海洋沿岸生態系

海洋沿岸生態系は、陸地と海洋が出会う場所に発生する海洋生態系です。全世界で約 620,000 キロメートル (390,000 マイル) の海岸線があります。沿岸生息地は大陸棚の縁まで広がり、海洋表面積の約 7 パーセントを占めています。海洋沿岸生態系には、それぞれ独自の特徴と種の構成を持つ、非常に異なるタイプの海洋生息地が多数含まれています。それらは、高いレベルの生物多様性と生産性を特徴としています。

たとえば、河口は淡水の川が海の塩水と出会う場所で、魚、貝、鳥など、さまざまな種が生息する環境を作り出しています。塩性湿地は、温帯および高緯度地域の低エネルギー海岸線で繁茂する沿岸湿地で、多くの魚や貝類の重要な生育場所となる、塩に耐性のあるコードグラスやマーシュエルダーなどの植物が生息しています。マングローブ林は熱帯または亜熱帯の海岸の潮間帯に生息し、カニ、エビ、魚など、多くの海洋種の生息地を保護する塩に耐性のある木々が生息しています。

さらなる例としては、暖かく浅い沿岸水域に見られるサンゴ礁と海草藻場があります。サンゴ礁は、波によってかき乱される高エネルギーの海岸線の栄養分の少ない水域で繁栄します。サンゴ礁は、サンゴポリプと呼ばれる小さな動物のコロニーで構成された水中生態系です。これらのポリプは、時間の経過とともに蓄積される硬い炭酸カルシウムの骨格を分泌し、複雑で多様な水中構造を形成します。これらの構造は、地球上で最も生物多様性の高い生態系の一部として機能し、非常に幅広い海洋生物の生息地と食料を提供しています。海草藻場はサンゴ礁に隣接する場合があります。これらの藻場は、多くの魚類、カニ、ウミガメ、さらにはジュゴンの育成場所と食料源となる海洋顕花植物が生息する水中の草原です。やや深い水域にはケルプの森があり、これは主に温帯地域の冷たく栄養分が豊富な水域に見られる水中生態系です。これらは、数メートルの高さに成長する海藻の一種であるケルプと呼ばれる大きな褐藻類が大部分を占めており、密集した複雑な水中の森を形成しています。ケルプの森は、多くの魚種、ラッコ、ウニにとって重要な生息地となっています。

海洋沿岸生態系は、直接的にも間接的にも、栄養素や元素の循環、汚染物質のろ過による水の浄化など、人間のためのさまざまな生態系サービスを提供しています。また、気候変動に対するクッションとして炭素を隔離しています。嵐の影響を軽減し、海岸浸食を減らし、極端な現象を和らげることで海岸を保護します。商業漁業に不可欠な生育場と漁場を提供します。レクリエーションサービスを提供し、観光業を支えています。これらの生態系は、汚染、乱獲、沿岸開発など、さまざまな人為的および自然的撹乱に対して脆弱であり、それが生態系の機能と提供するサービスに重大な影響を及ぼしています。気候変動は、海面上昇、海洋酸性化、嵐の頻度と激しさの増加によって沿岸生態系に影響を及ぼしています。海洋沿岸生態系が損傷または破壊されると、それらに依存する海洋種だけでなく、海洋生態系全体の健全性にも深刻な影響を与える可能性があります。海洋保護区の設立や持続可能な漁業慣行の開発など、海洋沿岸生態系の保護と回復に向けたいくつかの保全活動が進行中です。

地球には約62万キロメートル（39万マイル）の海岸線がある。沿岸生息地は大陸棚の縁まで広がり、地球の海洋の面積の約7％を占めている。^[1]これらの沿岸海域は生産性の高いシステムであり、陸地からの栄養流出物の処理や気候調節など、人類にさまざまな生態系サービスを提供している。^{[2]しかし、沿岸生態系は気候変動や}富栄養化などの人為的な圧力によって脅かされている。沿岸域では、沿岸生態系の機能とサービスを維持する栄養素と炭素のフラックスと変換は、海底で発生する底生生物と化学プロセスによって強く制御されている。^[2]

沿岸システムは、陸地からの人為的排出物が海洋に到達する前に効率的に処理することで、気候と栄養循環の調整にも貢献しています。 ^{[3] [4] [5] [6]}世界人口の大部分が海岸近くに住んでいることを考えると、これらの生態系サービスの価値が高いことは明らかです。^{[7] [8] [2]}

現在、世界中の沿岸海域は、気候変動、人為的栄養素の流入、乱獲、外来種の蔓延など、人為的な圧力によって引き起こされた大きな生態学的変化を経験している。^{[9] [10]}多くの場合、変化は根本的な生態学的機能を変化させ、新しい状態が達成され、ベースラインがシフトする。^{[11] [12] [2]}

国連は2015年に、2030年までに特定の目標を達成することを目指して17の持続可能な開発目標を設定した。14番目の目標である「海の豊かさを守ろう」のミッションステートメントは、「持続可能な開発のために海洋と海洋資源を保全し、持続可能な形で利用する」ことである。^[13]国連はまた、2021年から2030年を「国連生態系回復の10年」と宣言したが、沿岸生態系の回復は適切な注目を集めていない。^[14]

潮間帯は、干潮時には目に見える形で空気にさらされ、満潮時には海水に覆われる領域である。^[15]潮間帯は物理的に4つの区分に分けられ、それぞれに特徴と野生生物が異なっている。これらの区分は、スプレーゾーン、高潮間帯、中潮間帯、低潮間帯である。スプレーゾーンは、通常、海からのみ到達し、満潮または嵐のときのみ水没する湿った領域である。高潮間帯は満潮時には水没するが、満潮と満潮の間の期間は長期間乾燥したままである。^[15]この地域では条件が大きく変化する可能性があるため、フジツボ、巻貝、ムール貝、ヤドカリなど、これらの変化に耐えられる回復力のある野生生物が生息している。^[15] 潮は1日に2回中潮間帯を流れ、このゾーンにはより多様な野生生物が生息している。^[15]低潮間帯は干潮時を除いてほぼ常に水没しており、水が保護しているため生物がより豊富です。^[15]

