗舰产业，奠定了其在全球海洋中心城市的优势地位。我国与发达国家仍有差距，但在海洋生态产业上具有强劲的后发优势。目前，我国秉持绿色发展的理念，全面推进海洋生态文明建设，海洋生态恢复保护工程世界领先（图 5），成为海洋新兴产业发展的重要着力点。

2023年中央一号文件提出“建设现代海洋牧场”的理念^③，拉响了发展海洋生态产业的冲锋号。面向海洋强国、碳达峰碳中和等国家战略，聚焦海洋产业集群培育需求，海洋牧场、海洋旅游、海洋蓝碳等海洋生态产业，海洋生态产业迎来了重大发展机遇。

③ 中共中央 国务院关于做好2023年全面推进乡村振兴重点工作的意见. (2023-02-13)[2024-09-10]. https://www.gov.cn/zhengce/2023-02/13/content_5741370.htm.

3.2 海洋生态产业发展建议

面对百年未有之大变局，海洋生态产业发展的机遇与挑战并存，坚持创新驱动发展，不断突破海洋科技，建设以实体经济为支撑的海洋生态产业体系，将是我国南海寻求海洋经济高质量发展的重要路径之一。着眼岛礁生态系统和冷泉生态系统的特征，部署海洋生态产业，大有可为。

（1）坚持绿色发展理念，以岛礁为基点，提高可再生能源供应能力。面向岛礁建设发展的能源供给保障需求，依托岛礁地理位置、气候条件、资源条件，评估岛礁所在地区的太阳能、风能、海洋能（如潮汐能、波浪能）等可再生能源资源情况，合理布局可再生能源项目，研发适应海岛气候和海洋环境的设备，建设相应的发电和储电设施（太阳能发电站、风力发电场、海洋潮汐能、波浪能发电站、蓄能电站等），提升我国岛礁区域可再生能源的供应能力，为经济社会发展和海洋强国建设提供清洁、可持续的能源支撑保障。

（2）践行“大食物观”，以岛礁为基地，打造南海“蓝色粮仓”。南海岛礁海域具有温度适宜、水质优良、鱼类资源丰富、“天然渔场”等得天独厚的地理环境和资源条件，适合发展海水养殖业。依托岛礁资源，以珊瑚礁生态系统养护为核心，以人工鱼礁建设、资源养护增殖的方式建设海水养殖示范区，引进并培育优良的养殖品种、加强养殖设施设备的研发和应用、突破养殖平台的可持续能源、养殖网箱防污损等关键技术；同步加大环境监测和捕捞管控力度，做好污染治理与捕捞强度管控，发展种业、装备与生态保护一体的现代化产业链，推广海洋生态健康养殖模式，为我国的食品粮食安全和农业可持续发展提供有力保障。

（3）瞄准人民生活新需求，开发岛礁休闲旅游新产品。利用岛礁的特色资源，在生态优先绿色发展的原则下，开发岛礁自然景观（海岛探险、珊瑚礁观光、海上日出日落等）、历史文化与民俗风情（文化体验游、科普教育、渔俗文化等）等旅游产品，根据个性化需求提供定制化的产品和服务（私人海岛度假、主题游等），不断拓展“1+N”岛礁休闲娱旅生态产业，让旅客在观赏自然美景的同时感受文化魅力和深度参与的体验感。另外，注重运用大数据、云计算、物联网、人工智能等现代信息技术，支撑岛礁的智慧旅游服务，通过不断创新和完善，满足游客多元化需求，推动岛礁旅游业高质量发展。

（4）聚焦“双碳”目标，发挥冷泉碳汇和碳埋藏功能，释放海洋蓝碳潜力。深海甲烷是全球最大的甲烷储库，深入研究深海冷泉生态系统中甲烷的“二源三汇”特性，认识深海甲烷碳循环过程与碳增汇机理、掌握冷泉区域典型物种、化学固碳（甲烷）、储碳维持机制，开发深海物理—化学—生物协同的碳（甲烷）捕集、碳增汇技术与固碳、碳埋藏（有机物海底沉积）技术，构建系统的深海甲烷负碳排放技术、计量体系、监测技术、操作规范和评价技术方法体系，制定甲烷相关的蓝碳交易规则和标准，健全蓝碳市场体系，激活深海冷泉蓝碳经济的巨大活力。