陆源污染对美国萨摩亚Aua珊瑚礁的影响机制研究

《Journal of Experimental Marine Biology and Ecology》：Land-based sources of pollution impacts on coral reefs in American Samoa

　　

陆源污染（LBSP）是威胁珊瑚礁生态系统的重要因素，并可通过营养盐富集引发海岸酸化。本研究旨在识别美国萨摩亚Aua地区的主要陆源污染源，阐明LBSP的生态后果，并评估海岸酸化对该区域珊瑚礁的影响。研究发现，河口附近的沉积物输入是主要的陆源污染物，总悬浮沉积物（TSS）而非溶解无机营养盐是预测底栖群落结构的关键因子，高沉积环境导致成体及幼体珊瑚密度下降，并伴随草皮藻覆盖增加。研究未观测到海岸酸化现象，相反，受溪流影响较大的站点海水pH值较高，并与草皮藻覆盖率较高的底栖组成相关。因此，减少Aua珊瑚礁的沉积物输入有助于减缓其退化。

研究背景与意义

珊瑚礁是全球生物多样性最高的海洋生态系统之一，对维持海洋生物栖息环境至关重要。然而，全球变暖、海洋酸化及局地人类活动（如过度捕捞、污染）正加速其退化。陆源污染（LBSP）包括沿海开发、森林砍伐、污水排放及农业径流，可携带毒素、过量营养盐和沉积物进入珊瑚礁区。美国萨摩亚的Tutuila岛流域长期受陆源径流影响，Aua村位于Pago Pago港附近，人口密集且城市化程度高，被划定为优先管理流域。尽管已有研究指出LBSP可能导致珊瑚生理变化、底栖群落相变及海岸酸化，但在该区域的污染源类型及其生态效应尚不明确。研究人员在此背景下，针对Aua珊瑚礁开展综合调查，以明确主要污染源、评估其对底栖群落及海岸酸化的影响，从而为制定有效管理策略提供依据。

主要技术方法

研究于2022年9月在Aua沿假设的近岸水质梯度设置18个样点，按距河口距离划分为高、中、低三个溪流影响区。水质监测包括总悬浮沉积物（TSS）、叶绿素a（Chl-a）、磷酸盐（PO₄^3?）、硝酸盐与亚硝酸盐（NO₃^?+NO₂^?）、铵盐（NH₄⁺）、温度、盐度及海水pH值。底栖群落调查采用带状样线法记录成体与幼体珊瑚密度，并配合照相样方分析底栖覆盖率（珊瑚、壳状珊瑚藻、草皮藻、大型藻等）。数据分析使用广义线性模型（GLM）检验不同溪流影响区间的水质差异，冗余分析（RDA）揭示水质参数与底栖群落、珊瑚密度的关系，Hill-Shannon多样性指数用于评估珊瑚属多样性。

研究结果

3.1 陆源污染源特征

五个水质指标在溪流影响区间存在显著差异。TSS、磷酸盐和海水pH随靠近河口而增加，而Chl-a和盐度则下降。TSS是主要污染物，高浓度区平均TSS比低浓度区高1.15倍。营养盐梯度较弱，硝酸盐和亚硝酸盐在中度影响区最高，铵盐无显著空间差异。海岸酸化未被观测到，相反，高影响区pH更高。

3.2 悬浮沉积物与珊瑚礁群落的关联

TSS是驱动底栖组成变化的主因，与珊瑚、壳状珊瑚藻（CCA）和附生大型藻覆盖率呈负相关，而与草皮藻和肉质大型藻呈正相关。珊瑚属多样性随TSS升高而下降。成体和幼体珊瑚密度在高影响区显著降低，其中叶状珊瑚（Montipora）和千孔珊瑚（Millepora）对沉积物最敏感，而鹿角珊瑚（Acropora）和孔珊瑚（Porites）受影响较小。

3.3 草皮藻对海岸酸化的潜在缓冲作用

海岸酸化未出现，反而高影响区pH更高。分析表明，草皮藻覆盖率与pH呈正相关，可能通过光合作用吸收CO₂提升pH值，而其他光合底栖类群无此效应。

讨论与结论

沉积物输入是Aua珊瑚礁变化的主导因素，未观察到明显的营养盐富集或海岸酸化。沉积物通过掩埋、遮光、抑制幼体定居等机制降低珊瑚多样性与密度，并可能引起底栖群落由珊瑚主导向草皮藻主导的相变。不同珊瑚形态对沉积物的耐受性存在差异，分枝型种类相对耐受，而叶状型更为敏感。研究强调，Aua珊瑚礁在低TSS浓度下即出现生态响应，表明其敏感性高于全球平均水平。建议在流域管理中优先控制沉积物侵蚀，以提升珊瑚礁对未来气候变化的抵御力。