4 期吴钟解等 : 西沙生态监控区造礁石珊瑚退化原因分析 141 态监测, 对加强珊瑚生态保护意义重大国家海洋局从 2005 年开始, 安排西沙永兴岛石岛西沙洲赵述岛和北岛 ( 图

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1 第 33 卷第 4 期海洋学报 Vol.33,No 年 7 月 ACTA OCEANOLOGICASINICA July2011 西沙生态监控区造礁石珊瑚退化原因分析吴钟解 1,2, 王道儒 1, 涂志刚 1, 李元超 1, 陈家日 3, 张光星 1 (1. 海南省海洋开发规划设计研究院, 海南海口 ;2. 海南大学海洋学院, 海南海口 ;3. 西南中沙群岛气象台, 海南永兴岛 ) 摘要 : 年对西沙生态监控区 5 个站位 ( 永兴岛石岛西沙洲赵述岛和北岛 ) 造礁石珊瑚种类覆盖度补充量及其主要环境因子进行了调查研究结果表明, 西沙生态监控区造礁石珊瑚呈现逐年退化趋势, 活造礁石珊瑚覆盖率从 2005 年的 65% 下降到 2009 年的 7.93%, 而死珊瑚覆盖率变化则相反, 从 2005 年的 4.70% 增加到 2009 年的 72.90% 新生珊瑚的补充量也越来越小,2005 年为 1.21 个 /m 3, 而 2009 年仅为 0.07 个 /m 3 进一步分析表明, 引起西沙生态监控区造礁石珊瑚退化的原因很多, 如生物侵蚀水温升高海水酸化和过度捕捞等, 而长棘海星大面积暴发是导致西沙生态监控区造礁石珊瑚退化的主要原因关键词 : 西沙 ; 生态监控区 ; 造礁石珊瑚 ; 退化中图分类号 :P737.2 文献标志码 :A 文章编号 : (2011) 引言珊瑚礁是地球上最有影响力的海洋生态系统之一, 但近百年来由于人类活动引起的气候变化, 正对珊瑚礁生态系统的环境因子包括水温环流模式海洋化学 ( 如 ph, 盐度和营养盐 ) 海平面热带气旋和异常的气候 ( 如 ENSO 事件 ) 产生严重影响, 从而反过来影响珊瑚礁生物群落的分布结构和功 [1-5] 能, 再加上过度捕捞非法破坏过度旅游开发 [6-12] 活动及海洋工程等人类活动的影响, 全球珊瑚 [13-16] 礁已发生严重退化 1992 年 Wilkinson 等首次对全球珊瑚礁状况进行评估, 指出全球珊瑚礁已经消失 10% 1998 年全球珊瑚礁监测网络 (GCRMN) 报告指出人类活动正在加速全球珊瑚礁退化 ;2000 年全球珊瑚礁监测网络对全球珊瑚礁现状和趋势进行再次评估, 认为全球珊瑚礁已经减少 27%, 处于紧急状态的珊瑚礁 ( 退化程度为 50% ~ 90%) 和受到威胁的珊瑚礁 ( 退化程度为 20% ~ 50%) 分别占 14% 和 18%, 健康状态的珊瑚礁仅占 41% 2004 年全球珊瑚礁监测网络报告指出全球珊瑚礁减少下降到 20%, 但紧急状态礁和受到威胁的礁却分别上升到 24% 和 26%, 健康状态的珊瑚礁也下降到 30%, 全球珊瑚礁持续退化的趋势依然未改变因此, 珊瑚礁健康状况日益备受关注西沙群岛地处南海北部, 由 20 多个岛屿及环礁组成, 西沙群岛珊瑚礁分布区属于世界珊瑚礁的大洋典型分布区, 其珊瑚礁生态系统在我国最具代表性, 造礁石珊瑚种类有 38 属 127 种和亚 [1] 种, 约占我国造礁石珊瑚种类的四分之三, 是我国现存珊瑚礁群落中最古老最原始的群落, 也是最珍贵的群落已有研究表明, 西沙群岛等南海诸岛珊瑚群落通过北迁繁衍而对我国沿岸珊瑚礁的形成具有重要影响, 是海南省广东省沿岸珊瑚幼虫的补充源地因此, 开展西沙珊瑚礁群落生收稿日期 : ; 修订日期 : 基金项目 : 国家科技支撑计划西沙群岛珊瑚礁生态恢复与特色生物资源增殖利用关键技术与示范 (2009BAB44B00); 中国海洋监测西沙珊瑚礁监控作者简介 : 吴钟解 (1981 ), 男, 海南省海口市人, 工程师, 在职研究生, 从事海洋生物生态调查研究工作 E mail:wuzhongjie@yahoo.com.cn 通信简介 : 王道儒 (1964 ), 男, 高级工程师, 博士 E mail:wangdr6@yahoo.com.cn

