大亚湾石珊瑚群落近25年的变化及其对2008年极端低温事件的响应

在气候变暖、ENSO加剧等导致全球珊瑚礁生态系统严重退化的背景下, 相对高纬度海域的石珊瑚群落被认为是石珊瑚物种延续的最后保留地, 但相对高纬度海域周期性的冬季低温是妨碍其发育的最重要因子之一. 南海北部相对高纬度的大亚湾海区(22°31′~22°50′N)近40年来持续变暖, 珊瑚群落发育但未成礁. 2008年初经历了近50年来罕见的极端低温事件, 持续32 d, 大亚湾海区2008年2月平均SST低于14℃, 连续多天最低SST为12.3℃左右, 低于传统认为的使珊瑚“致命”的温度(13℃), 日最低气温则低达6.6℃. 该海域的石珊瑚群落生态调查显示: (1) 近25年来大亚湾石珊瑚覆盖度从76.6%下降到15.3%, 退化达80%; (2) 石珊瑚群落优势种由霜鹿角珊瑚变成秘密角蜂巢珊瑚; (3) 2008年低温事件对本区石珊瑚群落没有造成明显影响, 活珊瑚覆盖度没有发生明显变化. 总体结果显示, 相对高纬度的大亚湾海区的珊瑚种类已经总体上适应了极端低温的环境, 具有进一步发育的潜力, 可望在全球变暖背景下成为石珊瑚物种的避难所.     

珊瑚共生虫黄藻密度结合卫星遥感分析2007 年南沙群岛珊瑚热白化

以珊瑚大量损失共生虫黄藻为特征的珊瑚白化, 是当今全球变暖背景下珊瑚礁大面积死 亡和退化的主要因素, 但白化的特征、过程和白化后的恢复等则因海域环境不同而有所差异. 依托2007 年6 月的南沙群岛航次, 在美济礁和渚碧礁进行了实地生态调查和采样, 室内分析了珊瑚共生虫黄藻密度、近10 年来南沙海域实测海表温度(SST)和调查期间的NOAA 卫星遥感资料, 探讨了2007 年发生在南沙群岛的珊瑚白化事件. 研究结果显示: (1) 白化的珊瑚主要分布在水深5 m以内, 最大可至20 m, 至少有35 种石珊瑚白化; (2) 珊瑚总白化率(单位面积内白化珊瑚个数占总珊瑚个数的比例) 为15.6%, 发生白化最严重的为枝状杯形珊瑚 (白化率为23%) 和鹿角珊瑚 (白化率为21%), 块状滨珊瑚和蜂巢珊瑚的白化率低, 没有发现菌珊瑚白化, 显示了菌珊瑚对高温有较高的耐受性; (3) 白化了的珊瑚损失了共生虫黄藻72%~90%, 而肉眼观察未白化的珊瑚也损失了31%~53%的虫黄藻, 指示当时南沙群岛的珊瑚正处于白化的初始阶段; (4) 调查期间实测月平均SST 为30.8℃, 为1998 年以来最高, 结合NOAA卫星的热点(Hotspot)和周热度指数(DHW), 认为2007 年6 月南沙群岛异常高SST 是导致美济礁和渚碧礁珊瑚白化的主要原因. 本研究还发现, 单纯用卫星遥感预警珊瑚白化事件可能会存在低估的现象.     

