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。     

ESR测年法在海洋碳酸盐岩测年中的应用

选用珊瑚与珊瑚礁等典型海洋碳酸盐岩,主要针对ESR测年中有关测试与年龄估算的偏离问题开展了系统研究。通过对珊瑚与珊瑚礁样品进行辐照剂量响应实验发现,海洋碳酸盐岩样品在低剂量辐照时要采用较小剂量辐照;在年剂量估算时应进行辐照效率实验或选择合适的k值;在测试较老海洋碳酸盐岩样品的ESR年龄时,应开展热活化实验,研究样品的平均寿命。     

珊瑚礁成因新探

一、矿物养份对珊瑚礁形成和生态的控制作用珊瑚和其他共生的海洋生物体的组织和骨骼中,存在的海水常量元素和微量元素的浓度,往往比海水中同类元素的平均浓度高几个数量级。例如,被浮游植物富集到浓度至少为海水浓度1000至100000倍的元素有20多种,其中碳的富集倍数为4000倍。又如:契夫·史密斯和罗伊发现各种珊瑚礁环境中的碳酸钙产量相当可观,他们测定的结果是:珊瑚礁通常具有1×10~3(克/米~3)/年左右的毛生长率。这表明:珊瑚礁发育的环境中有丰富的矿物     

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...     

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。     

海南珊瑚礁的现状与保护对策

海南是我国最大的海洋省,位于我国的最南端,北纬3°58'～20°10',东经108°37'～117°50',总面积150万km2余,其中将近98%是海洋,陆地主要是海南岛,总面积约3.39万km2,环岛海岸线长达1 528km,为热带气候。海南省沿岸一些浅海水域及南海诸岛十分适合珊瑚生存和珊瑚礁生成,曾母暗沙等就是珊瑚礁岛,极大地丰富了海南的生物多样性,对沿海地区发展和环境保护提供了有力的支持。一、珊瑚礁概况珊瑚是地球上最古老的海洋生物,现在的珊瑚都是古珊瑚的后代,在动物分类学上属于腔肠动物门珊瑚虫纲。珊瑚礁是自然界最令人赞叹的景观之一,无数的礁岩生物…     

珊瑚礁区海底地下水排泄的环境效应及其珊瑚记录研究进展

海底地下水排泄(SGD)是近岸海洋化学和生态系统演化的重要驱动因素,其携带的大量物质对珊瑚礁发育和退化具有非常重要的影响。本文综述了珊瑚礁区的SGD特征及其对珊瑚礁发育和退化的潜在生态环境效应,SGD的珊瑚替代指标以及全球各海域SGD的高分辨率珊瑚记录研究进展,并以南海北部为例探讨珊瑚礁退化的主导因素及SGD的潜在影响。研究发现,目前珊瑚礁区,尤其是岸礁区长时间序列的SGD动态变化记录的研究极为薄弱;利用珊瑚骨骼的地球化学指标来重建局部海域的SGD通量的动态历史变化具有较强的可操作性;虽然SGD极有可能是以南海北部为代表的珊瑚礁区珊瑚礁退化的重要因素,但目前无论是政府机构还是公众对SGD的关注和重视相当有限。未来的研究应该聚焦于珊瑚礁区SGD及其携带物质通量的高分辨率珊瑚记录,进而探讨SGD对珊瑚礁发育和退化影响的关键过程与机制,并提出科学合理的应对建议。     

pCO2增加引起的海洋酸化对造礁珊瑚光合效率的影响研究

海洋酸化是近年来人类所遇到的重大全球环境问题之一,它指的是大气CO2浓度增加引起的海水pH降低的现象。海洋酸化已经威胁到珊瑚礁及其它钙质生物的生存与发展。近期的预测模型与野外实验均表明,海洋酸化的后果可能比以前想象的更为严峻。本研究采用叶绿素荧光技术,选取3种鹿回头珊瑚礁区常见的珊瑚种类（Acropora valida、Galaxea astreata和Favites abdita）,分别设置海水环境为450 μatm、650 μatm（IPCC预测的2065年的水平）和750 μatm（IPCC预测的2100年的水平）的3个pCO2浓度梯度,监测珊瑚在不同CO2浓度背景下10天内的光合荧光参数的变化。实验结果表明,水体pCO2为650μatm时,珊瑚的总体光合效率最高,但随着时间的延长,珊瑚荧光参数在3个浓度梯度下都会显示不同程度的下降趋势。虽然3种珊瑚对不同浓度CO2响应的程度不同,但基本上显示出,在低浓度pCO2时,pH下降引起的酸化作用控制着珊瑚共生藻的光合效率;而随着浓度的增加,CO2增加引起的施肥效应愈加明显,与酸化作用竞争,共同作用于珊瑚共生藻,使得光合荧光参数在波动中变化。     

