涠洲岛珊瑚礁的发育过程及其与气候的对应关系

涠洲岛位于热带北缘,对珊瑚生长而言其纬度相对偏高,冬季低温是制约其珊瑚生长和珊瑚礁发育的关键因素.重建涠洲岛珊瑚礁发育的过程,对于了解珊瑚对过去气候的响应以及预测珊瑚礁的发育趋势等具有重要科学意义.以涠洲岛珊瑚礁钻孔(GS-3)为材料,利用高精度铀系测年技术测定珊瑚年龄,建立涠洲岛珊瑚礁发育的年代框架;通过粒度、生物组...     

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。     

涠洲岛珊瑚礁生态恢复可行性评估及其恢复策略

广西涠洲岛地处世界珊瑚礁分布的北缘,其造礁石珊瑚具有较高的生态价值和科学研究价值,然而近30年来涠洲岛的造礁石珊瑚资源呈逐年下降趋势,正面临生物多样性衰退和生态服务功能下降的威胁。本研究针对涠洲岛珊瑚礁生态衰退区域,参照珊瑚礁生态恢复潜力评估决策流程进行恢复可行性评估和恢复策略探讨。结果显示,该区域有造礁石珊瑚5科10属21种;表征海水水质质量的6项指标均在 I类水质标准范围,且常年处于贫营养化;大型海藻覆盖率不足1.00%,90.00%以上的珊瑚礁鱼类为杂食性,且该鱼类种群结构有利于调控大型海藻的暴发性生长,与大型藻类和浮游动植物的多样性相适应,适宜珊瑚生长。但该区域造礁石珊瑚平均覆盖率仅有5.60%,底质类型57.27%为礁石,34.30%的底质为非稳定的碎石和砂,珊瑚幼体补充量平均为3.17 ind/m2,珊瑚幼体更新缓慢。以上结果表明,涠洲岛珊瑚礁具有一定的自然恢复潜力,但珊瑚覆盖率低、幼体补充量少以及部分底质结构不稳定是限制涠洲岛珊瑚礁自然恢复的主要因素,需要加强人工干预。在减少人类活动干扰的前提下,适时进行园艺式培育珊瑚苗种、批量珊瑚原位种植和构建人工珊瑚礁立体生境景观应是涠洲岛珊瑚礁生态衰退区的主要人工恢复策略。     

北部湾涠洲岛珊瑚礁海岸及第四纪沉积特征

本文探讨了涠洲岛珊瑚礁海岸及第四纪沉积特征。该岛是第四纪玄武岩喷发时在水下堆积而成的火山碎屑岩岛,其珊瑚礁大约形成于3100a前。岛上构造主要受NE、Nw—SE向断裂的控制,地形南高北低,新构造运动以断裂、火山活动为特征。     

北部湾涠洲岛地貌的基本特征

涠洲岛由第四纪玄武岩浆喷发时在水下堆积而形成。该岛经受长期的地质作用和演变过程，形成了各种各样的地貌类型。据调查、分析，该岛地貌可分为火山地貌、流水地貌、海蚀地貌、海积地貌、珊瑚岸礁地貌、海积一冲积地貌、重力地貌、人工地貌等八大类型。其中，海蚀地貌、海积地貌、珊瑚礁地貌，火山遗迹地貌等较为明显。岛的南部沿岸海蚀地貌发育，海蚀崖高达30～50m，海蚀平台宽20～70m，有35个大小不等海蚀洞。岛的北部沿岸海成沙堤十分发育，呈条带状、牛轭状分布，长100～2000m，宽40～700m。按其形成的年代，形态，结构及空间分布特征分为老、中、新沙堤。老沙堤形成于距今6900-4000a前，中沙堤形成于距今3100-2200a前，新沙堤形成于距今2000～1200a前。岛屿北部、东部沿岸珊瑚岸礁相当发育，礁坪宽400～1025m，珊瑚生长带宽200～660m；西南部发育较差，礁坪宽20～475m，珊瑚生长带宽50～215m。南部沿岸没有珊瑚礁存在，其珊瑚礁形成于6900a前。涠洲岛总的地貌特征是南部沿岸以海蚀地貌为主，北部沿岸以海积地貌和珊瑚礁地貌为主，岛上不同程度地保存有火山活动的遗迹。总的地势则为南高北低，自南向北缓缓倾斜。     

