不同SST资料在海南岛和北部湾珊瑚白化预警中的适用性比较

近年来,受全球气候变化及极端天气的影响,全球范围频繁出现珊瑚礁白化现象,遥感SST已广泛应用于珊瑚白化的监测和预警中。海南岛近岸及北部湾海域的珊瑚礁近年也倍受白化压力,然而,遥感SST在海南岛近岸及北部湾海域珊瑚白化预警中的适用性尚不清楚。为此,本研究比较了3种常用的遥感SST数据(OISST、GHRSST和CoralTemp)在研究海域的异同及其在夏季珊瑚白化预警中的适用性。结果表明,GHRSST的SST最高、CoralTemp次之、OISST最低,OISST的偏差在2013年以前比较明显,GHRSST和CoralTemp在2003年之后比较接近;与浮标的现场观测值相比,2006—2020年CoralTemp的平均偏差和均方根误差分别为0.03℃和0.92℃,GHRSST为0.08℃和0.96℃,OISST为-0.25℃和1.21℃,CoralTemp在研究区域内更为准确;3种遥感SST计算的DHW与使用现场SST计算的趋势一致,CoralTemp的结果更为接近现场SST。因此,3种遥感SST资料中,CoralTemp相对来说更适用于研究海域。     

在细胞水平上对高温珊瑚白化的初步研究

全球变暖背景下的异常高温能够导致珊瑚及其虫黄藻组成的共生体系崩溃,虫黄藻大量损失,出现珊瑚白化,并可能进一步导致珊瑚礁生态系统退化.文章通过对6种造礁石珊瑚的急性高温胁迫实验,分析不同种属的石珊瑚虫黄藻共生体系对高温的耐受性差异,为全球变暖背景下珊瑚群落演替趋势提供理论依据.结果显示:1)在急性高温胁迫下,石珊瑚耐受的差异性与其形态有关,枝状珊瑚耐受性最低,在高温胁迫下最先白化、死亡,而叶片状和块状珊瑚对高温的耐受性较强,这与野外珊瑚礁白化的现场观测结果一致.2)在高温胁迫下,不同种属珊瑚共生虫黄藻损失的方式不同:珊瑚持续排出虫黄藻,如鹿角杯形珊瑚 Pocillopora damicornis;珊瑚先排出一定的共生藻,之后珊瑚组织携带大量虫黄藻与珊瑚骨骼分离,如风信子鹿角珊瑚 Acropora hyacinthus 和松枝鹿角珊瑚 Acropora brueggemanni;先排出部分虫黄藻后,虫黄藻以有丝分裂增殖的方式迅速补充其数量,如十字牡丹珊瑚 Pavona decussata;虫黄藻细胞直接坏死而损失虫黄藻,如澄黄滨珊瑚 Porites lutea.研究强调,预测珊瑚对全球变化的响应问题时,应当同时考虑珊瑚宿主和共生藻的作用.     

重金属铜污染对石珊瑚生长影响的实验研究

分布于热带海洋的珊瑚礁是重要的生态学资源.受全球环境变化和人类活动的影响,珊瑚礁正处于退化之中,其中重金属污染是人类活动影响珊瑚礁的重要方面.国际上不少研究初步探索了珊瑚对一定浓度重金属的响应,我国类似的研究尚不多.本文通过72h的急性毒性测试,研究重金属Cu2+污染对6科7属石珊瑚的影响,以了解重金属污染对石珊瑚所造成的伤害和石珊瑚对Cu2+污染的生态反应.实验结果显示,随着Cu2+浓度的增加,与珊瑚共生的虫黄藻密度呈现先短暂上升而后持续下降的趋势,直致珊瑚白化;Cu2+污染对块状滨珊瑚毒性影响最大,在浓度超过40·7μg·L-1时即致其死亡.Cu2+污染胁迫下所有试验珊瑚的触手伸展活动都出现异常,显示Cu2+污染对珊瑚生存有明显的影响.     

