新聞動態(tài)廣州地化所、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心揭示南海濱珊瑚生長對長期海洋升溫與酸化的響應(yīng)
珊瑚礁是海洋中重要的生態(tài)系統(tǒng)之一，涵養(yǎng)了海洋近三分之一的生物。在全球氣候變化的背景下，世界范圍內(nèi)的珊瑚礁都遭受著不同程度的環(huán)境脅迫，近四十年來經(jīng)歷了顯著的退化。然而關(guān)于珊瑚鈣化生長與環(huán)境變化之間的關(guān)系一直缺乏準(zhǔn)確的認(rèn)識，其中關(guān)鍵問題在于氣候環(huán)境變化發(fā)生的時間尺度多為數(shù)十年至數(shù)百年，而珊瑚作為生物在長期的氣候環(huán)境變化脅迫下可能發(fā)生自適應(yīng)的過程，來應(yīng)對生存挑戰(zhàn)。因此，準(zhǔn)確認(rèn)識珊瑚鈣化生長對長期海洋升溫與酸化的響應(yīng)，還需要從長時間的珊瑚生長、海洋環(huán)境參數(shù)（如溫度和pH）演變記錄中尋找答案。
中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所穩(wěn)定同位素地球化學(xué)學(xué)科組的康慧凌博士生、陳雪霏副研究員與鄧文峰研究員等人對西沙群島七連嶼珊瑚礁的濱珊瑚進行了研究，通過鉆取濱珊瑚巖芯獲得了該海域濱珊瑚在1847年至2014年期間的鈣化生長歷史（包括鈣化率、線性生長率與骨骼密度），并通過測定其中2個珊瑚巖芯的地球化學(xué)組成，即Sr/Ca與δ11B，分別重建了近兩百年來該海域的海水溫度與pH的演變記錄（圖1）。綜合前人和本次溫度重建的結(jié)果，珊瑚準(zhǔn)確地記錄了南海北部自上世紀(jì)60年代以來的顯著升溫，近50年的平均溫度升高了約0.5℃，與全球海域的升溫趨勢一致。同時，δ11B-pH的重建結(jié)果也表明，南海北部開放海域表層海水經(jīng)歷了顯著的酸化，海水pH自上世紀(jì)二十年代以來以來以0.0102 ± 0.0017 pH每十年的速率逐漸下降，下降了約0.1 pH，且pH下降趨勢與珊瑚骨骼δ13C的“蘇斯效應(yīng)”、以及大氣CO2含量升高同步，指示了大氣CO2增加對南海北部表層海水碳酸系統(tǒng)的影響。這也意味著南海北部珊瑚礁遭受著海洋暖化和酸化的雙重脅迫。
圖1 西沙濱珊瑚鈣化參數(shù)與環(huán)境參數(shù)的長期趨勢
圖2 年代際尺度上珊瑚生長對海水溫度、pH的響應(yīng)
在這樣的海洋環(huán)境變化影響下，珊瑚骨骼密度在過去168年呈現(xiàn)出緩慢但持續(xù)的下降（圖1 a），下降幅度為~5.6%。骨骼密度隨著海水pH下降而降低，這佐證了前人提出的珊瑚骨骼密度對酸化更為敏感的認(rèn)識（圖2 a）。溫度對骨骼密度的影響存在閾值效應(yīng)，一定程度的升溫有助于碳酸鈣骨骼沉淀，而當(dāng)超過珊瑚的理想生長溫度，升溫則不利于骨骼加密（圖2 b）。同密度相比，骨骼的線性生長率和鈣化率（后者由前者主導(dǎo)）在過去168年具有上升趨勢，但上世紀(jì)六十年代以來，即升溫時期，二者均顯著下降，下降幅度達(dá)到了~14.9%。目前來看，雖然生長率（鈣化率）對升溫與酸化的響應(yīng)并未達(dá)到統(tǒng)計學(xué)上的顯著性（p > 0.05），但總體上pH與生長率的關(guān)系呈現(xiàn)出閾值效應(yīng)，并且升溫對生長率有抑制作用（圖2 c, d, e, f）?？偠灾?，西沙濱珊瑚的骨骼密度對該海域的升溫與酸化更為敏感，而骨骼的線性生長對目前海洋環(huán)境變化的響應(yīng)似乎更不直觀。這些證據(jù)都表明南海北部珊瑚的生長現(xiàn)狀不容樂觀，同時也指出海洋酸化和暖化并非是引起南海珊瑚礁退化的主要因素。
該研究受中科院先導(dǎo)B類項目（XDB40010300）、國家重點研發(fā)項目（2016YFA0601204）、南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室（廣州）人才團隊引進重大專項（GML2019ZD0308）、國家自然科學(xué)基金（41803017）、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金（2019A1515010892）、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所“涂光熾優(yōu)秀青年學(xué)者”、中科院青年創(chuàng)新促進會（2021352）等項目聯(lián)合資助，近期發(fā)表于國際地學(xué)期刊Journal of Geophysical Research: Biogeosciences。
論文主要實驗數(shù)據(jù)在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所公共技術(shù)服務(wù)中心同位素地球化學(xué)分析平臺完成測試。
論文信息：Kang, H., Chen, X., Deng, W., Wang, X., Cui, H., Liu, X., et al. (2021). Skeletal growth response of Porites coral to long-term ocean warming and acidification in the South China Sea. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 126, e2021JG006423.