河口は、海水と淡水の水源の間で塩分濃度に顕著な変化がある場所に発生します。これは通常、川が海洋または海と出会う場所で発生します。これらの地域の水は汽水（海に流れる淡水と塩分を多く含む海水が混ざったもの）であるため、河口で見つかる野生生物は独特です。^[16]他の種類の河口も存在し、従来の汽水河口と同様の特徴を持っています。五大湖はその代表例です。そこでは、川の水が湖の水と混ざり合い、淡水の河口を形成します。^[16]河口は、多くの人間や動物種がさまざまな活動に頼っている非常に生産性の高い生態系です。^[17]これは、世界の32の大都市のうち22が河口に位置していることからもわかります。河口は、多くの種にとって重要な生息地や、多くの沿岸コミュニティの経済の中心地など、多くの環境的および経済的利益をもたらします。 [ ^17]河口は、水のろ過、生息地の保護、浸食の抑制、ガスの調節、栄養循環などの重要な生態系サービスを提供し、人々に教育、レクリエーション、観光の機会さえも提供します。^[18]

ラグーンは、サンゴ礁や砂州などの自然の障壁によって広い水域から隔てられた領域です。ラグーンには、沿岸ラグーンと海洋/環礁ラグーンの2種類があります。^[19]沿岸ラグーンは、上記の定義のとおり、障壁によって海洋から隔てられた水域です。環礁ラグーンは、円形のサンゴ礁、またはラグーンを取り囲むいくつかのサンゴ島です。環礁ラグーンは、沿岸ラグーンよりもはるかに深いことがよくあります。^[20]ほとんどのラグーンは非常に浅く、降水量、蒸発量、風の変化に大きく影響されます。つまり、ラグーンの塩分濃度と温度は大きく異なり、淡水から高塩分までの範囲の水を持つことができます。^[20]ラグーンは、南極を除く世界中のすべての大陸の海岸で見られ、鳥、魚、カニ、プランクトンなど、多種多様な種が生息する極めて多様な生息地です。^[20]ラグーンは、多くの異なる種の生息地であることに加えて、幅広い生態系サービスを提供しているため、経済的にも重要です。これらのサービスには、漁業、栄養循環、洪水防止、水ろ過、さらには人間の伝統も含まれます。^[20]

サンゴ礁は世界で最もよく知られている海洋生態系の一つで、最大のものはグレートバリアリーフです。これらのサンゴ礁は、共存する様々な種の大きなサンゴのコロニーで構成されています。サンゴは周囲の生物と複数の共生関係を築いています。^[21]サンゴ礁は地球温暖化の影響を強く受けています。サンゴ礁は最も脆弱な海洋生態系の一つです。温暖化レベルの高い海洋熱波により、サンゴ礁は大きな衰退、重要な構造の喪失、海洋熱波の高頻度化のリスクにさらされています。^[22]

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  サンゴ礁
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  サンゴ、マングローブ、海草の多様性の世界的分布
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  恥ずかしがり屋だが脅威にさらされているジュゴンが海草の草原を食み、再生を促している^[23]

二枚貝礁は、侵食防止や海岸線の安定化を通じて沿岸保護を提供し、生態系工学によって物理的な景観を修正し、干潟の底生生物群集、海草、湿地などの他の生息地との促進的な相互作用によって種の生息地を提供します。^[24]

右の図に示すように、植生のある沿岸生態系は世界中に存在します。海草床は冷たい極海から熱帯まで見られます。マングローブ林は熱帯および亜熱帯地域に限られていますが、潮汐湿地はすべての地域に見られますが、最も一般的に見られるのは温帯地域です。これらの生態系を合わせると約5000万ヘクタールに及び、漁業生産、海岸線の保護、汚染の緩衝、高い炭素隔離率など、多様な生態系サービスを提供しています。^{[26] [25]}

土地利用の変化による沿岸の植生生態系の急速な喪失は何世紀にもわたって起こっており、ここ数十年で加速しています。生息地の転換の原因は世界的に多様であり、養殖、農業、森林の過剰利用、工業利用、上流のダム、浚渫、上流の水の富栄養化、都市開発、加速する海面上昇と沈下による開放水域への転換などが含まれます。^{[26] [25]}

植生のある沿岸生態系は、通常、数メートルの深さに及ぶ有機物が豊富な堆積物の上に存在し、低酸素状態や深部での分解を阻害するその他の要因により、炭素を効果的に閉じ込めています。^[27]これらの炭素貯蔵量は、森林を含む陸上生態系の炭素貯蔵量を数倍上回ることがあります。^{[28] [29]}沿岸生息地が劣化したり、他の土地利用に転換されると、堆積物の炭素は不安定になったり、酸素にさらされたりし、その後の微生物活動の増加により、大量の温室効果ガスが大気や水柱に放出されます。^{[30] [27] [31] [32] [33] [34]貯蔵されている沿岸}ブルーカーボンを大気中に放出することによる潜在的な経済的影響は、世界中で感じられます。温室効果ガス排出の経済的影響は、一般的に、関連する干ばつ、海面上昇、異常気象の頻度の増加に起因します。^{[35] [25]}

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  河口域の植生の概念図
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  植生のある沿岸生態系が提供する生態系サービス。^[36]クルマエビのライフサイクルにおける植生のある沿岸生態系間のつながりを示す図。漁獲地域の評価ではライフサイクル内の重要な重要性が見落とされる可能性があることを示しています。^[36]

沿岸湿地は地球上で最も生産性の高い生態系の一つであり、世界中の人間社会に利益をもたらす重要なサービスを生み出しています。塩性湿地やマングローブなどの湿地による堆積物の安定化は、沿岸地域を高波、洪水、土地浸食から保護する役割を果たしています。^[40]沿岸湿地はまた、人間の排泄物による汚染を軽減し、^{[41] [42]}水柱から余分な栄養素を取り除き、^[43]汚染物質を捕捉し、^[44]炭素を隔離します。^[45]さらに、沿岸湿地は狩猟魚にとって不可欠な生育生息地と餌場の両方として機能し、経済的に重要な多様な種を支えています。^{[46] [47] [48] [49] [50]}