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。     

西沙群岛造礁石珊瑚主要疾病调查与初步研究

记录了2010年5-10月及2011年4-8月在西沙群岛海域开展珊瑚疾病调查的结果,发现普哥滨珊瑚(Porites pukoensis)、扁枝滨珊瑚(Porites andrewsi)、蔷薇珊瑚(Montipora spp.)、杯形珊瑚(Pocillopora spp.)、鹿角珊瑚(Acropora spp.) 、菊花珊瑚(Goniastrea spp.)、澄黄滨珊瑚(Porites lutea)和滨珊瑚(Porites spp.)等共14种珊瑚主要出现了白化、白斑病、黑化、黄色炎症样病症、粉红颗粒状综合症等9种不同症状的疾病,目前该海域为珊瑚疾病的频发区。其中,普哥滨珊瑚的黄色炎症样病症和扁枝滨珊瑚的白化最为常见。普哥滨珊瑚黄色炎症样病症主要出现在永兴岛附近海区,患病部位存在大量黄色脓样分泌物,患病部位水螅体生长正常、萎缩或缺失,有时骨骼部分缺失,患病部位面积一般为0.02~12.00 cm2;该疾病由机械损伤或其他原因引起,因机械损伤引起的伤口一般在2~3个月可以恢复,其中小面积伤口的黄色物质可在10~20d内消失、伤口基本恢复正常,而其他原因产生的黄色物质需1~3个月才能消失,有的甚至在观察期内无明显变化。扁枝滨珊瑚的白化出现在七连屿一带的扁枝滨珊瑚分布区,该病存在整枝完全白化、局部大面积白化、散布白色斑点3种情况,白化部位水螅体缺失。本文为我国西沙海域珊瑚疾病的首次报道,可为今后开展西沙珊瑚疾病研究提供参考。     

近165年来中沙环礁中北暗沙滨珊瑚生长率及其对海温变化的响应

海水温度是控制珊瑚生长的关键环境因素之一, 随着全球气候变暖, 海温持续升高已成为珊瑚生长面临的全球性威胁。文章对采自中沙环礁中北暗沙水深约16m的澄黄滨珊瑚岩心样品开展了生长率分析, 揭示出中沙环礁滨珊瑚近165年来的生长历史及变化规律; 并通过与西沙群岛永兴岛滨珊瑚生长率的对比, 探讨了南海中部滨珊瑚生长的区域差异及其对海温升高的响应关系。过去100多年来中北暗沙和永兴岛海区的平均海温分别为(27.4±0.37)℃和(27.09±0.36)℃, 两个海区的海温均呈线性升高趋势, 升温速率一致, 约为0.43℃·ha^-1。过去100多年间中北暗沙和永兴岛滨珊瑚的平均生长率分别为(0.70±0.16)cm·a^-1和(1.19±0.16)cm·a^-1, 但中北暗沙滨珊瑚生长率呈线性下降趋势, 下降速率约为9.4%·ha^-1; 而永兴岛滨珊瑚生长率呈线性上升趋势, 增长速率约为10.9%·ha^-1。过去100多年间两个礁区的滨珊瑚生长率均存在年代际波动, 大致与海温的年代际波动对应。两个礁区滨珊瑚生长率与海温在趋势上呈现非线性响应关系, 存在滨珊瑚生长的最适宜温度约为27.25℃, 过去100多年来中北暗沙海域海温的增温趋势已经超出了滨珊瑚生长的适宜海温范围, 限制了滨珊瑚的生长趋势, 而永兴岛海域海温仍适宜滨珊瑚的生长。在年代际波动上两个礁区滨珊瑚生长率与海温存在线性正相关关系, 海温的年代际增温有利于滨珊瑚生长。在南海未来持续海水升温的情况下, 中北暗沙珊瑚生长的下降趋势将会进一步加剧, 并将严重威胁中沙珊瑚礁生态系统的维持和发展。     

珊瑚共生虫黄藻密度的季节变化及其与珊瑚白化的关系——以大亚湾石珊瑚为例

定量分析了2006年6月、2007年8月和2008年2月采自南海北部大亚湾海域的共8科、13属、23种170个石珊瑚样品的共生虫黄藻密度,探讨了石珊瑚共生虫黄藻密度的季节变化及其与珊瑚白化的关系.结果显示,所有珊瑚种属的共生虫黄藻密度都显示出明显的季节性波动,总体上夏季低、冬季高(约为夏季的2倍),是海表水温和太阳辐射协同作用的结果.夏季大规模的珊瑚白化(热白化)可能是珊瑚共生虫黄藻密度逐渐降低(排出)到一定阈值的外观表征,而非突发的生态现象;冬季珊瑚白化(冷白化)则可能是极端低温直接致珊瑚死亡,进而快速排出虫黄藻的突发现象;高共生虫黄藻密度对冬季低温乃至极端低温条件下的珊瑚生存起到一定的保护作用.     

