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Coral

珊瑚101: 珊瑚的希望 – 人工魚礁

February 25, 2021
| 珊瑚101: 珊瑚的希望 – 人工魚礁

關於我們

海洋公園舉辦了「海洋公園Chill級保育計劃」,當中的「海洋公園保育聯盟」邀請本地中學參與綠海龜、金裳鳳蝶及鹿角珊瑚的保育工作。其中一項為鹿角珊瑚而設的保育工作便是應用人工智能技術,協助研究人員整合珊瑚普查的數據,建立香港珊瑚人工智能辦識系統,從而提升學生對香港珊瑚多樣性的認識及親身為海洋保育出一分力。
「海洋公園Chill級保育大使計劃」 邀請大專生成為教育大使,向大眾分享動物和保育知識。我們將在一連三期的雜誌介紹其中一種動物 — 鹿角珊瑚。第一期先介紹珊瑚的基本資料以及復育工作。

編輯:畢卓忻、張梓晴、鍾靜儀、何浩賢、潘耀興、袁澤豐

珊瑚探究

珊瑚到底是動物還是植物?

珊瑚是動物。只因我們肉眼看不到牠們移動,所以經常誤當珊瑚是植物。
珊瑚是由很多珊瑚蟲組成的,每一個珊瑚蟲都有一個口部用作進食和排泄,觸手則用來自我防禦及捕捉食物。

珊瑚有什麼種類?

珊瑚被分成三大類,分別是六放珊瑚,八放珊瑚和水螅珊瑚。
六放珊瑚有十二隻以上的觸手,數量是六的倍數;八放珊瑚只有八隻觸手,而水螅珊瑚的珊瑚蟲很小,很難用肉眼觀察。
六放珊瑚的珊瑚蟲在底部分泌碳酸鈣,沉積後形成外骨骼。當外骨骼不斷地堆積和互相連會分泌碳酸鈣,沉積後形成外骨骼。當外骨骼不斷地堆積和互相連結起來,便會形成像澳洲大堡礁一樣的珊瑚礁,因此這種珊瑚又稱為造礁珊瑚。這次的主題動物鹿角珊瑚就是屬於這個類別。
八放珊瑚,如軟珊瑚和柳珊瑚等,則沒有外骨骼,只有骨針在內部支撐群體,外部是軟肉。

珊瑚的顏色來自哪裹?

大部份珊瑚的碳酸鈣骨骼是白色,珊蝴蟲是透明。五彩繽紛的顏色來自生活於珊瑚蟲體內的共生藻類 - 蟲黃藻。

蟲黃藻是什麼?

蟲黃藻是一種和珊瑚共生的藻類。牠們屬於互利共生的關係, 珊瑚蟲給予蟲黃藻一個居住的地方, 蟲黃藻則會為珊瑚蟲提供所需的養份。由於珊瑚蟲靠觸手在晚上捕獲食物只佔全部能量來源的約10%,要依靠蟲黃藻提供透過光合作用所產生的有機物質提供其餘近90%的能量。珊瑚蟲和蟲黃藻互相各取所需,互惠互利。

珊瑚對海洋和人類有多重要?

珊瑚礁被稱為「海洋的熱帶雨林」,為不同海洋生物提供居所和食物,對維持生物多樣性發揮很大的作用。除此之外,珊瑚礁形成保護海岸線的天然屏障,減少海水侵蝕,從而保護沿岸的設施。

香港有珊瑚礁嗎?

珊瑚礁是由造礁珊瑚(六放珊瑚)互相堆積而形成的。珊瑚礁有幾種形態,以澳洲大堡礁為例,從高空俯瞰會看到堡礁和陸地之間好似隔著一條護城河。
受制於地理因素, 香港冬天的水溫普遍較低, 不利於珊瑚的生長, 所以並沒有珊瑚礁, 只有珊瑚群落。香港東及東北水域有天然屏障保護,在西貢、 東平洲等都可以找到珊瑚群落。

珊瑚面臨什麼威脅?

海水溫度升高或水質污染令珊瑚受壓,蟲黃藻可能因而離開珊瑚,剩下透明的珊瑚蟲和白色的骨骼,形成珊瑚白化。雖然蟲黃藻離開令珊瑚失去最主要的能量來源,但珊瑚並不會即時死亡。只要水質改善,蟲黃藻還是會重新回到珊瑚。但如果情況繼續惡化,白化的珊瑚就會步向死亡。因此白化現像是珊瑚向人類發出的求救訊號。

我們如何出一分力保育珊瑚?

我們可以從日常生活出發。例如市面上不少防曬產品都含有對珊瑚有害的成分,即使你不進行水上活動,防曬還是會在沖洗的過程經由排水管進入大海。選購珊瑚友善的防曬產品或使用物理防曬方法(如穿著防曬衣)就可以避免水質污染。我們亦可從多方面減少碳排放以避免海水溫度上升,例如減少進食紅肉,以公共交通工具代步,選購一級能源標籤的電器。這些日常的小改變都可以為珊瑚帶來一個更好的環境。

人工礁盤——珊瑚碎片的希望

什麼是珊瑚礁盤?

