作者：余克服 中国科学院南海海洋研究所, 广州 510301
作为生物多样性最高、资源最丰富的生态系 统[1,2], 珊瑚礁为全球约 6.5 亿人提供资源服务[3], 包 括食物供给、休闲旅游、海岸保护等.珊瑚礁的主要 构建者珊瑚, 以其对环境变化极其敏感、年生长量大 (块状珊瑚每年生长 1~2 cm, 枝状珊瑚则更大)、年际 界线清楚(像树轮一样)、连续生长时间长(一般块状珊 瑚可连续生长 200~300 年, 最长达 800 年左右)、文 石质骨骼适合高精度铀系测年(如(12±1) a)、分布广等 特点[4], 是高分辨率地记录过去环境变化过程的重要 载体, 并在揭示低纬度热带海区环境变化过程及其 在全球气候变化中的作用等方面发挥着重要功能, 如大堡礁近 420 年的珊瑚记录显示全球小冰期气候 在一定程度上是由于热带太平洋水汽加强向极地传 输所致[5]; 太平洋和印度洋的珊瑚记录也显示热带海 区对全球气候变化的驱动作用[6]. 南海珊瑚礁星罗棋布, 从近赤道的曾母暗沙 (~4°N), 一直到南海北部雷州半岛、涠洲岛(~20~ 21°N)以及台湾岛南岸恒春半岛(~24°N)都有分布; 包 括环礁、岛礁和岸礁等多种类型; 发育历史可追述至 早中新世或晚渐新世[7]. 与世界其他海域的珊瑚礁一 样, 南海珊瑚礁一直在资源供给等方面发挥着重要 作用; 近年来南海珊瑚礁在记录高分辨率的过去环 境变化过程与珊瑚礁对环境变化的响应规律等方面 显示出巨大的潜力.
1 南海珊瑚礁的分布与生态现状 从分布的区域出发, 南海珊瑚礁可大体分为南 沙群岛、西沙群岛、中沙群岛、东沙群岛、海南岛、 台湾岛、华南大陆沿岸、越南沿岸和菲律宾沿岸 9 大 区域(图 1). 初步估计南海现代珊瑚礁的面积约 8000 km2 (未包括越南和菲律宾沿岸的珊瑚礁) [7], 但珊瑚 礁碳酸盐台地的面积要大得多, 因为深水碳酸盐台 地和水深 50 m 以下的珊瑚礁面积没有统计进来. 生态监测结果显示, 南海珊瑚礁在过去几十年 来处于急剧退化之中. 从最能反映珊瑚礁健康状况 的活珊瑚覆盖度这一指标来看, 南海北部大亚湾海 区活珊瑚覆盖度从 1983/1984 年的~76.6%下降到 2008 年的~15.3%[8]; 海南三亚鹿回头岸礁从 1960 年 的 80%~90%下降到 2009 年的~12%[9]; 西沙群岛永兴 岛从 1980 年的~90%下降到 2008~2009 年的 ~10%[10~12]. 南海珊瑚礁的退化主要是由于加剧的人 类活动的影响, 如海南三亚鹿回头珊瑚礁自 20 世纪 60 年代以来先后经历了礁石挖掘、破坏性捕捞、海 上养殖、海岸工程建设和潜水旅游等几个阶段[9]. 受 人类活动加剧和全球气候变暖(导致珊瑚白化)的双 重影响, 近几十年来世界范围内珊瑚礁总体处于严 重退化之中, 如澳大利亚大堡礁在 1960~2003 年间活 珊瑚覆盖度从~50%下降到~20%[13]; 加勒比海珊瑚礁 区在 1977~2001 年间活珊瑚覆盖度从~50%下降到约 10%[14]. 南海及大堡礁和加勒比海活珊瑚覆盖度的 长期变化趋势见图 2. 