滨珊瑚Sr/Ca的种间和种内差异性

滨珊瑚骨骼的锶和钙元素的比值(Sr/Ca)是重建热带海区海水表面温度(sea surface temperature, SST)变化最常用的地球化学代用指标之一。但是,珊瑚作为生物体,其生理活动会对骨骼内的Sr/Ca产生干扰从而影响重建的准确度。文章采用全谱直读等离子体原子发射光谱(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer, ICP-OES)技术对南海北部涠洲岛两块滨珊瑚的Sr/Ca比值进行测量,并结合卫星观测的SST值分别建立各个珊瑚个体的Sr/Ca-SST温度计方程。结果显示:1)该研究采集的两种滨珊瑚(澄黄滨珊瑚和普哥滨珊瑚)的Sr/Ca值和温度计具有显著的种间差异。因此在古气候重建时,建议古珊瑚和现代珊瑚严格使用同一种滨珊瑚;2)同种滨珊瑚不同个体之间的Sr/Ca也存在差异性,一方面是由于冬、夏季的极端低、高温对珊瑚生理产生胁迫,从而造成Sr/Ca出现异常值;另一方面则是取样误差导致,尤其是夏季高温和冬季低温时期; 3)同一珊瑚个体内的不同生长轴的生长率存在显著差异,然而Sr/Ca却没有显著的差异性,说明不同生长轴的取样对骨骼Sr/Ca没有显著影响。最后,文章用多样品的平均值建立Sr/Ca温度计方程,用于减小个体之间的差异性带来的误差,得到Sr/Ca(mmol·mol–1)=–0.04027×SST(℃)+9.623的方程。用该温度计对涠洲岛海域的SST后报的误差为±0.6℃(1σ),达到了古海温重建的精度需求。     

滨珊瑚Sr/Ca的种间和种内差异性*

滨珊瑚骨骼的锶和钙元素的比值(Sr/Ca)是重建热带海区海水表面温度(sea surface temperature, SST)变化最常用的地球化学代用指标之一。但是, 珊瑚作为生物体, 其生理活动会对骨骼内的Sr/Ca产生干扰从而影响重建的准确度。文章采用全谱直读等离子体原子发射光谱(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer, ICP-OES)技术对南海北部涠洲岛两块滨珊瑚的Sr/Ca比值进行测量, 并结合卫星观测的SST值分别建立各个珊瑚个体的Sr/Ca-SST温度计方程。结果显示: 1) 该研究采集的两种滨珊瑚(澄黄滨珊瑚和普哥滨珊瑚)的Sr/Ca值和温度计具有显著的种间差异。因此在古气候重建时, 建议古珊瑚和现代珊瑚严格使用同一种滨珊瑚; 2) 同种滨珊瑚不同个体之间的Sr/Ca也存在差异性, 一方面是由于冬、夏季的极端低、高温对珊瑚生理产生胁迫, 从而造成Sr/Ca出现异常值; 另一方面则是取样误差导致, 尤其是夏季高温和冬季低温时期; 3) 同一珊瑚个体内的不同生长轴的生长率存在显著差异, 然而Sr/Ca却没有显著的差异性, 说明不同生长轴的取样对骨骼Sr/Ca没有显著影响。最后, 文章用多样品的平均值建立Sr/Ca温度计方程, 用于减小个体之间的差异性带来的误差, 得到Sr/Ca(mmol·mol^-1)= -0.04027×SST(℃)+9.623的方程。用该温度计对涠洲岛海域的SST后报的误差为±0.6℃(1σ), 达到了古海温重建的精度需求。     

适度热胁迫对造礁石珊瑚热耐受性影响的研究

在气候变暖导致全球珊瑚礁加速退化的背景下,珊瑚的热耐受性是决定珊瑚礁命运的关键.本研究对三种造礁石珊瑚(澄黄滨珊瑚;十字牡丹珊瑚;鹿角杯形珊瑚)进行了室内短期驯化模拟实验.结果显示:(1)三种造礁石珊瑚在经历32℃与34℃高温胁迫时,珊瑚共生虫黄藻密度、共生虫黄藻暗适应后最大光量子产量(Fv/Fm)都会降低,半胱氨酸d...     

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。     

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。     

全球变暖背景下三亚湾上升流的冷水有利于珊瑚的生存

It has been reported that global warming has negative effects on coral ecosystems in the past 50 years and the effects vary in different ocean environment. In order to make clear the coral reef status in the background of global warming along the south coast of Hainan Island of China, satellite and in situ data are used to retrieve the information of the coral reef status and surrounding environmental factors. The results show that cool water induced by upwelling along the south coast of Hainan Island is found in the area every summer month, especially in the relatively strong El Ni?o years(2002–2003 and 2005). From the NOAA satellite data, degree heating week(DHW) index does not exceed 3 in Sanya Bay even in the relatively strong El Ni?o years. By comparison of a coral reef growth rate in the Sanya Bay with respect to El Ni?o events from 1957 to 2000, coral's growth rate is relatively greater during 1972, 1991–1994 and 1998 El Ni?o event. By analyzing the environmental factors, it is found that the cool water induced by upwelling may be the main reason for protecting corals from global warming effects.     