由於珊瑚的生長需要依附在一個堅硬穩固的表平面上(如岩石、石頭等), 珊瑚礁盤能作為一個地基, 為珊瑚蟲在柔軟的沙面上提供一個可生長的地方和增加繁衍的機率。平日裏,隨着海浪的衝擊,海洋生物對珊瑚的侵蝕,一些珊瑚部分會從主體剝落,形成珊瑚碎片。它們大多數會因海牀泥土的覆蓋而無法吸收陽光,加上不斷受到泥沙磨蝕,導致難以存活。但珊瑚礁盤給予它們一個可以依附的堅固結構,去發展出全新的生命。

珊瑚礁盤的“進化”

珊瑚礁盤的種類十分多樣,它們有不同的材質,結構,大小和成本。常見的珊瑚礁盤多是本身源自其他用途的廢棄人造物,例如鋼鐵船,木船,水泥船,舊輪胎,混凝土建築部件,舊海事建築物等等。它們構造上大多數都有許多空隙,內腔和堅固的表面可供珊瑚依附生長。但與此同時,這些材質的礁盤有機會釋出有毒的化學物質,毒害珊瑚。後來,有學者和保育團體開始設計並打造專門爲修復珊瑚羣落而設珊瑚礁盤。例如2016年,由漁護署和香港大學太古海洋科學研究所(SWIMS)開展的海下灣海岸公園石珊瑚修復項目,當中便包含了一項礁盤計劃。2020年7月份,香港大學建築學院和海洋生物學家合力利用3D打印技術製作出陶土材質的珊瑚礁盤。這個修復項目中的珊瑚盤礁從整體外觀至細節設計都別有用意,完全針對珊瑚生長的特性而製。

是次計劃其中一個主要的珊瑚修復對象便是鹿角珊瑚(Acropora)。鹿角珊瑚生長快速,具有適合珊瑚魚和無脊椎動物棲息的多支結構,卻對環境變化十分敏感,需要集中保育以保留其寶貴的生態作用。保育團體在放置珊瑚礁盤後一年半會保持對珊瑚生長情況的監測,收集數據,利用科學方式進行分析,這個結果將會成爲日後進行珊瑚保育的寶貴資料。

學生紀錄

在剛過去的十一至十二月,同學們通過珊瑚保育及人工智能的工作坊,認識了本港不同珊瑚品種以及目前珊瑚保育工作,明白到保護珊瑚的重要性和迫切性,因而激起了他們為保育珊瑚出一份力的心。活動因為疫情關係改為網上進行,亦無阻同學們對人工智能以及珊瑚保育的熱情。並不是所有同學都接觸過程式編碼,他們反而向難度挑戰,善用網上平台交流發問,分享圖片辨識的成果,互相學習。不少同學更表示重複觀看網上工作坊影片有助重溫及鞏固學習內容,提高學習效率。
 
當中一大亮點就是運用人工智能建立辨識珊瑚的程式。同學學習親手建立一個人工智能識別珊瑚的系統:由網上蒐集圖片、實地考察拍攝照片; 到整理、篩選合適圖片; 再到使用Makesense 在圖片標籤珊瑚;繼而讓人工智能系統透過大量圖片輸入學習,根據不同珊瑚特徵分辨各個品種; 最後反覆試驗並優化系統。
 
所有同學們都已建立自己的人工智能系統,現正努力處理並輸入更多照片供系統學習,以提高辨識準確度。同學們自己無法辨認珊瑚是其中一個難題,畢竟他們不是珊瑚專家,凡是遇上罕見品種或者沒有典型珊瑚特徵的都會措手不及,但是他們積極面對困難,在接觸及比對更多照片中累積經驗,並徵詢專家意見。
 
技術上的問題包括; 如何標籤半個珊瑚或重疊的珊瑚、應否標籤已死亡的珊瑚等等。相信他們遇上了並提出這些問題都反映他們不斷試驗系統,希望進一步把它完善。
 
在這一至兩個月的時間,同學們在兼顧繁重的學業以外都花了不少時間建立及改善人工智能系統,成果實在令人鼓舞。究竟人工智能系統最終能否成功運用在珊瑚保育上? 請密切留意下期雜誌!

參考資料

Agriculture, Fisheries and Conservation Department, Government of the Hong Kong Special Administrative Region. Retrieved from http://www.afcd.gov.hk/tc_chi/conservation/Con_hkbsap/bsap_implementation/files/Hard_Coral_C.pdf
 
Artificial Reef Project. 香港人工魚礁計劃. Retrieved from http://www.artificial-reef.net/Chinese2/cmain.htm
 
Earth.Org - Past | Present | Future | Environmental News, Data Analysis, Research & Policy Solutions. Artificial Corals: Improving the Resilience of Coral Reefs (part II) |
 
Earth.Org - Past | Present | Future. Retrieved from http://earth.org/artificial-corals-improving-the-resilience-of-reefs-part-ii/
 
How Coral Reefs Grow. Retrieved from https://coral.org/coral-reefs-101/coral-reef-ecology/how-coral-reefs-grow/
 
Marine Conservation - Koh Tao. Artificial Reefs: What works and what doesn’t. Retrieved from http://newheavenreefconservation.org/marine-blog/147-artificial-reefs-what-works-and-what-doesn-t
 
保護香港珊瑚。取自https://www.afcd.gov.hk/english/conservation/con_mar/con_mar_edu/files/Conserve_Hong_Kong_Corals_2020.pdf
 
珊瑚的分類。取自https://kids.coa.gov.tw/view.php?func=knowledge&subfunc=kids_knowledge&category=A24&id=212&print=1
 
香港大學建築與海洋生物學者合作研製創新3D打印人工礁盤 重建香港水域珊瑚群落保育生物多樣性。取自https://www.hku.hk/press/c_news_detail_21387.html