20 年来涠洲岛珊瑚礁物种多样性演变特征研究

综合2007年10～11月、2008年4～5月布置的6条主剖面20条分断面的调查结果,涠洲岛珊瑚礁共出现石珊瑚10科22属46种,9个未定种,该调查区以角蜂巢珊瑚属(Favites)、滨珊瑚属(Porites)、蔷薇珊瑚属(Montipora)为优势类群,各主剖面的优势类群分布各有差异,以西南部的W2主剖面、东北部的W5主剖面的珊瑚礁属种最多,均为8科13属;涠洲岛珊瑚礁属级多样性指数H′值和均匀度指数E值均呈现东北部W5西南部W2东南部W6西南部W1西北部W3北部W4的规律,H′值差异明显,E值变化不大;其珊瑚礁群落近20 a来受到全球气候事件及区域人为活动的影响,整体呈现出衰退迹象,处于缓慢恢复状态。衰退表现在:从20世纪60年代至21世纪初期的珊瑚礁优势种群的组合变化,由较多的优势属种组合演化到相对少的优势属种组合。一直占据优势的鹿角珊瑚种群出现退化,从顶级优势类群降级更替;珊瑚礁属种的多形态组合向相对简单形态组合的演变;历年来珊瑚礁伴生生物的资料(主要是鱼群数量、海参等)显示,涠洲岛珊瑚礁群落生物多样性呈现衰退态势;从2001年至今连续的珊瑚礁健康调查(Reef Check)资料显示,该区石珊瑚礁曾大面积死亡尚未完全恢复。从涠洲岛20 a珊瑚礁多样性演变过程研究发现,影响因素主要包括全球性极端气候、区域性气候变化及不合理的破坏性人类活动影响等因素。     

单轴抗压强度揭示南海珊瑚骨骼结构的差异

通过单轴抗压强度测试法,测量南海北部涠洲岛和南部南沙群岛美济礁块状珊瑚骨骼的抗压强度,将工程力学和珊瑚礁地质生态学相结合,用定量的数据揭示南海南、北部珊瑚骨骼结构的差异性。结果表明,美济礁珊瑚的单轴抗压强度近3倍于涠洲岛样品,显示涠洲岛珊瑚的承载能力相对较弱。南沙群岛海域珊瑚样品的力学性质呈弹性曲线规则变化,而涠洲岛珊瑚的抗压强度时间曲线呈现不规则变化,有不断压密、调整、再压密的过程。通过对破坏后样品的观察,涠洲岛样品的破坏并没有发生在沿生长轴线的方向,而是在孔洞和骨骼密度小的部位。生物侵蚀加重、孔洞增多导致涠洲岛珊瑚骨骼结构的改变,进一步导致了珊瑚不仅抗压强度差、承载力下降,而且力学性质紊乱。该研究工作用定量的数据论证了海水污染对珊瑚骨骼结构改变的影响,建议开展岛礁工程、生态修复等工作之前的首要任务是保护水质、控制排放、有效治理海水污染。     

涠洲岛珊瑚礁系统特征及台风对其影响

文章通过对涠洲岛珊瑚礁生态系统近20年的环境监测数据的梳理,结合前人研究,分析涠洲岛珊瑚礁生态系统的水质、生态和地貌特征以及极端天气过程(台风和暴雨)对其的影响。结果显示,涠洲岛珊瑚礁生态系统的水质、生态和地貌现状均健康良好,适宜珊瑚礁的生长发育,但总体呈现衰退趋势。极端天气过程的影响会给涠洲岛珊瑚礁生态系统造成短时间内的毁灭性打击。随着人类活动的加剧,涠洲岛珊瑚礁生态环境质量有所降低,应引起足够的重视。对涠洲岛珊瑚礁生态系统长期的监测和研究,不仅可以为保护和开发管理海岛珊瑚礁提供科学支撑,也为验证达尔文的环礁成因学说提供第一手资料。     