海水升温对非虫黄藻共生型珊瑚Cladopsammia sp.的生理影响*

文章以非虫黄藻共生型珊瑚Cladopsammia sp.为研究对象, 将对照组的海水设置为26℃恒温, 试验组从26℃升温至33℃, 以此探究海水升温对Cladopsammia sp.代谢和钙化生理的影响。结果显示: 在高温胁迫下, 虽然Cladopsammia sp.钙化相关酶(Ca²⁺-ATP酶和Mg²⁺-ATP酶)的活性出现了负响应, 但是珊瑚的呼吸速率、生长速率、组织中总蛋白和粗脂肪都没有显著改变(p>0.05)。比较历史文献结果和本研究结果表明: Cladopsammia sp.可能由于体内没有虫黄藻共生, 表现出了比大部分虫黄藻共生珊瑚更高的温度耐受能力。     

涠洲岛珊瑚礁近千年的发育过程及其对气候变化的响应*

高纬度珊瑚栖息地能否成为气候变暖背景下热带珊瑚物种的“避难所”仍不明确, 南海北部的相关研究更是稀少。本文以取自涠洲岛的2根珊瑚礁沉积岩心为研究对象, 通过U-Th定年、沉积组分分析以及珊瑚种属鉴定等方法, 探讨近千年以来珊瑚礁的发育过程及其对气候变化的响应。研究结果发现, Core1(石螺口)岩心沉积的3个快速堆积阶段分别与罗马暖期、中世纪暖期和现代暖期大致对应; 而2个缓慢堆积阶段则分别与黑暗时代冷期和小冰期大致对应, 证实了温暖的气候对珊瑚礁发育有促进作用, 而寒冷的气候则不利于珊瑚礁的发育; 此外, 现代强烈的人为干扰可能也导致了涠洲岛珊瑚礁的迅速退化。Core2(南湾)中陆源沉积含量高, 珊瑚年龄主要集中在800AD—950AD和现代这两个时间段内, 其原因可能与环境变化、风暴作用及湾内现代珊瑚分布特征有关。通过对比这两个站位的珊瑚礁沉积特征, 本文进一步提出“完全避难所”和“非完全避难所”的概念, 揭示涠洲岛珊瑚可能同时具有低纬度热带珊瑚礁和高纬度珊瑚群落这两种发育特征和趋势。     

全球变化对海洋渔业的影响及对策

人类行为引发的全球性捕捞过度、水体富营养化、气候温暖化和臭氧层被破坏等都地世界渔业产生极大的影响,而捕捞过度使鱼群抵御环境变化的能力降低,并直接破坏渔业资源,从而放大全球变化对海洋渔业的影响。水体富化造成的有害赤潮及鱼虾病害频发、往往给业,尤其是增养殖渔业带来巨大经济损失,温暖化引起的海水升温和盐度改变,不仅直接影响海洋生物的生理、繁殖及时空分布,而且通过对海平面、上升流、厄尔尼诺现象,珊瑚礁、信     

丛生盔形珊瑚共生体及骨骼的形态研究

"共生"和"钙化"一直是珊瑚生物生态学研究中两个最核心的问题,为加深对珊瑚共生和钙化生物过程的理解,以丛生盔形珊瑚(Galaxea fascicularis)作为研究模型,通过透射电镜和扫描电镜研究珊瑚共生体的细胞显微结构及骨骼的形态特征,并利用电感耦合等离子体质谱(Inductively Coupled Plasma...     

两种造礁石珊瑚对海水酸化和溶解有机碳加富的响应*

文章选择鹿回头近岸海域常见的板叶角蜂巢珊瑚(Favites complanata)和十字牡丹珊瑚(Pavona decussata)为研究对象, 采用室内连续培养的方法, 探究两种不同造礁石珊瑚对酸化和溶解有机碳(DOC)加富的响应。结果表明: 酸化(pH 7.6)并不会影响两种珊瑚的钙化速率和生长速率; 但DOC加富(524.03±78.42μmol•L^-1)使两种珊瑚的钙化速率分别降低67%和47%、生长速率降低59%和40%。当二者共同作用时, 两种珊瑚的钙化速率降低30%和11%、生长速率降低46%和59%, 大多没有DOC单独作用时强烈, 表现出一定的拮抗作用。两种珊瑚共生虫黄藻叶绿素荧光指数(F_v/F_m)均升高后降低, 板叶角蜂巢珊瑚F_v/F_m最先降低。实验表明, 这两种珊瑚虽然对海洋酸化的敏感度不高, 但是对有机物加富有不同的响应, 板叶角蜂巢珊瑚更为敏感, 可能导致这两种珊瑚在未来环境变化中有不同命运。