マングローブは、熱帯または亜熱帯の緯度の海岸線近くの酸素の少ない土壌に生育する樹木または低木です。^[51]マングローブは、陸と海をつなぐ非常に生産的で複雑な生態系です。マングローブは、必ずしも互いに関連しているわけではない種で構成されており、遺伝的類似性ではなく、共有する特徴に基づいてグループ化されることがよくあります。^[52]海岸に近いため、それらはすべて、塩分を排泄したり、根の通気などの適応を発達させて、塩分が多く酸素の少ない水に生息しています。^[52] マングローブは、高潮、海流、波、潮流による浸食を軽減して海岸を保護する役割を果たす、密集した根の絡み合いによって認識されることがよくあります。^[51]マングローブ生態系は、多くの種にとって重要な食料源であるだけでなく、大気中の二酸化炭素を隔離するのに優れており、世界のマングローブの炭素貯蔵量は年間3,400万トンと推定されています。^[52]

塩性湿地は海から陸への移行期にあり、淡水と海水が混ざり合う場所です。^[53]これらの湿地の土壌は、泥と泥炭と呼ばれる有機物の層でできていることが多いです。泥炭は、水に浸かって根が詰まった分解中の植物質として特徴付けられ、低酸素状態（低酸素症）を引き起こすことがよくあります。この低酸素状態はバクテリアの増殖を引き起こし、塩性湿地の特徴である硫黄臭の原因にもなります。^[54]塩性湿地は世界中に存在し、健全な生態系と健全な経済に必要です。非常に生産性の高い生態系で、75％以上の漁業種に不可欠なサービスを提供し、海岸線を浸食や洪水から守っています。^[54]塩性湿地は一般的に高地湿地、低地湿地、高地境界に分けられます。低地湿地は海に近く、干潮時を除いてほぼすべての潮の満ち引き​​で浸水します。^[53]高地湿地は低地湿地と高地境界の間に位置し、通常よりも高い潮位のときのみ浸水します。^[53]高地境界は湿地の淡水端であり、通常高地湿地よりわずかに高い標高にあります。この地域は通常、極端な気象条件下でのみ浸水し、湿地の他の地域よりも浸水状態や塩分ストレスがはるかに少ないです。^[53]

海草は、世界で最も生産性の高い生態系の 1 つである、密集した海中の草原を形成します。海草は、サンゴ礁に匹敵する多様な海洋生物の生息地と食料を提供します。これには、エビやカニ、タラやカレイなどの無脊椎動物、海洋哺乳類、鳥類が含まれます。海草は、タツノオトシゴ、カメ、ジュゴンなどの絶滅危惧種の避難所となります。また、エビ、ホタテ、多くの商業用魚種の育成生息地としても機能します。海草の草原は、海岸に打ち寄せる波のエネルギーを葉が吸収することで、沿岸の嵐から保護します。細菌や栄養素を吸収することで沿岸の海水を健全に保ち、二酸化炭素を海底の堆積物に隔離することで気候変動の速度を遅らせます。

海草は海藻から進化し、陸地に定着して陸上植物となり、約 1 億年前に海に戻りました。しかし、現在、海草の草原は、陸からの流出による汚染、海草を根こそぎ引きずる浚渫船やトロール網を海草の草原に引きずり込む漁船、生態系のバランスを崩す乱獲などの人間の活動によって損なわれています。現在、海草の草原は 1 時間あたり約 2 つのフットボール場の割合で破壊されています。

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  海草の草原
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  ケルプの森

外部ビデオ
海草とマングローブ – YouTube
塩性湿地と海 –ケンブリッジ大学
塩性湿地：海岸の自然の守護者 – YouTube
デイビッド・アッテンボロー：魔法のケルプの森を守ろう - BBC

ケルプの森は世界中の温帯および極地の沿岸海域に生息しています。^{[55] 2007年には}エクアドル近海の熱帯海域でもケルプの森が発見されました。^[56]

褐色大型藻類によって物理的に形成されたケルプの森は、海洋生物にとってユニークな生息地を提供し^[57]、多くの生態学的プロセスを理解するための情報源となっています。過去1世紀にわたって、ケルプの森は、特に栄養生態学において広範な研究の焦点となっており、このユニークな生態系を超えて重要なアイデアを生み出し続けています。たとえば、ケルプの森は沿岸の海洋学パターンに影響を与え^[58]、多くの生態系サービスを提供します^[59]。

しかし、人間の影響はしばしばケルプの森の劣化の一因となっている。特に懸念されるのは沿岸生態系の乱獲の影響で、これにより草食動物が通常の個体数調整から解放され、ケルプや他の藻類の過剰摂取につながる可能性がある。 ^{[60]これにより、比較的少数の種しか生息しない}不毛の景観へと急速に移行する可能性がある。^{[61] [62]すでに}乱獲と気候変動の複合的な影響により、タスマニア東海岸や北カリフォルニアの海岸など、特に脆弱な多くの場所でケルプの森がほとんど消滅している。^{[63] [64]}海洋保護区の設置は 、漁業の影響を制限し、他の環境ストレス要因の付加的な影響から生態系を保護する可能性があるため、このような問題に対処するための有用な管理戦略の1つである。

外部ビデオ
私たちの惑星: 沿岸海域 – デイビッド・アッテンボロー、全エピソード、Netflix

沿岸水域には、河口域と大陸棚上の水域が含まれます。沿岸水域は海洋総面積の約8％を占め^{[65] 、海洋生産性の約半分を占めています。}富栄養化を決定する主要な栄養素は、沿岸水域の窒素と湖沼のリンです。どちらもグアノ（海鳥の糞）に高濃度で含まれており、周囲の海や隣接する湖の肥料として機能します。尿酸は主要な窒素化合物であり、その鉱化の過程でさまざまな窒素形態が生成されます。^[66]

