文昌海域珊瑚-藻类相变的生态驱动机制：关键环境因子与种间竞争作用解析

《Ecology and Evolution》：The Ecological Mechanism of Coral–Algal Phase Shifts: A Case Study of Wenchang in Hainan Province

本文通过2020-2023年对海南文昌珊瑚礁生态系统的野外观测，揭示了盐度、NO2?和NH4+是驱动大型藻类（如Lobophora）增殖的关键环境因子，并发现珊瑚与藻类间及种内竞争关系是珊瑚-藻类相变（coral-algal phase shifts）的核心生态机制。研究为珊瑚礁保护策略制定提供了科学依据。

　　

摘要

本研究聚焦海南文昌海域珊瑚礁生态系统中珊瑚与藻类的相互作用，通过连续4年的野外观测，系统解析了珊瑚-藻类相变的生态机制。研究发现177种造礁珊瑚分属49属18科，其中Favites、Porites、Galaxea和Montipora为优势珊瑚类群。大型藻类Lobophora在竞争中表现出显著优势，其覆盖率从2020年的5.01%升至2023年的22.95%，而活珊瑚覆盖率同期由16.19%降至13.95%。冗余分析（RDA）表明，珊瑚覆盖率与鱼类密度呈正相关，与大型藻类覆盖率呈负相关。

1 引言

珊瑚礁生态系统的健康状态与珊瑚和底栖藻类的竞争关系密切相关。全球范围内，人类活动导致造礁珊瑚衰退和大型藻类增殖，引发珊瑚礁的相变现象。目前公认的珊瑚-藻类竞争机制包括物理覆盖、化学抑制（如藻类分泌的化感物质）及微生物介导的间接作用。然而，直接实验证据仍较缺乏，尤其是针对南海珊瑚礁区域的研究。

2 材料与方法

2.1 样本采集

研究区域涵盖文昌沿海12个站点（图1），于2020-2023年每年7-10月进行采样。采用断面法布设3条深度梯度（3、6、9米）的50米样带，通过视频记录和样方摄影分析珊瑚与藻类群落结构。

2.2 珊瑚礁生态调查

依据《海岸生态系统调查与评估技术指南》，采用点截线转录法（PIT）记录珊瑚和藻类覆盖率，并利用25×25厘米样方监测珊瑚补充量。水质参数包括盐度、氮磷营养盐（NO₂^?-N、NH₄⁺-N、PO₄^3?-P）、叶绿素a（Chla）等。

2.3 统计分析

使用R语言进行冗余分析（RDA）和Spearman相关性检验，探讨环境因子与生物群落的关联。

3 结果

3.1 珊瑚与藻类物种多样性

优势珊瑚类群中，Favites、Turbinaria和Platygyra的丰度呈下降趋势，而Galaxea和Goniopora则上升。藻类中Lobophora占比在2023年较2020年增长65%，成为绝对优势种。

3.2 群落结构特征

活珊瑚覆盖率从2020年的16.19%降至2022年的10.94%，2023年略回升至13.95%；大型藻类覆盖率同期从5.01%持续上升至22.95%。2020年的大规模珊瑚白化事件导致珊瑚死亡率达4.70%，后续年份显著降低。

3.3 关键环境驱动因子

盐度、NO₂^?和NH₄⁺与大型藻类丰度呈正相关，而与壳状珊瑚藻（crustose coralline algae）呈负相关。Chla与大型藻类负相关，暗示藻类与浮游植物对生态位的竞争。

3.4 珊瑚-藻类相互作用

Lobophora与优势珊瑚Favites、Galaxea、Montipora均呈显著负相关。珊瑚类群内部（如Porites与Montipora）及藻类种间（如Lobophora抑制Dictyopteris）也存在激烈竞争。

4 讨论

4.1 群落演替特征

珊瑚覆盖率的下降与大型藻类增殖同步，符合珊瑚-藻类相变规律。人类活动（如渔业、旅游）通过减少植食性鱼类加剧了藻类优势。

4.2 环境驱动机制

营养盐输入促进大型藻类生长，而盐度波动通过影响渗透压间接干扰藻类群落。壳状珊瑚藻对珊瑚幼虫补充的促进作用在植食性鱼类缺乏时受限。

4.3 种间竞争

块状珊瑚（如Favites）较分枝珊瑚（如Acropora）更适应恶劣环境。Lobophora通过物理覆盖和化感作用压制其他藻类与珊瑚，成为相变的关键推动者。

4.4 相互作用复杂性

珊瑚-藻类竞争结果受物种类型、珊瑚生长形态及接触比例影响。2023年珊瑚覆盖率的回升表明，藻类增殖未必直接导致珊瑚衰退，需结合珊瑚群落自身竞争动态综合评估。

5 结论

文昌海域珊瑚-藻类相变由盐度、NO₂^?和NH₄⁺等环境因子驱动，并以Lobophora与优势珊瑚的竞争为核心。种内与种间竞争共同调控相变进程，为珊瑚礁保护策略提供了生态学依据。