南海北部珊瑚群落结构特征及其对海洋热浪事件的响应

全球变暖背景下,造礁石珊瑚大规模白化的频度和强度日益加大,其生存也面临严峻的危机。南海北部海域被认为是气候变暖背景下我国造礁石珊瑚生存的避难所。综合分析该海域珊瑚群落的空间格局、历史演变及其对夏季高温的响应,有利于深入认识我国造礁石珊瑚的适应性及相应的保护与养护。本研究于2020年夏季对大亚湾、涠洲岛、徐闻和三亚鹿回头的珊瑚礁/珊瑚群落开展了较为全面的生态调查,并追踪了2020年海洋热浪的效应。结果显示,珊瑚群落的优势种组成、物种数量和α多样性指数呈现明显的区域差异,活珊瑚覆盖度在三亚鹿回头和大亚湾相对更高(分别为37.78%和17.97%);珊瑚白化率和白化死亡率在徐闻海域最高(84.78%和10.68%),其次是涠洲岛海域(65.52%和0.70%),大亚湾和三亚鹿回头海域均未监测到珊瑚白化。结合历史数据分析表明,南海北部海域珊瑚群落的活珊瑚覆盖度自1980年代以来发生大幅度下降,但近年来趋于稳定并呈现出恢复的态势;珊瑚群落结构演变上整体呈现出热耐受型物种和热中度适应型物种占比增加(大亚湾除外)的趋势。总体而言,目前南海北部海域的珊瑚群落对海洋热浪具有一定的抵抗能力,加强珊瑚礁区的保护和管理对于促进珊瑚群落的恢复和热敏感珊瑚物种避难所潜力的发挥至关重要。

西沙群岛银屿珊瑚礁的生态快速退化及其对鱼类的影响

珊瑚礁生态系统退化能够改变珊瑚礁三维结构的复杂性及底栖生物组成,从而对珊瑚礁鱼类群落产生重要影响。南海珊瑚礁在近几十年来处于快速退化之中,但其退化对珊瑚礁鱼类群落造成的生态影响仍不清楚。西沙群岛珊瑚礁近年受高温和长棘海星暴发等的影响而出现生态退化,因此,本文以西沙群岛银屿珊瑚礁为研究对象,通过水下录像样带调查和差异性检验、线性回归评估其珊瑚礁生态退化状况及其对珊瑚礁鱼类群落的影响。结果表明:2020至2021年,银屿活珊瑚覆盖率从33.27%下降到9.07%,草皮海藻覆盖率从8.38%上升到36.50%,珊瑚补充量从21.42ind.·m^(−2)下降到3.64ind.·m^(−2),珊瑚物种丰富度从40.00下降到16.83,珊瑚Shannon-Weaner指数从3.26下降到2.14。鱼类密度从177.16ind·100m−2下降到105.07ind.·100m^(−2),鱼类物种丰富度从30.56下降到17.17,鱼类Shannon-Weaner指数从2.24下降到1.63,珊瑚食性鱼类生物量从2.45g·m^(−2)减少到0.43g·m^(−2),肉食性鱼类生物量从7.35g·m^(−2)减少到1.70g·m^(−2),杂食性鱼类生物量从7.04g·m^(−2)减少到0.95g·m^(−2),鱼类总生物量从32.99g·m^(−2)减少到11.66g·m^(−2)。短短2年内,银屿珊瑚礁已经被草皮海藻和大型海藻占据优势,但是鱼类群落对珊瑚礁区的藻类并没有表现出自上而下的控制效应。在4种类群的鱼类中,植食性鱼类受到生态退化的影响最小。珊瑚礁鱼类的物种丰富度和多样性均受限于珊瑚物种丰富度。基于以上结果,推测银屿珊瑚礁的快速退化是导致珊瑚礁区鱼类群落物种多样性和密度下降,改变珊瑚礁鱼类群落的结构的主要原因。希望未来进一步增加调查的频率和范围,以便更深入地揭示鱼类群落与珊瑚礁生态变化的动态关系。