2 4 期吴钟解等 : 西沙生态监控区造礁石珊瑚退化原因分析 141 态监测, 对加强珊瑚生态保护意义重大国家海洋局从 2005 年开始, 安排西沙永兴岛石岛西沙洲赵述岛和北岛 ( 图 1) 珊瑚礁长期监测计划, 旨在通过重点调查, 了解区域内珊瑚礁变化趋势及其原因 ; 确定由全球气候变暖而导致的水温升高资源的过度利用及破坏性的渔业活动等压力的生态效应及其他威胁珊瑚礁的因子 ; 为西沙珊瑚礁生态系统的保护恢复提供管理对策珊瑚补充量为 1.21 个 /m 2,2006 年明显下降为 0.66 个 /m 2,2007 年持续下降到 0.20 个 /m 2, 年西沙监控区珊瑚补充量已下降到非常低的程度, 分别仅为 0.07 和 0.06 个 /m 2 随着珊瑚各项指标的变化, 珊瑚礁健康状况也发生变化, 其状况指数 ( 犆犐 ) [17] 呈现逐年下降的趋势 2005 和 2006 年珊瑚礁的健康状况非常好, 犆犐分别为和 0.738;2007 年珊瑚礁健康程度从前 2a 的非常好的层次下降到很好, 犆犐为 0.296; 2008 年珊瑚礁健康状况急剧下降到很低, 犆犐为 ;2009 年珊瑚礁健康状况急剧下降到非常低, 犆犐为揭示珊瑚礁生态系统恢复或替代的程度的演替指数 ( 犛犐 ) [17] 都属于非常低的程度, 而且也逐年变差 ; 年分别为 ,-1.387,-1.622, 和总的来说, 近几年西沙监控区造礁石珊瑚出现区域性灭绝, 珊瑚礁生物多样性及结构发生较大程度变化, 珊瑚礁呈现持续退化趋势图 1 西沙生态监控区珊瑚礁调查站位 2 西沙珊瑚礁退化状况概述 1984 年以前西沙活珊瑚覆盖率均很高, 如在永兴岛可达到 70% [2] 年西沙活造礁石珊瑚依然保持很高的覆盖率, 如西沙监控区包括永兴岛石岛西沙洲赵述岛和北岛, 其活珊瑚覆盖率为 65%~70% 2007 年西沙珊瑚开始显现退化趋势, 活珊瑚覆盖率从年的 65%~70% 下降至 53.80%,2008 年活珊瑚覆盖率急剧下降至 16.84%,2009 年活珊瑚覆盖率下降至最低, 仅为 7.93% 死珊瑚覆盖率变化趋势则相反, 从 2005 年的 4.7% 逐渐增加到 2006 年的 12.04%,2007 年则急剧增加到 29.07%,2008 年仍然急剧增加为 64.95%,2009 年死珊瑚覆盖率增加至最高, 为 72.90%( 图 2) 随着造礁石珊瑚的大量死亡, 西沙监控区记录到的活珊瑚种类逐渐减少, 由 2006 年的 87 种减少至 2009 年的 35 种由于种源的大量死亡基底退化以及各种人为和自然因素干扰等, 新生珊瑚补充量也越来越少 2005 年西沙监控区新生图 2 西沙生态监控区造礁石珊瑚覆盖率变化趋势 3 珊瑚退化原因分析 3 1 海水相对偏酸表层海水 ph 年西沙表层海水 ph 普遍偏低, 和 2009 年西沙表层海水 ph 平均值分别为 7.98,8.10,8.01 和 7.99, 而 1991 年西沙表层海水 ph 平均值为 8.15 [18] 所有表层测站中, ph<8 的测站占 24.00%,8 ph<8.1 的测站占 41.33%,8.1 ph<8.2 的测站占 16.00%,pH 8.2 的测站占 18.67%( 见表 1) 西沙表层海水 ph 近几年变化幅度也相对较大, 如 2008 年西沙表层海水 ph 为 8.27, 与其他年份相比, 其平均值变化幅度均为 0.17~0.29( 见图 3); 测站表层海水 ph 变化范围更大, 为 7.85~8.35 可见近几年西沙表层海水 ph 变化范围较大, 而平均值偏低