生態系は、一見すると明確な境界があるように見えても、隣接する他のシステムから独立して機能することはめったにありません。^[67]生態学者は、生態系間のエネルギーと栄養素の輸送が植物や動物の個体群やコミュニティに重要な影響を与えることをますます認識しています。^{[68] [69]}このよく知られた例は、海鳥が繁殖島で海洋由来の栄養素を糞（グアノ）の形で濃縮する方法です。これには約15〜20％の窒素（N）と10％のリンが含まれています。^{[70] [71] [72]}これらの栄養素は陸上の生態系の機能と動態を劇的に変え、一次生産性と二次生産性の向上を支えることができます。^{[73] [74]}しかし、多くの研究で、様々な分類群にわたってグアノ堆積による陸生成分の窒素濃縮が実証されているものの、^{[73] [75] [76] [77]}海洋生態系への逆作用を研究した研究はわずかであり、これらの研究のほとんどは温帯地域と高栄養水域に限定されていました。^{[70] [78] [79] [80]}熱帯では、サンゴ礁は繁殖する海鳥の個体数が多い島に隣接して見られ、周囲の海域での海鳥由来の栄養素の輸送による局所的な栄養濃縮の影響を受ける可能性があります。熱帯海洋生態系に対するグアノの影響に関する研究では、グアノからの窒素が海水とサンゴ礁の一次生産者を豊かにすることを示唆しています。^{[78] [81] [82]}

造礁サンゴは窒素を必須要件としており、窒素が一次生産性の主要な制限栄養素である栄養分の少ない熱帯海域^{[83]で繁栄しているため、 [84]}サンゴはこの元素を節約するための特別な適応を発達させてきました。サンゴの定着と維持は、周囲の水から溶存無機窒素（アンモニウムと硝酸塩）を吸収して保持できる単細胞渦鞭毛藻類Symbiodinium spp.（褐虫藻）との共生に一部起因しています。^{[85] [86] [87]これらの褐虫藻は動物の排泄物をリサイクルし、その後、アミノ酸、 [88]}アンモニウム、または尿素としてサンゴの宿主に返します。 ^{[89]サンゴは窒素を豊富に含む堆積粒子[90] [91]}やプランクトンを摂取することもできます。^{[92] [93]}沿岸の富栄養化と過剰な栄養供給はサンゴに大きな影響を与え、骨格の成長を低下させる可能性があります。^{[86] [94] [95] [96] [82]}

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  グアノ由来の窒素が海洋食物連鎖に入る経路^[82]
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  海鳥のコロニーは、特に窒素とリンの栄養塩のホットスポットである^[66]

食物網理論は、現在世界中で海洋捕食動物が減少していることが、多くの海洋生態系に望ましくない結果をもたらす可能性があると予測している。ケルプ、海草の草原、マングローブ林、塩性湿地などの沿岸植物群落では、捕食動物の個体数の変化が広範囲に及ぶ影響を及ぼしていることがいくつかの研究で報告されている。沿岸生態系全体で、海洋捕食動物の減少は沿岸植物群落とそれらが提供する生態系サービスに悪影響を及ぼしているようだ。^[97]

緑の世界仮説は、捕食者が草食動物を制御できなくなると、消費が暴走し、最終的には景観や海の景色から植物が失われる可能性があると予測しています。^{[98]緑の世界仮説が始まって以来、生態学者は捕食者が下位の栄養段階（}栄養カスケード）に及ぼす間接的かつ交互の影響の蔓延と、それらが生態系に及ぼす全体的な影響を理解しようとしてきました。^[99]現在、複数の証拠から、頂点捕食者が一部の生態系の存続の鍵であることが示唆されています。^{[99] [97]}

生息地の喪失が50％を超えると推定されており、沿岸植物群落は世界で最も絶滅の危機に瀕した生態系の一つです。^{[100] [101] [102]}この数字は悲惨ですが、沿岸システムを巡回する捕食動物の状況はさらに悪いです。海洋哺乳類、軟骨魚類、海鳥などの種を含むいくつかの捕食性分類群は、歴史的な個体数と比較して90〜100％減少しています。^{[11] [103]}捕食者の減少は生息地の減少に先行しており、^[11]捕食者の個体数の変化が沿岸システムの変化の大きな要因である可能性があることを示唆しています。^{[104] [105] [97]}

海洋捕食動物の個体数が激減しているのは、人間による乱獲の結果であることに疑いの余地はない。沿岸捕食動物の局所的な減少と絶滅は、人間による自給自足のための漁獲とともに4万年以上前に始まった。 ^[106]しかし、ほとんどの大型海洋捕食動物（ハクジラ、大型遠洋魚、海鳥、鰭脚類、カワウソ）の世界的急激な減少の始まりは、沿岸部の人口増加と産業漁業の進歩と同時期に、前世紀に起こった。^{[11] [107]}海洋捕食動物の世界的減少に続いて、沿岸生態系における栄養段階のカスケードの証拠が現れ始めたが、^{[108] [109] [110] [111]}それらは単に低栄養段階の個体群に影響を与えただけではないという不安な認識を伴った。^{[99] [97]}

沿岸植物群落における捕食者の重要性は、捕食者が生態系サービスに影響を及ぼす能力があることが文書化されていることで理解が深まっています。多くの例で、捕食者が低栄養段階に与える影響の強さや方向の変化が、沿岸侵食[ ^112] 、^{[113] 、 [114]}、生態系の回復力^[115]に影響を与える可能性があることが示されています。捕食者の絶滅が沿岸植物とその生態系サービスの存続に広範囲にわたる影響を及ぼす可能性があるという考えは、沿岸システムにおける捕食者の保全の大きな動機となっています。^{[99] [114] [97]}

海景生態学は、海洋および沿岸の景観生態学である。^[118]現在、海洋管理、生物多様性の保全、および回復に関連する、学際的で空間的に明示的な生態学科学として浮上している。^[117]海景は複雑な海洋空間であり、さまざまな空間的および時間的スケールで機能する動的で相互に関連したパターンとプロセスによって形成されている。^{[119] [120] [121]}地理空間技術の急速な進歩と海面上および海中のセンサーの普及により、複雑で科学的に興味深い生態学的パターンとプロセスが明らかになり、^{[122] [123] [124]}その一部は人間の活動の結果である。^{[125] [126]}海洋データの収集、マッピング、共有の進歩にもかかわらず、技術の進歩と海洋管理および保全の実践のための生態学的洞察を生み出す能力との間のギャップは依然として大きい。^{[127] [128]}例えば、海の多次元空間構造の理解と^{[124] [121] [129]}地球の健康と人間の幸福への影響には根本的なギャップが存在します。^[128]生態学的構造、機能、変化の間のマルチスケールのつながりをより深く理解することで、生物多様性保全のための全体システム戦略の設計をより適切にサポートし、人間の活動の結果に関する不確実性を軽減できます。 たとえば、海洋保護区（MPA）と生息地の回復の設計と評価では、空間的コンテキスト、構成、接続性の影響を理解し、スケールの効果を考慮することが重要です。^{[130] [131] [132] [133] [117]}