高温白化事件可提高涠洲岛澄黄滨珊瑚（Porites lutea）的耐热性

近年来,全球气候变暖引起的海水表层温度上升导致大规模珊瑚白化事件频繁发生,严重损害了珊瑚礁的生态健康。为了揭示白化事件对澄黄滨珊瑚（Porites lutea）耐热性的影响,进一步探索滨珊瑚对高温的生理响应,本研究对广西涠洲岛2020年夏季极端高温白化事件前、后的澄黄滨珊瑚进行了高温胁迫对比实验,并进行了生理生化指标分析。结果显示:（1）两组澄黄滨珊瑚对高温胁迫的响应模式一致,均表现为珊瑚触手收缩,虫黄藻密度、最大光量子产量（Fv/Fm）和叶绿素a含量明显降低,抗氧化物（总超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、还原型谷胱甘肽）和铵同化酶（谷氨酰胺合成酶）活性（含量）先升后降;（2）经历高温白化事件后的澄黄滨珊瑚生理指标表现更佳,其抗氧化物和铵同化酶都始终保持高的活性及灵敏的响应。这意味着涠洲岛的澄黄滨珊瑚经历高温白化事件后,可以通过提高抗氧化物和铵同化酶活性来提升耐热性,是其应对全球变暖的策略之一。本研究还揭示了涠洲岛澄黄滨珊瑚应对极端高温的生理响应模式,为珊瑚礁保护和生态修复提供了理论支持。     

北部湾涠洲岛珊瑚礁底栖贝类的群落特征

珊瑚礁是全球生物多样性最高的海洋生态系统之一，底栖贝类是该生态系统的重要组成类群。为了解北部湾涠洲岛珊瑚礁底栖贝类的群落现状及特征，于2015年秋季(10月)与2018年春季(5月)采用水肺潜水截线样条定量调查法对涠洲岛珊瑚礁区6个断面的底栖贝类进行了调查，并分析了物种组成、丰度、生物多样性指数等群落特征。综合两次调查结果显示涠洲岛珊瑚礁区共有底栖贝类128种，分别属于多板纲1科1属3种，腹足纲25科46属68种，双壳纲22科31属57种。优势种为斑顶拟舌骨牡蛎、粗衣蛤、刺荔枝螺、马蹄螺、杂色牙螺、青蚶、旗江珧、甲虫螺、蕾丝蟹守螺、珠母爱尔螺。2018年春季定量断面采集到的样品为2纲14科43种，各断面的丰度、生物量、多样性指数、物种丰度指数和均匀度指数均值分别为3.39个/m2、86.94 g/m2、3.31、3.50、0.37。通过对两年的调查数据比较，发现2015?2018年涠洲岛珊瑚礁区的贝类生物群落呈现良好演替发育趋势。南海珊瑚礁区贝类群落结构可能受到了人为干扰强度和纬度的双重影响。本研究全面掌握了涠洲岛珊瑚礁底栖贝类的种类、分布区及群落的结构与变化，可为该地区海洋生物资源开发利用、珊瑚礁保护和生态修复等工作提供数据支持。     