南海北部珊瑚共生虫黄藻密度的种间与空间差异及其对珊瑚礁白化的影响

与造礁石珊瑚共生的虫黄藻(Zooxanthellae)的密度和色素变化是珊瑚礁白化的最主要特征.通过对海南三亚鹿回头、小东海和广东省大亚湾海区共12科21属39种石珊瑚的共生体虫黄藻密度分析,得出:(ⅰ)与珊瑚共生的虫黄藻平均密度变化于0.67×106~8.48×106cells/cm2之间,具有明显的种间差异性,其中枝状珊瑚的共生体虫黄藻密度相对较低(0.67×106~2.47×106cells/cm2),而块状珊瑚的共生体虫黄藻密度相对较高(1.00×106~8.48×106cells/cm2);(ⅱ)水深4m以内珊瑚共生虫黄藻密度普遍比水深7m左右接近海底的珊瑚的高;(ⅲ)相对高纬度的大亚湾(~22°N)与三亚(~18°N)相比,海温相同的环境下,与珊瑚共生的虫黄藻密度的纬度差异不明显;(ⅳ)局部白化的同一珊瑚个体,未白化部分的虫黄藻密度>半白化部分>完全白化部分.进一步分析认为:(ⅰ)块状珊瑚与枝状珊瑚虫黄藻密度的差异性可能是导致枝状珊瑚易于白化的主要原因,如低密度共生虫黄藻导致枝状的鹿角、杯形珊瑚等易于白化死亡;(ⅱ)珊瑚共生体虫黄藻密度受人为因素制约,如沉积物增加、潜水活动造成海水浑浊、海产品养殖活动引起的硝酸盐、磷酸盐增加等都可能导致共生虫黄藻密度降低.     

南海珊瑚礁夏季是大气CO2的源

分别于2008 和2009 年夏季对南海南沙群岛永暑礁(环礁)、西沙群岛永兴岛(岛礁)和海南三 亚鹿回头岸礁进行了海-气CO₂ 交换的连续观测. 结果表明: (1) 南海珊瑚礁区表层海水和大气 _pCO₂ 存在明显的日周期变化, 白天下降, 晚上上升; (2) 不同礁区大气_pCO₂ 日变幅小, 而表层海水 _pCO₂ 日变幅较大, 永暑礁潟湖为~70 μmol mol^-1, 鹿回头及永兴岛礁坪分别为264~579 μmol mol^-1 和420~619 μmol mol^-1, 鹿回头礁外为324~492 μmol mol^-1; (3) 不同礁区海-气CO₂交换通量也有较 大差异, 永暑礁潟湖为0.4 mmol CO₂ m^-2 d^-1, 永兴岛礁坪为4.7 mmol CO₂ m^-2 d^-1, 鹿回头湾为9.8 mmol CO₂ m^-2 d^-1, 表明南海珊瑚礁在夏季是大气CO₂ 的源. 在水深较浅的礁坪, 生物代谢是海水 _pCO₂ 变化的主要驱动因素, 而较深的潟湖或礁外, 水动力条件和生物代谢共同作用影响海水_pCO₂ 的变化. 相对于大洋区, 无机碳代谢对珊瑚礁区海水_pCO₂ 的变化有更显著的影响.     

海南三亚鹿回头造礁石珊瑚碳酸盐生产力的估算

造礁石珊瑚碳酸盐生产不但维系着珊瑚礁的生长, 并且还是大气CO₂的重要来源之一. 采用生态调查法首次在国内开展造礁石珊瑚碳酸盐生产力的估算研究, 获得海南三亚鹿回头岸礁区礁坪和礁坡珊瑚平均碳酸盐生产力分别为(1.16 ± 0.55)和(3.52 ± 1.32) kg•m⁻²•a⁻¹. 珊瑚碳酸盐生产力主要受珊瑚组成、分布以及骨骼生长的属间差异影响. 20世纪60年代以来, 岸礁区日益加剧的人类活动造成珊瑚碳酸盐生产力下降了约80%~89%, 并导致珊瑚礁加积速率降低, 目前已低于现代海平面上升速率. 随着未来海平面持续上升, 鹿回头岸礁的生长模式将可能由过去向海生长为主转变为垂直生长为主, 反映出全球海平面上升背景下, 珊瑚岸礁生物地貌过程对强烈人类活动干扰的响应. 此外, 珊瑚碳酸盐生产力下降还导致碳酸盐生产过程中CO₂释放的减少, 未来珊瑚礁区特别是岸礁区可能因为人类活动的增强而改变其在海洋乃至全球碳循环中的地位.