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  サンゴ礁、大型藻類、海草、マングローブの生息地間の魚類の移動：^[134]（a） 日周および潮汐による採餌移動、（b） サンゴ礁の幼魚の発生段階の移動。
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  生態系カスケードは、海洋空間計画プロセスにおける在庫確認とシナリオ分析のステップを構成します。^[135]

右の図は、マングローブ、海草、サンゴ礁の主な相互作用を示しています。^[136]サンゴ礁、海草、マングローブは、内陸部の生息地を嵐や波の被害から保護するだけでなく、移動性の魚類と無脊椎動物の三者間の交流にも関与しています。マングローブと海草は、サンゴ礁への堆積物、淡水、栄養素の流れを調節する上で重要な役割を果たしています。^[136]

下の図は、マングローブ、サンゴ礁、海草床が互いに1km以内に存在する場所を示しています。3つのシステム間の緩衝交差は、地球規模での相対的な共存率を示しています。システムが強く交差する地域には、中央アメリカ（ベリーズ）、カリブ海、紅海、コーラルトライアングル（特にマレーシア）、マダガスカル、グレートバリアリーフなどがあります。^[136]

右の図は、マングローブ、海草、サンゴ礁の間の生態系サービスの相乗効果を図解したものです。無傷のサンゴ礁、海草、マングローブが提供する生態系サービスは、どちらも非常に価値があり、相互に強化し合っています。沿岸保護（嵐/波の減衰）は、沖合から陸上方向の隣接する生態系の構造と関連する生態系サービスを維持します。漁業は回遊性種によって特徴付けられるため、1つの生態系の漁業を保護すると、他の生態系の魚類のバイオマスが増加します。観光業は、沿岸保護と複数の生態系の健全な漁業から恩恵を受けています。ここでは、システム間の相乗効果をより強調するために、生態系内のつながりは示していません。^[136]

さらに悪いことに、海洋からのバイオマスの除去は、気候変動に関連する他の複数のストレス要因と同時に発生し、これらの社会生態系が擾乱に対応する能力を損ないます。^{[138] [139] [140]}気候変動は、海面温度以外にも、海洋沿岸水域の多くの物理化学的特性（成層、酸性化、換気）^{[141] [142]}や、生産性の高い沿岸湧昇生態系に沿った表層水の生産性を制御する風況にも影響を及ぼします。^{[143] [144] [145] [146] [147]}海洋の生産性の変化は、プランクトンバイオマスの変化に反映されます。プランクトンは、世界の一次生産の約半分を占め、海洋食物連鎖を支え、海洋の生物地球化学的プロセスに影響を与え、商業漁業に大きな影響を与えます。^{[148] [149] [150]}実際、海洋プランクトンの生産性は世界規模で全体的に低下すると予想されています。^{[142] [148] [151]}プランクトン生産性の長期的な増加と減少は、チリ沖のフンボルト湧昇生態系の広範な地域に沿って過去20年間にすでに発生しており^{[152] [153]}、浮遊性および底生性の食物連鎖を通じて伝播すると予想されています。^[137]

ネットワーク生態学は、生物群集を分析する強力な枠組みを提供することで、生態系への理解を深めてきました。^[154]以前の研究では、この枠組みを使用して、一次絶滅後に生態系に残存する初期の種の割合として定義される、種の絶滅に対する食物網の堅牢性を評価しました。 ^{[155 ] [ 156 ] [157] [158] [159] [160] [161] [162]}これらの研究は、（栄養段階とは無関係に）高度に結びついた種、^{[155] [158] [163]}基底種、^[156]同時に他の高度に結びついた種を栄養段階で支える高度に結びついた種が食物網の存続に重要であることを示しまし た。^[159]これらの研究のほとんどは、ネットワーク理論から派生した静的アプローチを使用しており、ノード（種）とノードを接続するリンク（相互作用）によって表される食物網への構造変化の影響を分析しますが、相互作用する種の相互作用の強さと個体群動態は無視しています。^[155]他の研究では、食物網における相互作用の構造と強度だけでなく、時間の経過に伴う種のバイオマスの変化と、これらの変化が他の種に与える間接的な影響も考慮した動的アプローチが使用されました。^{[156] [157] [164] [165] [166] [137]}

世界的に、富栄養化は沿岸生態系における主要な環境問題の一つである。過去1世紀にわたり、海洋への窒素とリンの河川からの年間流入量は、窒素では19メガトンから37メガトンに、リンでは2メガトンから4メガトンに増加した。^[167]地域的には、米国、ヨーロッパ、中国で観察されるように、これらの増加はさらに顕著であった。バルト海では、窒素とリンの流入量はそれぞれ約3倍と6倍に増加した。^[168]河川からの窒素流入量は30年以内に中国沿岸水域に1桁増加し、リンの輸出量は1970年から2000年の間に3倍になった。^{[169] [170] [2]}

栄養負荷の削減を通じて富栄養化を緩和する取り組みは、気候変動の影響によって妨げられている。^{[10]降水量の変化は、陸地からの窒素、リン、}炭素（C）の流出を増加させ、それが温暖化と_{二酸化炭素の}溶解の増加と相まって、海洋の栄養と炭素の結合循環を変化させる。^{[171] [172] [2]}