广西涠洲岛珊瑚分布状况研究

文章根据2017年涠洲岛最新珊瑚本底调查资料,对比分析近10年来,涠洲岛珊瑚种类数量、分布状态以及优势物种变化状况。结果表明,涠洲岛珊瑚以造礁珊瑚为主体,高达10科23属41种,其次为分布有较多的柳珊瑚,为4科12属14种,此外也分布有少量的软珊瑚、群体海葵;珊瑚主要分布于近海海岸一带,以0. 5～6 m的珊瑚礁坪生长带为主,具有明显的分带特点;对比2008年调查数据,本次调查发现涠洲岛海域珊瑚优势物种发生了变化,由角蜂巢珊瑚属变为滨珊瑚属,蔷薇珊瑚属不再是优势属,反而新增了蜂巢珊瑚属和牡丹珊瑚属,此外珊瑚覆盖度较2008年出现了下降趋势,表明了涠洲岛珊瑚生存状况受到了人为活动等因素的影响。     

南海北部滨珊瑚骨骼微生物侵蚀

微生物对珊瑚骨骼的侵蚀作用相对肉眼可见的大型生物侵蚀更加隐蔽, 研究也相对稀少, 国内更是空白。本文对采自涠洲岛、大亚湾以及西沙琛航岛的滨珊瑚骨骼切片在扫描电镜下开展微生物侵蚀研究。在涠洲岛和大亚湾的滨珊瑚骨骼切片中存在微生物侵蚀形成的“橘色条带”, 可能与当地水体富营养化有关, 而琛航岛的样品中则没有类似的条带。扫描电镜观察发现, 这些“橘色条带”为内生藻Ostreobium quekettii, 是一种热带珊瑚礁区常见的侵蚀微生物。O. quekettii侵蚀的珊瑚骨骼结构被破坏, 其厚度减小, 孔隙率提高了1.54%至6.76%、抗压强度下降了27.1%至51.2%, 使得珊瑚骨骼变得更加“疏松”, 且在整个骨骼次表面形成了一层“骨质疏松层”。该种侵蚀微生物扮演了“先行者”的角色, 使珊瑚更容易被大型生物侵蚀, 而大型生物侵蚀又会进一步促进微生物侵蚀, 该“正反馈效应”正好解释了在富营养化的南海北部发现的珊瑚骨骼内侵蚀加剧的现象。     

广西涠洲岛珊瑚礁海域水质环境变化研究与评价

文章根据2013—2016年广西涠洲岛珊瑚礁海域水质实际调查情况,应用单因子污染指数评价法、富营养化指数法和有机污染指数法,对近年来涠洲岛珊瑚礁海域水质环境变化进行综合分析和评价。2013—2016年,广西涠洲岛珊瑚礁海域水质大部分符合国家第一类海水水质标准,满足珊瑚礁的正常生长要求,但悬浮物含量持续偏高,对珊瑚礁造成一定影响。涠洲岛海域水体虽未出现显著的污染,根据历史数据分析,人为排污已在一定程度上影响珊瑚礁的生长,持续的监测有助于及时发现水质环境质量的变化。     

典型近岸退化珊瑚礁的成功修复案例——蜈支洲珊瑚覆盖率的恢复

在全球珊瑚礁生态系统面临退化威胁的情况下,珊瑚礁生态修复工作成为人类帮助珊瑚礁恢复健康的重要手段之一,并且在全球各个珊瑚礁区域都得到广泛应用。我国近岸珊瑚礁生态系统退化严重,本实验探讨利用珊瑚移植技术在三亚市蜈支洲岛典型的近岸珊瑚礁环境下恢复造礁石珊瑚的覆盖率,希望推动企业参与海洋生态保护并从中受益。在与当地旅游公司的合作下,2017年6月移植6000株包括风信子鹿角珊瑚(Acropora hyacinthus)、美丽鹿角珊瑚(A.muricata)等8种造礁石珊瑚。经过3 a的生长,移植珊瑚的平均存活率为61.3%,修复区域造礁石珊瑚平均覆盖率从9.3%提升到35.3%,珊瑚覆盖率的提升主要归结于移植珊瑚个体的生长。从恢复效果来看,本次实验有效地恢复了珊瑚礁的珊瑚覆盖率,修复区域内珊瑚礁不仅健康状况有所恢复,同时水下景观得到改善,带动了相关企业参与海洋生态保护的积极性。本次研究结果证明了在我国近岸退化珊瑚礁中利用生态修复技术恢复珊瑚礁生态是可行和有效的。     

