南海相对高纬度珊瑚对海洋环境变化的响应和高分辨率记录

分布于相对高纬度的亚热带珊瑚礁和珊瑚群落,与热带珊瑚礁一样具有重要的研究价值,但实际上对相对高纬度珊瑚的研究相对稀少。在我国南海,相对高纬度的珊瑚礁和群落主要分布于广西涠洲岛、广东大亚湾、香港、福建东山、台湾等海域。近年来,一些学者利用生物、生态、地质、地球化学等研究方法,围绕"珊瑚群落演变与全球变化的关系"、"珊瑚对环境变化的高分辨率记录"等领域,在相对高纬度海域开展了一些研究工作。本文首先简略介绍相对高纬度珊瑚的研究意义,然后着重综述南海相对高纬度珊瑚对海洋环境变化的响应和高分辨率记录,以期通过综述前人的研究成果,为接下来的研究提出新问题、开创新思路提供借鉴。

全球变暖和核电站温排水对大亚湾滨珊瑚钙化的影响

全球变暖引起的珊瑚白化和珊瑚钙化能力减弱,对全球珊瑚礁生态系统构成了严重威胁。在这样的背景下,相对高纬度海域石珊瑚(Scleractinia)群落被认为是珊瑚物种延续的最后避难所。通过分析大亚湾海域持续生长46年(1962—2007年)的滨珊瑚Porites骨骼参数(生长率、密度和钙化率),研究相对高纬度海域石珊瑚钙化对全球变暖以及人为热排放的响应模式。结果显示,滨珊瑚平均生长率、密度和钙化率分别为0.97cm.a?1(0.41—1.32cm.a?1)、1.45g.cm?3(1.17—1.65g.cm?3)和1.40g.(cm2.a)?1[0.59—1.93g.(cm2.a)?1]。海表温度(SST)是该海域石珊瑚钙化的主导控制因素。1962—1993年,全球变暖、SST上升对大亚湾滨珊瑚生长有缓解冬季低温胁迫、促进骨骼钙化的作用。然而,随着SST持续上升以及大亚湾核电站的运行,全球变暖与核电站温排水对滨珊瑚骨骼形成高密度带造成抑制作用,导致自1993年以后滨珊瑚骨骼生长率和钙化率呈下降趋势,并出现1997—2001年和2006年的低谷。因此,全球变暖,至少是初期,对相对高纬度海域石珊瑚钙化乃至珊瑚礁发育是有促进作用的。但随着SST持续上升,加上ENSO等极端高温事件以及人类活动的影响,可能在未来会出现相对高纬度海域的大面积石珊瑚白化。

涠洲岛滨珊瑚骨骼生长率变化对气候变暖和极端事件增加的响应

较高纬度海域的珊瑚礁能否成为气候变暖背景下珊瑚物种的"避难所"仍不明确,在南海的相关研究更是稀少。文章通过X光照相的方法,测定了采自涠洲岛的滨珊瑚Porites样品的骨骼生长率;利用涠洲岛表层水温(SST)资料,分析了SST上升速率,并计算出周热度指数和正、负水温异常值,清晰地展现历史上该海域的极端高、低温事件;结合滨珊瑚骨骼生长率和水温参数的变化,研究涠洲岛滨珊瑚对全球变暖以及历史极端事件的响应和记录,并以此为例探讨南海北部较高纬度海域珊瑚对气候变暖和极端事件增加的响应。研究结果显示,采集的滨珊瑚年龄覆盖27年,即1984—2010年,其平均骨骼生长率为6.3mm·a-1,变化于3.1—9.9mm·a-1之间。所有滨珊瑚的骨骼生长率一致呈现出下降的趋势,特别是在1997年后比之前下降了26%。气候变暖、SST快速上升以及极端气候事件增加导致了涠洲岛乃至全球范围内珊瑚生长率的下降。较高纬度海域的珊瑚应对气候持续、快速变暖的能力表现得较弱,尤其是面对极端事件频发的情况时其脆弱性更加显著。

北部湾涠洲岛珊瑚礁的研究历史、现状与特色

分析多年来涠洲岛珊瑚礁的研究成果,得出以下认识:1)近20多年来涠洲岛活珊瑚覆盖率呈快速下降趋势,北部活珊瑚覆盖率由2005年的63.70%下降到2010年的12.10%,东南部由1991年的60.00%下降到2010年的17.58%,西南部由1991年的80.00%下降到2010年的8.45%;2)处于相对高纬度区域的涠洲岛珊瑚礁,是研究全球气候变暖背景下珊瑚向高纬度或相对高纬度海域迁移的珊瑚避难所这一假说的理想区域;3)涠洲岛的珊瑚礁直接发育于火山基岩之上,是检验达尔文关于环礁成因假说的理想场所;4)涠洲岛珊瑚礁主要受到极端气候事件与人类活动的双重影响,是研究珊瑚礁响应人类活动和极端气候事件的天然实验室。因此,涠洲岛珊瑚礁除了与其他珊瑚礁一样具备重要的资源、生态与环境特征之外,还具有独特的科学研究价值,需要引起高度重视并进行有效保护,为南海珊瑚的北向迁移创造条件。

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32d,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.