3 142 海洋学报 33 卷表年表层海水狆犎不同的测站数 ph<8 8 ph< ph<8.2 ph 8.2 测站个数比例 (%) 图 3 表层海水 ph 底层海水 ph 年西沙表层海水 ph 普遍偏低, 和 2009 年西沙底层海水 ph 平均值分别为 7.98,8.10,8.00 和 8.00, 而 1991 年西沙底层海水 ph 平均值为 8.19 [18], 而且在所有底层测站中 ph<8 的测站占 25.68%,8 ph<8.1 的测站占 39.19%,8.1 ph<8.2 的测站占 14.86%,pH 8.2 的测站占 20.27%( 表 2) 西沙底层海水 ph 近几年变化幅度也相对较大, 如 2008 年西沙底层海水 ph 平均值为 8.25, 与其他年份相比, 其变化幅度为 0.16~0.27( 图 4); 测站底层海水 ph 变化范围更大, 为 7.91~8.28 可见近几年西沙底层海水 ph 变化范围较大, 而平均值偏低 ph 监测结果显示, 年西沙群岛的 ph 值明显偏低, 在所有调查站位都发生这种现象, 而且其年平均值变化幅度超过 0.2 个 ph 单位已有研究也表明随着大气中 CO 2 浓度增加至 , 海水中 CO 2-3 浓度降低约 30μmol/kg,pH 值 [19] 下降 0.1 个单位海水酸化会降低珊瑚的钙化速率, 减缓珊瑚礁的成长, 还会使原来的骨骼变脆, 抵御不了台风等带来的过激的水流或波浪冲击等, 容易给珊瑚礁生态系造成严重的影响 [5] 表年底层海水狆犎值不同的测站数 ph<8 8 ph< ph<8.2 ph 8.2 测站个数比例 (%) 图 4 底层海水 ph 3 2 水温升高西沙海洋环境监测站年各月表层海水平均温度如表 3 所列, 与年各月表层海水平均温度相比, 变化范围为 -0.1~0.6, 平均高出 0.25, 尤其是冬季较为显著, 平均高出 0.5 ( 见图 5) 表 3 西沙与年各月的表层海水平均温差 ( ) 年份平均温差

4 4 期吴钟解等 : 西沙生态监控区造礁石珊瑚退化原因分析 143 涛动 (ENSO) 相关的升高是导致大范围珊瑚礁白化 [12] 的主要原因李颖虹等认为由于气候变暖和各种人为因素造成的环境变化, 导致海洋细菌的繁殖速度明显加快, 形成细菌膜, 平铺在或覆盖在永兴岛图 5 西沙与年各月的表层海水平均温度近几十年的水温监测表明, 西沙海域水温有升高趋势, 西沙海洋环境监测站年各月表层海水平均温度比年平均高出 0.25 在厄尔尼诺发生年冬季和次年夏季, 南海 [20] 都出现了增暖过程 ; 近几年的研究表明南海 SST [21] 的增暖率比相对应的地球增暖率要高得多 ; 聂宝 [22] 符等研究显示, 自 1961 年以来, 永兴岛表层水温存在显著的上升趋势, 上升率为 0.02 /a 2007 年 6,7 月份平均温度达到 30.4, 与 Lough 分析全球珊瑚礁白化的 SST 最高值的平均值 30.3 相比高出了 0.1 Hoegh Guldberg [4] 研究认为与厄尔尼诺南方周围海域的优势种群叶状蔷薇珊瑚 ( 犕狅狀狋犻狆狅狉犪狅犾犻狅狊犪 ) 表面, 造成造礁珊瑚死亡王丽荣和赵焕 [23] 庭 Clive [24] 研究认为, 在热带海洋中仅仅几个摄氏度的增温都会造成造礁石珊瑚死亡因此, 水温升高有可能是加剧西沙珊瑚礁发病或死亡的原因 3 3 生物侵蚀站位长棘海星变化趋势在西沙洲赵述岛和北岛海域长棘海星数量分布变化均有先增加后减少的趋势, 