近40年来大亚湾造礁石珊瑚群落结构的演变分析

本研究采用文献调研、现场调查和室内模拟试验等方法对大亚湾造礁石珊瑚的种群结构演变及其成因进行了探讨。2020年7月现场调查共发现造礁石珊瑚39种,块状的扁脑(Platygyra)、蜂巢(Favia)和角蜂巢(Favites)等是湾内优势珊瑚。1983/1984-2020年,大亚湾珊瑚群落演变的主要特征是曾经优势的鹿角珊瑚(Acropora)和蔷薇珊瑚(Montipora)从湾内基本消失。综合全球珊瑚礁退化大背景和大亚湾独特的水环境分析发现:大亚湾珊瑚群落退化是多方面因素共同作用的结果,其中珊瑚本身的脆弱性和环境中持续的夏季异常高温与低溶解氧含量的共同作用可能是湾内霜鹿角珊瑚(A.pruinosa)退化的主要原因。从湾内珊瑚群落恢复的种源考量,建议加强对刷洲东岛珊瑚群落的保护。

大型海藻在珊瑚礁退化过程中的作用

随着全球范围珊瑚礁的退化,大型海藻在珊瑚礁区的覆盖度呈增多的趋势。大型海藻的大量生长,妨碍了珊瑚的生长、繁殖、恢复等过程。概括起来,大型海藻对珊瑚生长、繁殖及恢复过程所产生的不利影响主要包括:(1)大型海藻通过与珊瑚竞争空间和光照而影响珊瑚生长;(2)大型海藻与珊瑚直接接触时,通过摩擦作用及释放化感物质而影响珊瑚生长;(3)大型海藻的大量生长打破了珊瑚与海藻的竞争平衡,珊瑚为应对大型海藻的入侵而把用于生长和繁殖的能量转移到组织修复与防御上,进而造成珊瑚繁殖能量的减少;(4)大型海藻通过影响珊瑚幼虫的附着及附着后的存活率,而阻碍珊瑚群落的发展;(5)海藻还能通过富集沉积物、释放病原体及扰乱珊瑚共生微生物的生长等而间接影响珊瑚生长。明确的竞争机制有利于研究海藻与珊瑚的相互作用过程。在总结前人对海藻与珊瑚的竞争机制研究的基础上,把两者的竞争机制划分成物理机制、化学机制、微生物机制三大类,物理机制是研究得比较透彻的竞争机制,而化学机制与微生物机制则需要更深入的研究,是当前研究的热点。目前,我国对珊瑚礁中底栖海藻与珊瑚的相互作用研究甚少;鉴于此,对底栖海藻功能群的划分类型以及三大类型底栖海藻对珊瑚的作用特点做了简要介绍,并对珊瑚礁退化的现状和退化珊瑚礁区内海藻的表现做了概述。在此基础上,再综述国外关于大型海藻对珊瑚的影响研究进展,指出我国应该加强对南海珊瑚礁区大型海藻的种类分布及丰富度等的调查,评价大型海藻对南海珊瑚礁的影响现状;并结合生理学、分子生物学技术和生态学研究手段,在细胞与分子水平上探索海藻对珊瑚的影响机制,以期为珊瑚礁生态系统的保护提供参考。

北部湾涠洲岛珊瑚礁海域共生藻(Symbiodinium sp.)种类鉴定

2021年12月在北部湾涠洲岛珊瑚礁海域分离纯化得到两株共生藻(BGERL71、BGERL72),通过光学显微镜和荧光显微镜对其进行形态学初步鉴定,发现其与共生藻细胞大小和形态特征相似,进而基于LSU rDNA和ITS序列构建最大似然法(ML)和邻接法(NJ)系统发育树并计算遗传距离,结果显示共生藻Clade A-F形成了6个独立的分支,其中涠洲岛两株共生藻与Clade A下的自在共生藻(Symbiodinium natans)聚在一起,它们与自在共生藻藻株的遗传距离亦为最小,分别为0.000~0.002和0.000,从而确定这两株共生藻属于自在共生藻。本研究结果丰富了我国北部湾及南海北部珊瑚礁海域的共生藻种类多样性,为该海域珊瑚礁保护提供生物学基础数据。