外洋では、生物地球化学的循環は主に海洋循環によって引き起こされる浮遊性プロセスによって支配されているのに対し、沿岸域では、浮遊性プロセスと底生プロセスは強く相互作用し、複雑で動的な物理的環境によって引き起こされます。^[173]沿岸域の富栄養化は、急速に成長する日和見藻類への移行を招き、光の浸透の減少、基質の変化、および還元性堆積物の減少により、一般に底生マクロ植生の衰退につながります。^{[174] [175]}生産量の増加と水温の上昇により、海底の低酸素状態が拡大し、その結果、底生動物が失われています。^{[176] [177]}低酸素システムでは、長寿命の高等生物の多くが失われる傾向があり、生物地球化学的循環は、通常、底生細菌プロセスと急速な浮遊生物のターンオーバーによって支配されるようになります。^[178]しかし、低酸素症が発生しない場合は、底生動物は富栄養化とともにバイオマスが増加する傾向がある。^{[179] [180] [181] [2]}

底生生物の変化は、沿岸域およびその周辺の生物地球化学的循環に広範囲にわたる影響を及ぼす。光が当たる領域では、底生の微小水草と大型水草が一次生産、栄養塩の貯蔵、堆積物の安定化を通じて生物地球化学的フラックスを媒介し、上図の左側に示すように、さまざまな動物の生息地および食料源として機能している。底生動物は、代謝を通じて直接的に、また堆積物とその間隙水を物理的に再加工して細菌活動を刺激することによって間接的に、水と堆積物の間の生物地球化学的変換とフラックスに寄与している。浮遊性有機物の摂取と、懸濁物摂食動物による排泄物および疑似排泄物の生物沈着​​は、有機物の沈降速度を増加させる。^{[182] [183]}​​ さらに、栄養素と炭素はバイオマスに保持され、代謝プロセスを通じて有機形態から無機形態に変換される。^{[184] [181] [185]} 堆積物の再加工や巣穴の換気活動（バイオ灌漑）を含むバイオターベーションは、堆積物内の粒子と溶質を再分配し、堆積物と水の間の溶質のフラックスを強化します。^{[186] [187]}バイオターベーションは粒子の再懸濁も促進し、この現象は「バイオ再懸濁」と呼ばれます。^[188]これらすべてのプロセスが一緒になって、堆積物と水の界面の物理的および化学的条件に影響を及ぼし、 ^[189]有機物の分解に強く影響します。^[190]生態系レベルに拡大すると、このような変更された条件は沿岸生態系の機能、そして最終的には栄養素と炭素の濾過と変換における沿岸域の役割を大幅に変える可能性があります。^[2]

零細漁業では、単純な漁具と小型船が使用される。^[137]零細漁業の活動は沿岸域に限定される傾向がある。一般的に、トップダウンとボトムアップの力が生態系の機能と動態を決定する。トップダウンの力としての漁業は食物連鎖を短縮し不安定にする可能性があり、気候変動によって引き起こされる影響は、一次生産性のボトムアップの力を変化させる可能性がある。^[137]

直接的な人間の影響と地球規模の変化を引き起こす一連の要因は、人新世の生態系における種の絶滅の主な原因であり、^{[191] [106]}生態系の機能と人間社会へのサービスに有害な影響を及ぼしています。^{[192] [193]世界的な漁業危機は、漁業戦略、海洋地域、種にまたがるその結果の1つであり、規制がほとんどない国や、}過剰漁獲を減らすために権利に基づく共同管理戦略を実施している国も含まれます。^{[194] [195] [196] [197] [137]}

チリは、共同管理戦略を用いて多様な沿岸底生生物資源を管理するために、前例のない地理的規模で領土使用権（TURF） ^{[198] [199]を実施している国の一つである。 [200] [201]}これらのTURFは、伝統漁業に使用されている。60種を超える沿岸底生生物がこれらの伝統漁業によって積極的に漁獲されており、^[202]潮間帯と浅い潮下帯の生息地から採取された種である。^{[203] [204]}チリのTURFシステムは、この複雑な社会生態系の持続可能性を大幅に改善し、底生魚資源の再建に役立ち、^{[202] [200]}漁師の持続可能性に対する認識を改善し、コンプライアンスを高め、生物多様性の保全にプラスの副次的効果を示している。^{[205] [206]}しかし、ほとんどの伝統的漁業の状況は依然として持続可能とは程遠く、多くの魚種と沿岸生態系は過剰搾取と生態系劣化の兆候を示しています。これは、協力のレベルの低さとTURF規制の施行の低さによるもので、ただ乗りや違法漁業のレベルが高くなっています。^{[207] [208] [209]昆布の一次生産者から頂点肉食動物まで、すべての}栄養段階の種を同時に収穫するこれらの多種多様な伝統的漁業の影響についての理解を深めることが不可欠です。^{[204] [210] [137]}

沿岸域は、地球上で最も人口密度の高い地域の一つである。^{[213] [214]}人口が増加し続けると、経済発展は人類の福祉を支えるために拡大しなければならない。しかし、この発展は沿岸環境が現在および将来の世代の人類の福祉を支え続ける能力を損なう可能性がある。^[215]複雑な沿岸および海洋の社会生態系の管理には、現在の問題と新たな問題に対応できる枠組みを提供するツールが必要である。^{[216] [211]}遠隔データ収集技術には、衛星ベースのリモートセンシング、航空リモートセンシング、無人航空機、無人水上車両、無人水中車両、静的センサーなどがある。^[211]

これらの複雑な問題に対処し、統合しようとする枠組みが開発されてきた。例えば、ミレニアム生態系評価の枠組みは、要因、生態系サービス、人間の福祉を結び付けている^{[217] [211]} 。しかし、そのような枠組みを使用するために必要な環境データを入手することは困難であり、特に信頼できるデータへのアクセスとその普及が限られているか存在しない^[218]か、妨害されている国では困難である。^[211]環境における従来のポイントサンプリングと観察の技術は、確かに高い情報量を提供するが^[219]、高価であり、十分な空間的および時間的カバレッジを提供しないことが多い。一方、リモートセンシングは、費用対効果の高いソリューションを提供できるだけでなく、情報がまったくないか限られている場所のデータも提供できる。^{[220] [211]}