在石岛和永兴岛则呈现持续增加趋势 2005 年仅在西沙洲和赵述岛发现了长棘海星, 但其分布密度均为 0.04 个 / m 2 ;2006 年在西沙洲长棘海星数量持续明显增多至 0.48 个 /m 2 ;2007 年在西沙洲和北岛长棘海星迅速增加, 最多分别为 3.64 和 2.28 个 /m 2, 而 2008 年在赵述岛石岛和永兴岛长棘海星数量急剧暴发, 其数量分别为 3.24,1.63 和 4.56 个 /m 2 ;2009 年石岛和永兴岛长棘海星数量持续明显增多至 2.31 和 9.25 个 /m 2 ( 表 4 和图 6) 表 4 西沙生态监控区长棘海星密度 ( 个 / 犿 2 ) 年份西沙洲赵述岛北岛石岛永兴岛西沙监控区图年西沙生态监控区长棘海星密度

5 144 海洋学报 33 卷西沙监控区长棘海星变化趋势各站位长棘海星变化趋势存在一定差异, 但年西沙监控区长棘海星的种群数量总体上呈现逐年倍增状况 2005 年其分布数量不明显, 密度为 0.16 个 /m 2,2006 年长棘海星数量明显增加至个 /m 2, 年长棘海星数量迅速增加, 分别为 1.328,1.926 和个 /m 2 ( 见表 4 和图 6) 由于长棘海星有昼伏夜出和隐蔽栖息的习性, 所以监控区长棘海星的实际数量可能更多长棘海星一般以石珊瑚水螅体为食, 喜群居, 受 [25] 精率非常高, 具有很强的繁殖能力近几年西沙监控区长棘海星种群数量迅速增多, 并随着长棘海星由北向南迁移, 西沙珊瑚也从北至南发生大面积死亡如图 7 显示, 从 2005 到 2009 年长棘海星数量呈现逐年增加的趋势, 并且在 2009 年达到最大值 (2~3 个 /m 2 ), 与死珊瑚覆盖率变化趋势相一致, 而与活珊瑚覆盖率变化趋势相反相关性分析表明西沙监控区的长棘海星数量与造礁石珊瑚活珊瑚覆盖率呈显著负相关 ( 狉 2 =-0.949, 犘 <0.05), 而与其死亡率呈显著正相关 ( 狉 2 =0.973, 犘 <0.01) 由此可见, 长棘海星数量变化是影响造礁石珊瑚覆盖率的主要因素 3 4 图年西沙生态监控区长棘海星密度和造礁石珊瑚覆盖率台风破坏年期间影响生态监控区的热带气旋有 16 个, 平均每年有 4 个, 其中有强热带风暴 1 个台风 2 个强台风 1 个每年随着热带气旋的侵入, 在西沙群岛常常出现大风天气, 最大风速可达 41.6m/s, 而且大于 24.5m/s 的热带气旋发生频率非常高, 大约占热带气旋总数的 40% 受热带风暴影响, 常出现暴雨到特大暴雨, 日降水量最大达 320mm 在热带气旋影响期间, 在西沙群岛附近海面常常出现巨浪和风暴潮, 除了对活珊瑚和珊瑚附着基底直接破坏, 还对水质环境造成影响, 包括盐度透明度 ph 值等的改变台风活动对热带珊瑚礁生态 [26-27] 系统有比较明显的影响和破坏已被证实 3 5 渔业的影响破坏性的捕捞方式西沙的渔业生产主要方式有流刺网底拖网潜 [28] 捕延绳钓和笼捕已证实这些捕捞渔具对珊瑚 [29] 礁生态系统造成的影响比钓竿或抛网等要大捕渔过程中, 渔具和作业对珊瑚礁的破坏非常大, 几乎会破坏到珊瑚礁及其活体造礁石珊瑚过度捕捞近几年由于远洋捕捞发展迅速, 西沙渔业的捕捞强度和频率增大, 直接造成西沙珊瑚礁生物迅速减少监控区生态监测结果显示,2005 与 2009 年珊瑚礁鱼类相比, 密度减少 2.04 个 /m 2 ; 珊瑚礁区底栖生物法螺梅花参大珠母贝鹦鹉螺等名贵海洋生物已经非常稀少 ; 具有经济价值的鱼类贝类甲壳类棘皮动物等生物种群数量减少, 年龄结构小型化过度捕捞的结果是引起西沙珊瑚礁生态系统失衡食物链脆弱, 如法螺的过度捕捞会促进长棘海星增多, 