南海各珊瑚礁中, 人类活动影 响相对较小的南沙群岛美济礁 2007 年的活珊瑚覆盖 度约 40%(未发表); 但与珊瑚共生的虫黄藻密度研究 结果显示, 南沙群岛珊瑚的虫黄藻密度远低于南海 北部的珊瑚 , 与其正常状况相比平均损失了 31%~90%的共生虫黄藻[15], 表明看起来健康的南沙 群岛珊瑚礁正经历高温的威胁, 实质上也并不健康. 迄今为止, 世界上几乎没有了处于“原始状态”的珊 瑚礁[16], 这正是南海珊瑚礁现代状况的写照. 珊瑚礁的退化严重影响到珊瑚礁生态功能及其 在碳循环中的作用, 如海南三亚鹿回头珊瑚礁的退 化导致其碳酸盐生产力自 1960 年以来下降了 80%~90%[17]; 初步估计南海现代珊瑚礁的碳酸盐年 产量为 2.12×1010 kg, 约相当于全球珊瑚礁碳酸盐产 量的 1.6%~3.3%[7], 当然与珊瑚礁的面积估算一样, 这也是最小估计. 虽然关于珊瑚礁是大气 CO2 的“源”或“汇”方面 还有不少争议, 但一般认为当珊瑚占优势时珊瑚礁 区多表现为大气 CO2 的源, 而当大型藻类占优势时 珊瑚礁则表现为CO2的汇[18,19]. 历史上珊瑚礁可能通 过参与碳循环而对调控气候变化起到过关键作用, 如珊瑚礁假说提出 14 ka 前冰盖消退过程中大气 CO2 含量的增加是由于珊瑚礁沉积速率的变化引起的[20]. 对南海南沙群岛永暑礁(环礁)、西沙群岛永兴岛(岛 礁)和海南三亚鹿回头岸礁进行的海-气 CO2交换的监 测结果表明, 海水和大气 CO2 的分压(PCO2)均存在明 显的日周期变化, 表现为夜间上升, 白天下降; 虽然 不同礁区海-气 CO2 交换通量具有明显的区域差异, 南海现代珊瑚礁总体上在夏季是大气 CO2 的源[21]. 大气 CO2 含量的增加导致了海水酸化, 也影响 到了珊瑚的钙化能力. 最新的研究发现 20 世纪 90 年 代以来大堡礁等海域的珊瑚钙化率明显下降, 幅度 可达 14%~21%[22,23], 超出了过去 400 a 内的变化幅度, 推测是大气 CO2 含量上升和全球变暖对珊瑚的影响 所致. 南海南沙群岛美济礁珊瑚的钙化率研究[24]显 示, 近 200 年来珊瑚的钙化率可分 5 个阶段, 即 1770~1830, 1870~1920 和 1980~2000 年为钙化率总体 增长阶段, 1830~1870 和 1920~1980 年为钙化率总体 下降阶段; 其中 1770~1830 年和 1920~1980 年分别 为近 200 多年来的最大增幅(4.5%)和最大降幅(6.2%) 时段, 最近的时段 1980~2000 年间珊瑚钙化率有小 幅度上升, 钙化率的年代际变化仍维持在历史的变动范围之内. 进一步分析显示, 美济礁珊瑚钙化率对 大气 CO2 含量的上升和热带海区水温变暖之间的关 系并不显著.对南海北部大亚湾海区近 46 年珊瑚的钙 化率研究[25]则显示, 在相对高纬度海区, 温度上升对 珊瑚礁钙化率具有促进作用; 但温度持续上升并超 过珊瑚适应的温度上限之后, 则会降低珊瑚的钙化 率.可见, 南海珊瑚钙化对大气 CO2 和海水温度的响 应程度也具有明显的区域差异, 这主要受不同珊瑚 礁区的气候条件所制约.
图 1 南海珊瑚礁的分布[7] 受资料所限, 越南和菲律宾沿岸的珊瑚礁未标示出来