海南岛鹿回头珊瑚礁研究进展

前人在海南岛鹿回头珊瑚礁区所做的工作主要集中于以下三方面：(1)鹿回头珊瑚礁区地貌的粗略描述;(2)鹿回头珊瑚礁记录的古海平面研究：(3)鹿回头珊瑚礁记录的现代环境信息研究。通过野外实地考察,将鹿回头珊瑚礁分为8个生物地貌带：礁前斜坡活珊瑚带、礁缘砾石突起脊带、外礁坪带、中礁坪带、内礁坪带、海滩、沙堤、洼地,它们是全新世海平呵和气候环境变化的产物。关于本区珊瑚礁的研究,结合全球珊瑚礁与环境的研究来看,许多工作有待于展开和补充,大致可从以下4个方面进行深入研究：(1)珊瑚礁的生物地貌过程;(2)珊瑚及珊瑚礁的高分辨率环境记录;(3)珊瑚对海洋环境污染的记录：(4)珊瑚礁生态系统与社会、经济及人文系统的关系及其可持续发展。     

珊瑚礁岩的磁性初步研究

南沙群岛南永１井珊瑚礁岩的磁性测量结果表明，珊瑚礁岩的磁化率（Ｘ）为负值，属抗磁性物质，但它有较稳定的剩余磁化强度（Ｍｒ），而且它的ＮＲＭ（天然剩余磁化强度）近似对数正态分布，其值大部分分布在（０．８－１．６）×１０（－４）Ａ·ｍ（－１）区间内。进一步研究发现珊瑚在生长过程中，富铁细菌及水介质等可以在珊瑚礁孔隙中留下铁磁性物质；另一方面，珊瑚在生长时也可能吸收铁离子，变成珊瑚礁骨骼的一部分。因此，珊瑚礁岩具有铁磁性，在古地磁场作用下，产生弱剩磁。     

雷州半岛西南部珊瑚礁礁体结构与场地稳定性分析

珊瑚礁是全球气候变化研究的主要内容之一, 近年来为适应珊瑚岛礁工程建设的需求, 珊瑚礁研究得到较快发展.珊瑚礁是发育于热带海洋环境中由生物作用和地质作用共同形成的地质体, 是一种特殊的岩土介质类型.雷州半岛西南部珊瑚礁区无论在其物质组成还是发育环境上都具有独特性, 该区海洋水动力作用在珊瑚礁体不同部位强度不同, 具有明显的分带性, 是造礁珊瑚生态环境和碎屑沉积分带的主要原因, 它与珊瑚礁地貌分带、珊瑚礁工程性质相结合, 形成了珊瑚礁不同的岩体结构和工程地质分带.在分析了该区地质背景、岩体结构和工程地质分带等的基础上, 对雷州半岛西南部珊瑚礁区场地稳定性进行探讨, 为该区工程建设提供依据.     

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...     

海南岛珊瑚礁鱼类的初步研究及前景探讨

鱼类是脊椎动物中种类最多的一纲，根据Ｎｅｌｓｏｎ１９８４年的估计，全世界有２８０００种现生鱼类，目前记录到的约为２００００种，其中海洋鱼类约１２０００种。我国海洋鱼类已知有２０００余种，约占世界海洋鱼类种数的六分之一。然而尚有一些种类还没有被记录到，其中很多是生活在珊瑚礁区域的小型鱼类。珊瑚礁只分布在地球上南、北纬３０°线之间，且具有高温、高盐的少数浅海岸地区，我国的海南岛即位于其间，海南岛沿岸有较丰富的珊瑚资源和珊瑚礁鱼类，遗憾的是这一自然生态环境正在遭到人为的破坏，因此如何加强对珊瑚礁鱼类的…     

中国珊瑚礁资源状况及其药用研究调查 Ⅰ.珊瑚礁资源与生态功能

对中国珊瑚礁生物物种组成、资源状况、分布特征及其生态功能进行了调查和评价.中国珊瑚礁主要分布在中国南海诸岛海域和唬南、广东、广西、福建、台湾等近岸海域.中国造礁石珊瑚已记录21科,56属295种,对珊瑚礁生态系统结构与生态功能的维持具有重要作用.八放珊瑚亚纲中柳珊瑚已记录7科,28属,75种,软珊瑚有6科,23属,113种,是现代海洋药物研究的热点生物资源.中国珊瑚礁具有造礁与消波护岸、维持珊瑚礁生态系统和生物多样性、提供生物资源和材料、生物地球化学与科学研究、文化教育与生态旅游等多种生态功能与价值.     

