近200年南海热带珊瑚礁生物侵蚀及其与气候变化和人类活动加剧的联系

Safety evaluation of reef construction refers to not only the ecological security and internal structure stability during the construction, but also the impacts of future global changes on reefs and buildings. Bioerosion is one of the most important forces to control the growth rate, morphology and stability of coral reefs. However, the relationship between bioerosion and global changes is still unclear. This project is raised for the national demand in the tropical South China Sea (SCS). Numerous coral cores will be drilled at the reef edges and reef fronts, tropical SCS. In the cores, the bioerosion species composition, bioerosion intensity and rate, combined with the U/Th dating technique, will be analyzed to record the bioerosion variability during the recent 200 years. Based on the instrumental seawater temperature, sea level and coral-based reconstructed temperature anomalies, bleaching events, salinity, pH and nutrients, we will explore the relationship between bioerosion and climatic and anthropogenic stressors. Reef CaCO3 deposition rate will be compared with the bioerosion rate to estimate the CaCO3 dynamic balance in the coral reef area. According to the simulated data of the future temperature and sea level changes, this project will be helpful for the prediction of the coral reef development, the protection of coral reefs, the management and sustainable use of reef resources, and the risk assessment for the reef constructions in the face of future global changes in the tropical SCS.

全球变化下的珊瑚礁演化是岛礁生态安全和工程建设都要面对的科学问题。生物侵蚀是控制珊瑚礁增长、地貌形态和结构稳定等最重要的作用力之一，然而生物侵蚀与全球变化（气候变化和人类活动加剧）的联系依然不明。针对珊瑚礁领域的科学前沿和岛礁建设的国家需求，计划在热带南海的部分岛礁的礁坪前缘和礁前坡区域大量钻取块状珊瑚岩芯，分析其生物侵蚀的物种组成、侵蚀强度、侵蚀速率等，结合U/Th定年技术，反演近200年来生物侵蚀的变化规律；结合水温、海平面的器测记录以及珊瑚地球化学指标记录的高温白化事件、盐度、pH和营养盐变化等，探讨生物侵蚀与气候变化和人类活动加剧的联系；对比礁区CaCO3沉积速率和珊瑚侵蚀速率，揭示珊瑚礁区CaCO3的动态平衡，再依据未来水温、海平面变化等的模拟数据，为预测珊瑚礁发育趋势以及珊瑚礁的保护、管理和资源可持续利用提供科学依据，也为岛礁工程面对未来全球变化的风险评估提供可靠的科技支撑。

珊瑚礁（岸礁、岛礁等）对维持旅游业、渔业等经济资源以及维护南海生态安全和国土安全等具有极其重要的战略地位。然而南海在全球范围内属于受气候变化和人类活动影响（统称为全球变化）最显著的区域之一，因此南海珊瑚礁面临的危机更加凸出。生物侵蚀是控制珊瑚礁增长、地貌形态和结构稳定等最重要的作用力之一，然而生物侵蚀与全球变化的联系依然不明。我们在南海南、北部的岛礁和岸礁区，钻取了大型块状珊瑚骨骼岩心以及礁沉积岩心，采集了大量死亡珊瑚（包括古珊瑚），分析了珊瑚骨骼样品以及原位实验块体中的生物侵蚀物种组成、侵蚀强度和侵蚀速率，测试了珊瑚骨骼地球化学指标以及沉积岩心的速率、沉积组分等，结合U-Th同位素测年技术，反演了近1000年（特别是近100年）来的珊瑚群落动态、生物侵蚀、以及气候环境等的变化规律，探讨了珊瑚死亡、珊瑚礁退化、以及生物侵蚀加剧与气候变化和人类活动的联系。本项目已发表学术论文11篇，其中SCI论文4篇，包括Geophysical Research Letters、 Journal of physical research: Oceans、Science of the Total Environment等。其中的亮点成果包括：（1）揭示西太平洋近千年以来的高分辨率气候变化过程，对西太暖池扩张/收缩、东亚季风等相互作用提供了新的认识；（2）解决珊瑚沙岛内部沉积层定年的国际难题，揭示了风暴对岛礁沙岛的侵蚀和堆积的双重效应；（3）详细研究了人类世下的南海北部珊瑚礁的变化过程，揭示了人类活动改变了珊瑚礁数千年的发育模式，并对边缘珊瑚礁的未来演化趋势提出新的生态格局；等。本项目为预测南海珊瑚礁发育趋势以及珊瑚礁的保护、管理和资源可持续利用提供科学依据，也为岛礁生态安全面对未来全球变化的风险评估提供可靠的科技支撑，服务于国家在南海的重大需求。