《Coastal Engineering》：Ecologically engineered seawall revetments for enhancing marine biodiversity: elevation and design options
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潮汐水位和表面处理显著影响东海生态海堤的生物多样性，中潮位生物种类最多且多样性最高，贝壳嵌入处理效果最佳，建议推广贝壳基生态海堤建设。
黄俊宝|云鹏|韩宇|刘青|陈华宇|李增峰|顾佳丽|曾健|葛振明
中国浙江水利与河口研究院（浙江海洋规划与设计研究院），杭州
摘要
硬质、平坦的混凝土海堤通常会导致海岸环境和栖息地质量的退化，从而降低海洋生物多样性。因此，迫切需要减轻传统海堤的负面影响，并增强海岸建设的生态功能。在中国东部，我们研究了潮位高度和生态工程海堤护面（即表面处理、打孔处理和嵌入贝壳处理）对海洋生物丰富度和多样性的影响。在观察期间，软体动物、节肢动物和藻类是附着在实验海堤块上的主要物种。在高、中、低潮位分别发现了8种、18种和10种海洋生物，呈现出凸二项式趋势。由于高潮位时海堤块上剩余的海水蒸发速率较高，观察到的物种数量、生物丰度和生物多样性最低。在中潮位时，分类单元丰富度和生物多样性指数最高；而在低潮位时，由于洪水侵袭和沉积物堆积，这些指数有所下降。此外，与未经处理的平坦海堤块相比，表面处理过的海堤块增强了附着海洋生物的物种数量、生物丰度和生物多样性指数。打孔处理和嵌入贝壳处理的海堤块支持的附着生物分类单元丰富度最高，而简单的粗糙处理效果相对较弱。在低潮位时，嵌入贝壳处理的海堤块的生物多样性指数高于打孔处理的海堤块。这项原位实验表明，潮位高度、表面栖息地异质性和保水能力是控制海洋生物多样性的关键因素。由于牡蛎壳在中国是一种安全且丰富的生物资源，我们建议使用它们来建造基于自然的海堤护面。本研究的结果为优化海堤的生态功能提供了实验证据，以确保海岸保护和生物多样性维护的协同效益。
引言
过渡水域的海岸生态系统受到潮汐作用、沉积物输送和营养流的影响，这些因素有助于形成适合海洋生物的栖息地（Duarte等人，2020年；Herbert-Read等人，2022年）。相反，目前全球超过40%的人口居住在距离海岸100公里以内的地区（Neumann等人，2015年），因此，海堤的建设已成为防止洪水、风暴和台风事件的主要基础设施干预措施。然而，这种海岸线工程导致海岸线硬化，为大多数海洋物种创造了不适宜生存的环境，从而导致生物多样性和生态系统功能的显著下降（Chapman，2003年；Browne和Chapman，2011年；Firth等人，2016年）。
为了增强海堤的生态系统功能和海洋生物多样性，研究人员应用了一些生态工程原理，主要包括护面表面异质性、建造岩石池、坑洞和沟槽，以及使用裂缝瓷砖（Firth等人，2014年，2016年；Loke等人，2017年；Bradford等人，2020年；Clifton等人，2022年）。生态工程海堤被认为是减少沿海地区生物多样性丧失的环保解决方案（Chapman，2003年；Firth等人，2014年；Bradford等人，2020年）。此外，牡蛎礁的恢复可以形成复杂的三维结构，创造维持初级生产、营养输送和海洋生物多样性的栖息地（Walles等人，2016年；Chan等人，2022年；Smith等人，2023年）。根据先前的研究，潮位高度是生态友好型海堤建设中最关键的考虑因素之一（Firth等人，2016年）。在整个潮汐梯度上，水动力和沉积物含量的显著变化可能导致生态海堤的实际效果有所不同。此外，重建的海堤可能通过为非本地或机会主义物种提供新的适宜栖息地，影响海洋生物的群落结构（Airoldi等人，2015年；Gittman等人，2015年，2016年；Mercader等人，2018年）。