海洋中的热带雨林——珊瑚礁

在广袤的海洋中，大量各式各样的珊瑚礁使水下世界更加绚丽多彩。珊瑚按其形态特征可分为造礁珊瑚和非造礁珊瑚，珊瑚礁是由造礁珊瑚形成的。珊瑚虫属于无脊椎动物中的腔肠类，体型呈辐射对称，石灰质外骨骼或皮层中含有大量骨针。造礁珊瑚具有分泌碳酸钙形成外骨骼的功能，并且由于有单细胞的虫黄藻与之共生，钙化生长速度快，所以能造礁。     

基于深度学习的西沙永乐群岛珊瑚礁遥感信息提取

珊瑚礁是海洋生态系统的重要组成部分,对保护海洋生物多样性以及维持海洋生态平衡具有重大意义。我国南海珊瑚岛礁自然资源丰富,准确、高效地提取珊瑚岛礁信息对南海岛礁监测、管理、规划与保护具有现实意义。本研究基于我国海洋一号C卫星（HY 1C）遥感数据,对西沙永乐群岛珊瑚礁信息进行了研究与分析,提出基于HY 1C遥感数据的珊瑚礁地貌分类体系。采用全卷积神经网络U Net模型,依次通过下采样、上采样操作提取西沙永乐环礁地貌特征,实现原始影像的像素级语义分割。结果表明：基于HY 1C数据建立的地貌分类体系对活珊瑚覆盖及珊瑚生长发育条件具有指示作用,提出的基于U Net模型的珊瑚岛礁地貌信息自动提取方法,能够为我国南海珊瑚岛礁生态系统的全自动、大范围监测和评价提供相应理论基础,在珊瑚礁生态管理与评价中发挥关键作用。精度验证结果表明：U Net模型可以有效提取珊瑚礁地貌信息,采用的地貌信息提取方法具备时空泛化能力,泛化精度高于80%。     

怎样使珊瑚礁复活

众所周知 ,最近数十年来 ,珊瑚构筑物深受气候变暖、海水污染和其他因素之害。所有这些给珊瑚礁带来了很大的损失 ,其中包括沿澳大利亚东海岸延伸 2 0 0 0多公里的世界上最大的自然构筑物———大堡礁。澳大利亚海洋科学研究所的生物学家 ,提出了死亡珊瑚礁复生的方法。早在 1 997年他们就注意到在珊瑚湾的试验过程中珊瑚虫的大量繁殖。科学家们用桶从水中舀出微小的珊瑚幼虫 ,并将它们分置到锚泊在珊瑚礁受损位置之上的浮动水池中。将已成熟的幼虫放在瓦片或板上 ,在浅水处将它们沉降至底部并注意它们的发育 ,同时用网盖保护它们不受入侵者…     

海南岛龙湾港滨珊瑚重金属含量的年际变化

采用等离子体原子发射光谱(ICP AES)技术,测定了1986—1997年海南省琼海市龙湾港(19°20′N、110°39′E)滨珊瑚中的Fe、Cu、Al、Ba、Zn、Mn、Cd、Ni 、Cr重金属含量。结果表明,1993 年珊瑚中 Fe的含量高出其平均值的1.03倍,受到了较明显的Fe污染。另外,珊瑚中的Fe含量在1994、1995年,Cu在1986年,Mn在1993年,Zn在1995年的含量高出各自平均值的0 5~1倍,受到相应重金属的轻微污染。然而,与广东省电白县大放鸡岛滨珊瑚、南沙珊瑚礁沉积物中的重金属含量相比,龙湾港在近12年中海洋珊瑚受重金属的污染不显著。运用多元统计的分析方法,探讨了重金属之间、重金属与降雨量和径流量之间的相关性,并对重金属的污染来源提出一些看法。     

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.     

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。