全球变化背景下暖水珊瑚礁生态系统的适应性与修复研究

暖水珊瑚礁生态系统是热带海域最具生物多样性和代表性的生态系统之一。本研究分析了全球变化背景下暖水珊瑚礁生态系统的变化和风险,开展了受损暖水珊瑚礁生态系统退化和消失的致灾因子归因分析,综述了暖水珊瑚礁生态系统的适应性与修复技术研究。分析表明:①过去几十年来,暖水珊瑚礁生态系统快速退化,包括大面积白化和死亡、多样性明显减少和生态功能显著衰退,主要归因于海洋升温与人类活动等致灾因子的影响;②在温室气体高排放浓度情景下(RCP 8.5),相比工业革命前,到本世纪中叶,南海升温将可能远超过2℃,这表明南海暖水珊瑚礁生态系统正在逼近其气候临界点,即全球升温高于2℃时,90%~99%以上的暖水珊瑚将消失;③1980年代以来,海洋升温、海洋热浪和强热带气旋等海洋气候变化致灾因子对南海暖水珊瑚的危害性(影响的强度、范围和时间)明显增加,对暖水珊瑚礁生态系统产生了严重的影响;与此同时,近岸海域的过度或破坏性捕捞、采挖和潜水等人类活动,对暖水珊瑚造成了严重损害,增加了暖水珊瑚的气候脆弱性,而这种人类活动既是局部的,也是全球性的现象,使得暖水珊瑚更难以适应全球变暖的影响。分析还表明,为了增强暖水珊瑚适应气候与环境变化的恢复力(韧性),人们开展了诸多受损珊瑚礁生态系统的适应性与修复研究,但主要是采用无性繁殖或结合人工基质的修复方式,而应用有性繁殖技术恢复受损珊瑚礁的方式仍较少;最近,暖水珊瑚耐热的基因适应性研究取得了重要进展,为暖水珊瑚适应全球变暖提供了一种新的途径。本研究最后探讨了中国受损珊瑚礁生态系统的修复问题与对策。     

南科1井第四系暴露面特征及其与海平面变化的关系*

珊瑚礁地层中的暴露面是海平面变化的忠实记录, 对地层层序的划分和研究珊瑚礁体的生长发育过程具有重要意义。本文基于手标本观察与薄片鉴定、碳氧同位素和矿物组成分析, 识别了南沙美济岛南科1井第四纪生物礁碳酸盐岩地层中的典型暴露面, 剖析了主要暴露面与海平面变化及珊瑚礁发育演化的关系。在南科1井(NK-1)第四纪地层中典型暴露面附近以出现大量溶蚀孔穴和红褐色或锈黄色钙质结核为特征, 其碳氧同位素偏负, 并富集Al、Th、Fe和稀土元素, 具有典型碳酸盐岩风化壳的特征。南科1井全新世礁体发育在晚更新世暴露面之上, AMS¹⁴C和U-Th年龄数据证实美济岛全新世珊瑚礁生长时段与南海其他珊瑚岛礁一致, 主要发育在8.2~4.7ka时期, 该时段海平面的缓慢上升为珊瑚礁连续垂向生长提供了有利环境。Sr同位素和古地磁年龄标定的南科1井更新世地层中的主要暴露面时代与南沙永暑礁和西沙群岛珊瑚礁地层中的暴露面时代基本一致, 主要暴露面对应于全球第四纪低海平面时期。     