由于沿海经济的快速发展，中国超过60%的海岸线被数千公里的人工海堤所包围，导致海洋生物多样性和相关生态系统服务急剧下降（Ma等人，2014年）。在中国大部分低洼潮滩进行大规模填海之后，合理的生态海堤设计和经济解决方案尤为重要。最近，政府发布了许多可持续的沿海发展计划，旨在“优先考虑沿海地区的生态功能，确保海岸风险预防和资源环境保护的需求”。迄今为止，关于中国基于生物多样性的生态海堤改造的研究仍然有限，缺乏有关实际案例和基线生态效应的直接证据。
作为中国的主要沿海省份，浙江省拥有6715公里的海岸线，其中包括2218公里的大陆海岸线和4497公里的岛屿海岸线。浙江省还位于潮差最大的区域，沉积物负荷量也较高。历史调查显示，浙江省海岸线的底栖生物资源丰富，海洋生物多样性高。然而，在传统表面平坦的海堤上只能找到少数海洋物种。在这项研究中，我们对浙江省的海堤块进行了原位实地实验，对其进行了各种护面表面处理，包括表面粗糙处理（SR）、打孔处理（HD）和嵌入牡蛎壳处理（SE），并与平坦表面的海堤块进行了对比。实验海堤块设置在不同的潮位高度，持续了12个月。本研究的主要目的是测试潮位高度和护面表面处理对中国东部潮差大、悬浮沉积物含量高的亚热带海岸海洋生物的丰富度和多样性的影响。我们的发现将为增强海堤结构的生态功能提供初步见解，并指导中国内陆的环保型海岸建设。
研究地点
实验在中国东部的温岭市海岸进行（北纬28°12′?28°32′，东经121°09′?121°44′；图1），该地区属于浙江省。温岭市拥有317公里的海岸线，研究地点的总堤坝长度为6.48公里，包括长兴恒塘、上仓和上夏蒙海堤。研究区域的年平均气温为17.3℃，年降水量为1649毫米。最热的月份是七月，平均气温为
护面表面上海洋生物的群落特征
全年附着在护面表面上的海洋生物的群落组成和物种丰度列在表S1-S3中。无论季节和处理方式如何，在高潮位都观察到了8种物种，包括五种软体动物：Littorina brevicula、Assiminea brevicula、Nodilittorina exigua、Nerita yoldii和Cellana toreuma；一种节肢动物：Balanus trigonus；以及两种藻类：Corallina sessilis和Enteromorpha linza沿潮位的海洋生物变化
在不同潮位高度安装实验海堤块后，自春季（安装后3个月）起，块面上的物种数量和生物丰度开始增加，在秋季（9个月）达到最大值，然后在冬季略有下降（表S1-S3）。海洋社区的生物多样性指数（包括H′、D′和J′）在秋季和冬季也保持在较高水平，表明结论
在中国东部进行了一项原位实验，以研究潮位高度和表面处理过的海堤块对海洋生物丰度和多样性的影响。在整个观察年度中，软体动物、节肢动物和藻类是附着在实验块上的主要物种，而不同潮位高度上的分类单元丰富度存在显著差异，呈现出凸二项式趋势。物种数量和生物丰度以及
CRediT作者贡献声明
黄俊宝：撰写——初稿、可视化、验证、监督、软件、资源、项目管理、方法论、调查、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。云鹏：撰写——初稿、验证、资源、项目管理、方法论、调查、正式分析、数据管理。韩宇：调查、正式分析、数据管理。刘青：调查、正式分析、数据管理。陈华宇：
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（2023YFC3007900和2024YFF0808804）、国家自然科学基金（42576159）、浙江省科技项目（2022R52018）、浙江省水利厅科技项目（RB2414、RC2259和RB2220）以及浙江水利与河口研究院项目（HaiGui C24006和HaiGui C24008）的支持。