沿岸観測システムは通常、国家の資金で賄われ、国家の優先事項に基づいて構築されています。その結果、持続可能性、観測能力と技術、方法と研究の優先事項に関して、現在各国間で大きな違いがあります。^[212]沿岸地域の海洋観測システムは、異質性を活用して目的に合った答えを提供できる、統合型、多分野型、マルチスケールのシステムへと移行する必要があります。[ 212 ]^このような分散型観測システムに不可欠な要素は、マシンツーマシン通信、データ融合、およびモノのインターネット（IoT）の最近の技術開発を共通のサイバーインフラストラクチャに適用する処理の使用です。^{[212] IoTが}ワイヤレスセンシングにもたらす標準化は、このような分野に革命をもたらすと主張されてきました。^[221]

沿岸域は海洋の中で最もダイナミックで生産性の高い部分であり、そのため人材とサービスの重要な供給源となっている。沿岸水域は人間と直接接触し、人為的撹乱にさらされているため、これらの資源とサービスは脅威にさらされている。^[222]こうした懸念から、過去10年間にいくつかの沿岸地域で急速に多くの観測システムが導入されている。^[223]一貫性のある持続的な沿岸観測の拡大は断片的で、国家および地域の政策によって推進されており、短期研究プロジェクトを通じて行われることが多い。^[224]この結果、持続可能性と観測技術、方法、研究の優先順位の両面で国ごとに大きな違いが生じている。^[212]

外洋では課題が明確に定義され、利害関係者も少数で明確に特定されているが、沿岸域のプロセスは複雑で、複数の空間的・時間的スケールで作用し、多数の多様なユーザーや利害関係者がいて、利害が対立することが多い。このような複雑さに適応するために、沿岸海洋観測システムは統合された、学際的でマルチスケールのシステムオブシステムでなければならない。^{[225] [212]}

海洋生態系は多様な圧力の影響を受けており、その結果、体制の転換と解釈できる大きな変化を起こす可能性がある。^[226]世界中の海洋生態系は、増大する自然および人為的圧力の影響を受けており、その結果、前例のない速度で大きな変化を起こしている。これらの変化の影響を受けて、生態系は再編成されても同じ機能、構造、アイデンティティを維持する可能性がある。 ^[227]しかし、状況によっては、生態系はシステムの構造と機能を変更する変化を起こす可能性があり、このプロセスは新しい体制への移行として説明できる。^{[227] [228] [229] [226]}

通常、レジームシフトは大規模な気候誘発性の変動、^[230]、激しい漁業搾取^[231]、またはその両方によって引き起こされます。^[232]レジームシフトを定義するために使用される基準はさまざまであり、システムがレジームシフトを経験したと見なすために発生する必要がある変化は明確に定義されていません。^[233]通常、レジームシフトは、複数の栄養段階（TL）で観察される種の豊富さとコミュニティ構成の振幅が大きく、頻度が低く、多くの場合突然の変化として定義されます。^[234]これらの変化は大きな空間スケールで発生し、気候システムの物理的変化と同時に発生すると予想されます。^{[234] [229] [235] [236] [237] [238] [233] [226]}

レジームシフトは、ベンゲラ北部^[239]、北海^[240]、バルト海^[241]を含むいくつかの海洋生態系で説明されています。大規模な湧昇生態系では、種の豊富さとそれらの入れ替わりに10年規模の変動が見られるのが一般的です。 ^[242]これらの変動は不可逆的である可能性があり、ベンゲラ北部の生態系の場合のように、新しいレジームの指標である可能性があります。^[239]ただし、湧昇システムの変化は、レジームシフトの指標ではなく、生態系の自然変動の限界内での変動として解釈される場合があります。^[235]ポルトガル大陸棚生態系（PCSE）は、カナリア海流湧昇システムの最北端を構成し、安定した北風の結果として春と夏に発生する季節的な湧昇が特徴です。^{[243] [244]}近年、イワシ、サバ、アジ、青サバ、アンチョビなどの沿岸浮遊魚種の豊富さに変化が見られます。^{[245] [246] [247] [248]}さらに、過去数十年間で、高栄養段階の種の増加が記録されています。^{[249]浮遊魚群の変化の根底にある原因は明らかではありませんが、環境変動、種の相互作用、}漁業圧力の複雑な相互作用の結果であると考えられています。^{[250] [251] [252] [226]}

過去数十年間にイベリア半島沿岸の湧昇の強さ（北風の強まりまたは弱まりによる）に変化が起きたという証拠がある。しかし、これらの変化の特徴は矛盾しており、湧昇に有利な風の強まりを観測した著者もいる^{[253] [254]}一方で、弱まりを記録した著者もいる^{[255] [256]} 。 2019年にポルトガル沿岸で行われた湧昇速度と強度の調査では、1950年以降湧昇が連続的に弱まり、北西部と南西部では1970年代半ばから後半まで、南海岸では1994年まで続いたことが記録されている^[257] 。 1985年から2009年にかけての湧昇指数の増加は研究対象となったすべての地域で記録されているが、南部ではさらに湧昇の強まりが観測されている。^[257]水温は10年ごとに0.1～0.2℃の範囲で継続的に上昇していることも記録されている。^{[258] [226]}

多くの海洋動物は、沿岸生息地を重要な生育場所、避難場所、餌場として利用しているが、これらの生息地は農業、水産養殖、産業、都市の拡大によりますます危険にさらされている。^[259]実際、これらのシステムは、工業化と都市化の進行、生物資源と物理的資源（魚、水、エネルギー、空間）の損失の増加、気候温暖化と海面上昇の影響に対する回復力の低下という「三重苦」にさらされている。^[260]これにより、世界的に自然の沿岸生態系が完全に失われたり、変更されたり、分断されたりしている。たとえば、オーストラリアのグレートバリアリーフの海岸線全体（2,300 km）のほぼ10％が都市インフラ（岩の護岸、突堤、マリーナなど）に置き換えられ、敏感な沿岸生態系の大規模な損失と断片化を引き起こしている。^[261] 20世紀末までに、海草の世界的な損失は年間約7％に達した。^[262] 2022年に発表された干潟（マングローブ、干潟、湿地）の世界規模の分析では、1999年から2019年の間に世界で13,700 km ² （ 5,300平方マイル）の干潟が失われたと推定されていますが、この研究では、これらの損失は1999年には存在しなかった9,700 km ²（3,700平方マイル）の新しい干潟の形成によってほぼ相殺されたとも推定されています。 ^[263] 1999年から2019年までの純減4,000 km ^{2 （1,500平方マイル）のうち約4分の3はアジア（74.1％）で発生し、68.6％は}インドネシア（36％）、中国（20.6％）、ミャンマー（12％）の3か国に集中しています。^[263]これらの世界的な潮汐湿地の減少と増加のうち、減少の39％と増加の14％は直接的な人間の活動に起因しています。^[263]