广西涠洲岛黄廯蜂巢珊瑚、肉质扁脑珊瑚的胚胎和幼虫的早期发育

研究造礁石珊瑚的有性繁殖来探索珊瑚礁的生态修复是近年来的热点。本文于2018年5月采集广西涠洲岛自然海域中的黄廯蜂巢珊瑚(Favia favus)和肉质扁脑珊瑚(Platygyra carnosus)至室内养殖,收集受精卵,观察和记录其胚胎和幼虫的早期发育过程。结果显示,黄廯蜂巢珊瑚和肉质扁脑珊瑚都是雌雄同体,体外受精,在月圆后5~8 d产卵;发育过程都经历卵裂期、囊胚期、原肠胚期以及浮浪幼虫期;两者的卵母细胞都不含虫黄藻。本研究记录了涠洲岛造礁石珊瑚的有性繁殖行为,为进一步利用有性繁殖来进行珊瑚礁的生态修复提供了理论基础。

棘冠海星暴发及其对珊瑚礁的生态影响研究进展

棘冠海星的反复暴发是导致印度—太平洋区域珊瑚礁生态系统退化的最主要原因之一。然而,我国对棘冠海星的研究非常有限。本文综述了国内外关于棘冠海星及其暴发的生态影响和应对策略的研究进展,得出以下主要结论:1)雌性棘冠海星个体每年产卵数量高达50万—2亿个,环境因素变化只要导致幼虫和幼体存活率的轻微提高,成体就将得到大量补充;2)棘冠海星暴发的阈值为1000—1500个/km^(2),暴发周期为10—27 a,每次暴发持续1—10 a,最终可能以“种群集体感染疾病而崩溃”结束;3)棘冠海星暴发对印度洋及太平洋东部和北部珊瑚礁的破坏性非常小,却直接导致太平洋的西部和南部珊瑚礁90%以上的珊瑚死亡,并通过改变珊瑚群落组成、减少珊瑚和鱼类多样性而对珊瑚礁产生间接影响;4)关于棘冠海星暴发原因的假说中“陆地营养物质输入假说”和“捕食者过度捕捞假说”得到了最普遍的认可,但都不能解释所有的暴发事件;5)应对棘冠海星暴发的主要策略有改善水质、设立保护区、投放天敌和人工清理等,其中人工清理是最直接有效的策略,但迄今并没有发现可长期抑制棘冠海星暴发的方法。因此,急需加强对棘冠海星的深入研究,探查其暴发的根本原因和对策。

西沙群岛琛科二井中新世和更新世的一些珊瑚

提要西沙群岛琛航岛琛科二井(CK-2)有878.3 m厚的新生代珊瑚礁灰岩(Cenozoic reef limestone)。新生代珊瑚礁灰岩自上而下包括了第四系的全新统和更新统以及新近系的上新统和中新统。其中,中新统厚514.3 m,产19属石珊瑚(Scleractinia corals)。更新统厚215.6 m,产21属石珊瑚(Scleractinia)和1属八射珊瑚(Octocorallia)。珊瑚是营底栖固着生活的动物,在地层断代方面它没有能像一些浮游动物(例如浮游有孔虫等)那么“精准”。但也有一些珊瑚的地质历程相对比较短暂的,它们在地层划分和对比方面还是能起到重要作用。本研究在琛科二井井深364–878.3 m的中新世地层中鉴定出有若干只见于中新世或者常见于中新世的珊瑚,如:星日珊瑚(Astrhelia)、安的列斯珊瑚(Antillophyllia)和大安的列斯珊瑚(Antillia)等。另外在井深21.4–237 m的更新世地层中也发现了数只限于第四纪的珊瑚,如:叶状珊瑚(Lobophyllia)、合叶珊瑚(Symphyllia)、轮沙珊瑚(Trochopsammia)和苍珊瑚(Heliopora)等。上述珊瑚的时代分布与有孔虫生物地层鉴定的结果以及古地磁和同位素年代地层测定的数据完全吻合。珊瑚除了在地层的划分对比方面能够起到一些关键作用外,更重要的是它在恢复和解释古地理、古气候和古生态等方面也都具有非常重要的意义。