渔业资源的过度捕捞减少了一些鱼类对长棘海星幼虫的捕食因此, 过度捕捞会间接导致西沙珊瑚发生退化非法渔业在西沙未设立保护区, 渔民经常在珊瑚礁区捕鱼, 有时渔民为了获得快捷的回报, 便采取极端的方法如炸鱼和毒鱼每年在调查过程中我们均发现有炸鱼和毒鱼事件爆炸引起的机械震动和声波干扰给西沙整个珊瑚礁生态系统带来毁灭性的破坏, 有研究表明环境中即使有少量的氰化物也会对珊瑚和其共生体产生破坏作用已证实这种索取性的非法渔业方式对珊瑚礁生态系统具有最严重的破坏 [29] 性, 并且直接导致珊瑚礁衰退, 更容易使礁盘周围丰富的渔业资源衰竭, 给西沙海域珊瑚礁生态系统带来严重影响 3 6 海岸工程永兴岛渔业补给基地的港口建设直接破坏局部珊瑚礁生态系统根据施工范围和 2008 年项目所在区域活珊瑚覆盖率调查结果计算, 工程建设总共造成约 3406m 2 的造礁石珊瑚直接被毁掉间接损失主要来源于悬浮泥沙扩散 ; 粒径小于 125μm 的 [30] 悬浮泥沙沉积物对珊瑚礁产生的危害最大, 施工过程中产生的悬浮泥沙粒径基本小于 125μm, 它限 [31] 制珊瑚体内虫黄藻光合作用速率, 妨碍珊瑚幼体

6 4 期吴钟解等 : 西沙生态监控区造礁石珊瑚退化原因分析 [32] [33] 附着, 被覆盖的珊瑚窒息死亡 ; 另外, 泥沙沉积还通过改变造礁石珊瑚群体的生长形态大小, 降低 [32] 生长率等导致珊瑚群落结构发生变化根据估算, 港口施工建设至少造成约 m 2 的造礁石珊瑚间接被毁掉港口施工后水流的改变也可能会对珊瑚的生长分布有一定影响 3 7 采挖珊瑚在西沙未设立保护区, 珊瑚礁相对缺乏保护体系, 因而容易遭到非法采挖挖掘直接破坏珊瑚和珊瑚礁石, 拆解珊瑚礁生态系统群落框架, 减少空间异质性, 破坏了珊瑚赖以生长的基底和珊瑚礁鱼类栖息场所, 另一方面也导致海水中悬浮物增加, 影响珊瑚正常发育所要求的生态环境 4 结束语由于长棘海星侵蚀过度捕捞非法渔业海水酸化海洋工程台风破坏水温升高采挖珊瑚珊瑚疾病和渔业捕捞方式等影响,2009 年西沙珊瑚礁已经出现十分明显的退化趋势虽然长棘海星侵蚀是直接造成西沙珊瑚礁白化死亡的主要原因, 非法渔业过度捕捞导致的生态失衡是诱因, 但珊瑚白化 145 死亡往往是一个综合作用的结果, 还有许多伴随的辅因如珊瑚疾病台风破坏等西沙珊瑚是我国最原始和最珍贵的珊瑚礁群落, 是我国珊瑚的种源, 在海南岛北部湾等海域的珊瑚群落是由西沙珊瑚迁移和演变而来的, 西沙珊瑚的变化极大地影响着我国珊瑚群落对于海南国际旅游岛的建设, 西沙珊瑚礁资源有极大的旅游开发价值因此, 为了珊瑚礁的保护恢复可持续开发利用和西沙的发展建设, 我们提出以下几点建议 (1) 应对西沙珊瑚礁进行长期监测, 深入了解长棘海星暴发的原因与海水酸化水温升高等对珊瑚生长繁殖的影响 ; (2) 建议把西沙建设成集生态资源历史文化教育科研旅游等于一体的国家级的西沙海洋生态特别保护区 ; (3) 严禁炸鱼毒鱼等非法渔业活动, 对西沙退化的珊瑚进行生态修复 ; (4) 对渔民采用政策补偿资金补偿和智力补偿 [35] 等, 并引导西沙当地渔民进行转产转业, 实现社会和自然和谐发展参考文献 : [1] 邹仁林. 中国动物志 [M], 第 4 卷. 北京 : 科学出版社,2001:1 18. [2] 李元超, 黄晖, 董志军, 等. 珊瑚礁生态修复的研究进展 [J]. 