1950年代以降、世界のマングローブ林の約40%が失われており^[264]、 1996年から2016年までの20年間で、世界のマングローブ林の9,736 km2以上が劣化し続けています。^[ 265 ^]沿岸の土地が農業用に要求されると塩性湿地が干上がり、沿岸の土地が都市開発や産業開発に充てられると、森林破壊が海岸沿いの植生（マングローブなど）への脅威となり、^[264]どちらもブルーカーボン貯蔵庫の劣化と温室効果ガス排出量の増加につながる可能性があります。^[266]

沿岸生態系に対するこれらの蓄積された圧力と影響は、孤立したものでも独立しているものでもなく、むしろ相乗的であり、フィードバックと相互作用により、個々の影響がその合計よりも大きくなる。^[267]生態系回復の10年が始まる前の年には、沿岸生態系の複雑さを理解するのを妨げる重大な知識不足があり、継続的な影響を緩和するための対応策の開発を妨げている。さらに、将来の最悪の気候変動シナリオのいくつかにおいて沿岸システムの損失が予測される不確実性もある。^[268]

国連は、2021年から2030年を「国連生態系回復の10年」と宣言した。この行動呼びかけの目的は、劣化した生態系の地球規模の回復を大幅に加速し、気候温暖化危機と闘い、食糧安全保障を強化し、きれいな水を提供し、地球上の生物多様性を保護する必要性を認識することである。回復の規模が鍵となる。例えば、ボン・チャレンジは、2030年までにインドとほぼ同じ面積の3億5000万km2の劣化した陸上生態系を回復するという^{目標を掲げている。しかし、人々にさまざまな恩恵をもたらす}青い海岸生態系の回復に対する国際的な支援は遅れている。

右の図は、改変され影響を受けた沿岸生態系の現状と、10年間の修復後の予想される状態を示しています。^[268]また、過去の修復努力の成功の不確実性、改変されたシステムの現状、気候変動、現在または近い将来に実行可能な修復活動も示されています。これは、沿岸システムの生態系修復の10年を実現することは、恩恵が10年以上かかる可能性がある場合、物事を開始するための手段として考える必要があることを意味している可能性があります。^[268]

ボンチャレンジに近い目標を掲げているのは、世界マングローブ同盟^{[269]のみであり、2030年までに世界のマングローブ林面積を20％増やすことを目標としている。 [268]}しかし、マングローブの科学者はこの目標に疑問を抱いており、非現実的であり、この目標を達成しようとする試みにおいて不適切な慣行を促す可能性があると懸念している。^{[270] [268]}

近年、保全の優先順位付けの唯一または主要な焦点としての生息地の表現から、生物多様性の特徴の分布と豊富さを形作る生態学的プロセスを考慮することへと認識が変化してきている。^{[271] [272] [273] [274]}海洋生態系では、接続性プロセスが最も重要であり、^[275]生息地パッチ間の接続性を維持する海洋保護区のシステムを設計することは、長い間、保全計画の目的と考えられてきた。^{[271] [276]}サンゴ礁の魚類の個体群の構造化には、2つの形態の接続性が重要である：^[277]遠洋環境における幼生の分散、^[278]および定着後の個体による海域を横断する移動。^[279]保全の優先順位付けにおいて幼生の連結性を考慮するためのアプローチを記述した文献は増えているが、^{[280] [281] [282]}定着後の連結性を考慮するための方法の開発と適用には比較的注目が集まっていない^{[275] [283] [284]}

海景の連結性（海景内の異なる生息地間の連結性、例えば同じ生息地タイプのパッチ間の連結性^{[132] は}、日中の移動中または生涯のさまざまな段階で複数の生息地を利用する種にとって不可欠です。マングローブ、海草床、ラグーンのサンゴ礁は、商業的および生態学的に重要な多くの魚種の育成場となり、その後、サンゴ礁で成魚の個体群へと個体発生的に移行します。^{[285] [286] [287]}これらのサンゴ礁の背後の生息地は、成魚のバイオマスが大きいサンゴ礁を優先して保全や管理が行われないことが多いですが、生息地の劣化や喪失のリスクはサンゴ礁と同等かそれ以上に高い可能性があります。^{[288] [47] [289]}漁師が稚魚を狙わない場合でも、不適切な土地利用慣行による堆積などにより、生息地の劣化の影響を受ける可能性があります。^{[290] [284]}

生育生息地に近いことが、サンゴ礁における海洋保護区の有効性（すなわち、魚種の豊富さ、密度、またはバイオマスの増加）を高めることができるという明確な経験的証拠がある。^{[132] [291] [292] [293] [294]}たとえば、西太平洋の研究サイトでは、漁獲された魚種の豊富さはマングローブに近い保護されたサンゴ礁で有意に多かったが、マングローブから隔離された保護されたサンゴ礁ではそうではなかった。^[293]個体発生的に移動する草食魚種の機能的役割も、マングローブに近いサンゴ礁の回復力を高める可能性がある。^{[295] [296]}この証拠と、空間管理の設計において生息地間のつながりを考慮するよう広く求められているにもかかわらず、^{[286] [293] [294]}空間保全の優先順位付け（保全または管理活動の優先領域を特定する分析プロセス）で海景のつながりが明示的に考慮されている例はほとんどない。^[284]

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• ホーン、マイケル（1999）。潮間帯の魚：2つの世界の生命。サンディエゴ：アカデミックプレス。ISBN 978-0-08-053493-0. OCLC  237380300.