石莼绿潮对造礁石珊瑚影响的生理与生态学机制研究

Ecological disasters such as red tides, green tides, jellyfish blooms occur frequently and abnormal around coastal waters in China, which raise the ecological/environmental issues in China. For the first time, we recorded Ulva green tides on coral reefs in Sanya Bay in 2013. However, the invasion mechanisms and effects on coral reef ecosystem are poorly understood. This project is designed by key studies during Ulva tides, an in situ long-term monitoring of environmental parameters and corals during Ulva green tides as well as manipulated experiments in controlled environment. The objectives are: (1) to detect micro-environment (physical and chemical) changes and physiological functions of corals in boundary layers between coral and Ulva along a pollution gradient by non-invasive microelectrode (Unisense, Denmark) and Diving-PAM (Germany); (2) to detect changes in the composition of epiphytic microorganisms of the boundary layers by molecular biology techniques; (3) to explore changes of the physical and chemical parameters of the boundary layers in the course of Ulva green tides and impacts on material circulation and physiological functions of coral reef in the boundary layer; (4) to reveal the roles of microbial activity in the course of coral tissue hypoxia and asphyxia by antibiotics experiments and (5) to clarify the major physiological and ecological mechanisms of Ulva green tides on coral reefs. The results will improve our understanding of the ecological hazards at coastal waters of China and provide scientific knowledge to improve the management on inshore coral reefs.

中国近海赤潮、绿潮、水母旺发等灾害性生态异常频发，为近海生态安全敲响了警钟。在三亚湾珊瑚礁区，我们于2013年首次记录到了石莼绿潮爆发，其入侵机制及其对珊瑚礁生态系统的影响还知之甚少。本项目通过石纯爆发期间的重点研究、珊瑚群体标记的长期跟踪研究和室内模拟实验证实的研究思路，运用丹麦Unisense无创伤微电极技术和德国Diving-PAM检测不同污染梯度下珊瑚与海藻边界层微环境（物理和化学）变化与珊瑚的生理功能，运用分子生物学技术检测边界层共附生微生物组成变化，探讨石纯绿潮在爆发过程中是如何改变边界层的物理和化学环境，影响边界层的物质流通和造礁石珊瑚的生理功能；结合添加抗生素实验，揭示微生物活动在引起珊瑚组织缺氧和窒息死亡过程中所起的作用；阐明石纯生长对造礁石珊瑚影响的主要生理与生态学机制。研究结果有助于提高认识近岸海洋环境污染的生态学危害，为近岸珊瑚礁及海洋环境管理提供科学研究依据。

中国近海赤潮、绿潮、水母旺发等灾害性生态异常频发，为近海生态安全敲响了警钟。在三亚湾珊瑚礁区，我们于2013年首次记录到了石莼绿潮爆发，其入侵机制及其对珊瑚礁生态系统的影响还知之甚少。本项目通过石莼爆发期间的重点研究、长期跟踪研究和室内模拟实验实证的研究思路，探讨了石莼绿潮爆发的原因及扩张潜能、养殖污水排放对珊瑚礁影响及作用机制，最后研究了养殖场关闭后水质环境状况的改善和珊瑚的恢复情况。结果发现：石莼绿潮的爆发与否、强弱与养殖场的养殖种类、养殖规模或水体体积、排污口营养盐含量都有密切的关系。持续的营养盐输入是石莼绿潮在三亚珊瑚礁区爆发的主要原因，而合适的温度（<28°C）是必要的前提条件。因此，石莼绿潮在南海部分区域有爆发的潜能。养殖污水的排放不仅促进绿潮爆发，减少大型藻类的多样性，还对造礁石珊瑚产生了负面影响。养殖污水排放引起的营养盐富集会对分枝状珊瑚生长速率造成负面影响，但是对块状珊瑚影响不显著。但是养殖污水排放会通过促进绿潮爆发，对珊瑚造成严重的影响，比如靠近排污口块状珊瑚的部分死亡率明显升高，有石莼生长覆盖珊瑚表面会显著降低珊瑚的光合作用能力，石莼影响珊瑚的主要机制包括石莼的遮阴、过分生长以及物理损伤造成了珊瑚组织的生理胁迫、组织死亡，缺氧也可能是一个机制。根据以上作用过程，构建了针对南海珊瑚礁生态系统的养殖污水排放对珊瑚礁影响的概念模型。通过对殖场关闭前后的对比研究发现，研究区域水质环境得到进一步改善，造礁石珊瑚和块状珊瑚得到明显的恢复，而分枝状珊瑚未见恢复。浅水区域受养殖污水排放和石莼绿潮的影响更大，其恢复比深水区域慢。持续的污水排放引起的绿潮爆发是限制造礁石珊瑚恢复的主要因素。本研究为国内首次评估了养殖污水无序排放对热带珊瑚礁生态系统的影响。研究结果对于认识养殖污水排放的生态学效应、危害、作用过程和机制提供极其重要的科学依据。