生态学报,2008,28(10):1 8. [3] WILKINSONCR. Globalandlocalthreatstocoralreeffunctioningandexistence:reviewandpredictions[J].Marine& FreshwaterRe search,1999,50(8): [4] HOEGH GULDBERG O. Climatechange,coralbleachingandthefutureoftheworld scoralreefs[j].marine& FreshwaterResearch, 1999,50: [5] HOEGH GULDBERG O,MUMBYPJ,HOOTENAJ,etal.Coralreefsunderrapidclimatechangeandoceanacidification[J].Science, 2007,318: [6] JACKSONJBC,KIRBY M X,BERGER W H,etal.Historicaloverfishingandtherecentcolapseofcoastalecosystems[J].Science, 2001,293: [7] PACKSONJM,BRAOBURY R H,SALA E,etal. Globaltrajectoriesofthelong termdeclineofcoralreefecosystems[j].science, 2003,301: [8] HUGHESTP,BAIRD A H,BELLWOOD D R,etal. Climatechange,humanimpacts,andtheresilienceofcoralreefs[J].Science, 2003,301: [9] YU KF,ZHAOJX,SHIQ,etal.U seriesdatingofdeadporitescoralsinthesouthchinasea:evidenceforepisodiccoralmortalityo verthepasttwocenturies[j].quaternarygeochronology,2006,1(2): [10] 王丽荣, 赵焕庭, 宋朝景. 人类活动对徐闻登楼角珊瑚礁生态系统的影响 [J]. 海洋开发与管理,2006,1: [11] 施祺, 赵美霞, 张乔民, 等. 海南三亚鹿回头造礁石珊瑚生长变化与人类活动的影响 [J]. 生态学报,2007,8: [12] 李颖虹, 黄小平, 岳维忠, 等. 西沙永兴岛珊瑚礁与礁坪生物生态学研究 [J]. 海洋与湖沼,2004,35(2): [13] GARDENER T A,COTEI,GILLJA,etal. Long termregion widedeclinesincaribbeancorals[j].science,2003,301: [14] BRYANT D,BURKE L,McMANUSJ,etal. ReefsatRisk:A map basedindicatorofthreatstothe World scoralreefs [M]. WashingtonDC:WorldResourcesInstitute,1998. [15] BELLWOODDR,HUGHESTP,FOLKEC,etal. Confrontingthecoralreefcrisis[J].Nature,2004,429:

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4 期 吴 钟 解 等 : 西 沙 生 态 监 控 区 造 礁 石 珊 瑚 退 化 原 因 分 析 141 态 监 测, 对 加 强 珊 瑚 生 态 保 护 意 义 重 大 国 家 海 洋 局 从 2005 年 开 始, 安 排 西 沙 永 兴 岛 石 岛 西 沙 洲 赵 述 岛 和 北 岛 ( 图

4 期吴钟解等 : 西沙生态监控区造礁石珊瑚退化原因分析 141 态监测, 对加强珊瑚生态保护意义重大国家海洋局从 2005 年开始, 安排西沙永兴岛石岛西沙洲赵述岛和北岛 ( 图