全球变暖和海洋酸化背景下珊瑚礁生态响应的研究进展

生物礁是由珊瑚虫、藻类等造礁生物组成、具有抗浪结构的海相碳酸盐岩,是全球主要碳库之一,也是观察热带海洋影响中-高纬度环境过程的重要窗口。近二、三十年以来,伴随着海洋水体的显著酸化和增温,全球热带海洋生物礁的主体——珊瑚礁系统遭受了不同程度的影响。其中,对于高温强迫而言,海水温度上升诱发珊瑚白化、抑制珊瑚的自我修复;海洋酸化可以显著改变珊瑚钙化率、抑制珊瑚幼虫发育、引发珊瑚礁的溶解;两大因素均可改变珊瑚礁的群落结构。针对这些环境要素的改变,珊瑚自身可以通过共生藻的种类转换以及调控基因表达等手段在一定程度上抵抗高温胁迫;但若温室气体的排放不受控制,绝大多数珊瑚礁到21世纪末都将遭受灾难性打击。为应对未来不同场景下的珊瑚礁变化,还需要对高温、酸化等关键因子响应特征进行更深入的研究;珊瑚礁长序列研究有可能为珊瑚的长周期演化特征提供关键认识,也为现代观测提供有益补充。     

SCUBA divers above the waterline: Using participatory mapping of coral reef conditions to inform reef management

Coral reefs provide important ecological services such as biodiversity, climate regulation, and cultural benefits through recreation and tourism. However, many of the world's reefs are declining, with Caribbean reefs suffering a significant decline in living corals over the past half century. This situation emphasizes the need to assess and monitor reef conditions using a variety of methods. In this study, a new method for assessing reef conditions to inform management using participatory mapping by coral reef “experts” in the U.S. Virgin Islands (USVI) is described. Occupational SCUBA divers were recruited (n=87) to map coral reef conditions, uses, and threats (stressors) using an internet-based mapping website. The data reveal an uneven geographic distribution of reef conditions in the USVI with the most frequently mapped perceived healthy reef characteristics being: large amount of physical reef structure (n=872 markers); endangered or threatened species present (n=721); and large amount of live coral cover (n=615). The greatest perceived threats were: invasive species (n=606); water pollution (n=234); and unsustainable fishing (n=200). Areas of important reef characteristics, perceived threats to reefs, and perceived recovery potential were plotted to identify areas requiring critical management attention. The authors found that perceptions of healthy reef conditions outnumbered perceptions of reef threats for nine of the ten most familiar coral reefs; the most frequent activity type within the coral reefs was tourism diving; and for the most familiar coral reefs, the divers perceived a high recovery potential. Given the novelty of participatory mapping methods to assess coral reefs, the strengths and weaknesses of the method is evaluated. The authors further propose a management typology for categorizing reef areas to inform their future management. In the absence of primary data, or, as a supplement to underwater surveys and remotely-sensed data on reef condition, participatory mapping can provide a cost-effective means for assessing coral reef conditions while identifying place-specific reef locations requiring management attention.     

基于系统保护规划理论的广西海域优先保护格局分析

基于广西海域红树林、珊瑚礁、海草床等生境数据,在系统保护规划理论框架下,利用Marxan软件构建了广西海域优先保护格局以识别保护空缺。结果表明:广西海域优先保护区集中在三娘湾、合浦、涠洲岛海域,部分区域游离在现有保护体系外。与广西海洋生态红线对比,保护空缺主要分布在沿岸滩涂分布区、红树林分布区和涠洲岛珊瑚礁分布区。本研究首次基于系统保护规划理论,研究了广西海域优先保护格局,为广西海域的保护规划管理提供了科学性建议。     

南沙永暑礁表层珊瑚年代结构及其环境记录

南沙群岛永暑礁7个表层礁坪原生块状珊瑚的高精度TIMS U-Th和12个常规^14C测年结果表明,永暑礁表层礁坪形成于现代,与钻探研究结果吻合。全新世永暑礁系从约7300aBP开始,以现代礁坪面以下17m左右的晚更新世礁灰岩为基底连续发育至今,因此,与南海周边地区的珊瑚礁不同,南沙群岛珊瑚礁的表层块状珊瑚不能够提供全新世高海平面的证据。由于现代珊瑚礁的堆积速率大于地壳沉降速率,可能会形成更多的灰沙洲或灰沙岛。