潿洲島珊瑚礁系統特征及臺風對其影響

李邢凡 曹超 蔡鋒

摘要：文章通過對潿洲島珊瑚礁生態系統近20年的環境監測數據的梳理，結合前人研究，分析潿洲島珊瑚礁生態系統的水質、生態和地貌特征以及極端天氣過程（臺風和暴雨）對其的影響。結果顯示，潿洲島珊瑚礁生態系統的水質、生態和地貌現狀均健康良好，適宜珊瑚礁的生長發育，但總體呈現衰退趨勢。極端天氣過程的影響會給潿洲島珊瑚礁生態系統造成短時間內的毀滅性打擊。隨著人類活動的加劇，潿洲島珊瑚礁生態環境質量有所降低，應引起足夠的重視。對潿洲島珊瑚礁生態系統長期的監測和研究，不僅可以為保護和開發管理海島珊瑚礁提供科學支撐，也為驗證達爾文的環礁成因學說提供第一手資料。

關鍵詞：潿洲島;珊瑚礁;環境特征;臺風;影響

中圖分類號：P76文獻標志碼：A文章編號：1005-9857（2019）11-0049-04

Coral Reef System Characteristic and Typhoon Influence in Weizhou Island

LI Xingfan1，CAO Chao2，CAI Feng2

（1South China Sea Bureau，Ministry of Natural Resources，Guangzhou 510310，China;2Third Institute of Oceanography，Ministry of Natural Resources，Xiamen 361005，China）

Abstract：By combing the environmental monitoring data of Weizhou island coral reef ecosystem in the past 20 years and combining with previous studies，this paper analyzed the influence of water quality，ecological and geomorphological characteristics and extreme weather process （typhoon and rainstorm） on the reef ecosystem of Weizhou island.The results showed that the water quality，ecology and physiognomy of the reef ecosystem in Weizhou island were healthy and suitable for the growth and development of the reef，but the trend of decline was generally observed.The impact of extreme weather processes can cause devastating damage to the reef ecosystem in Weizhou island in a short period of time.With the aggravation of human activities，Weizhou island reef ecological environment quality has been reduced，which should be paid enough attention.The longterm monitoring and study of Weizhou island coral reef ecosystem can not only provide scientific support for island coral reef protection and development management，but also provide firsthand information for verifying Darwin′s atoll genetic theory.

Key words：Weizhou island，Coral reef，Environmental characteristic，Typhoon，Influence

0引言

眾所周知，珊瑚礁是石珊瑚目動物——物珊瑚蟲碳酸鈣化的骨骼在數百年至數千年的生長過程中堆積形成的一種結構，絕大多數在淺海中生存，但深海中也有發現（紅珊瑚）。珊瑚礁不僅自身生態系統多姿多彩，也為許多動植物（魚類、棘皮動物、甲殼動物、軟體動物等）提供生活環境。珊瑚礁的形成過程對水深、光照、水溫和鹽度等條件要求非常嚴格，對人類活動的肆意破壞也極度敏感。其中，高緯度地區珊瑚礁海域冬季的大幅度降溫和低溫事件;臺風極端降水帶來的鹽度和水溫驟降;人類活動帶來的海水富營養化、海岸侵蝕造成沉積物和懸浮物濃度增加、旅游觀光、潛水活動的直接干擾等，都直接或間接威脅著珊瑚生存和惡化珊瑚礁的生態系統。

潿洲島緯度21°，其海島環礁屬高緯度珊瑚礁。隨著海島旅游開發與日俱增，人類活動對珊瑚礁環境系統（水質、生態、地貌）的影響巨大。同時，潿洲島是我國最年輕的火山島（最近一次噴發約4萬年前），潿洲島珊瑚礁發育其上，為驗證達爾文的環礁成因學說提供了理想場所[1]。因此，對潿洲島珊瑚礁生態環境系統的研究，不僅可以為保護和開發管理海島珊瑚礁提供科學支撐，也為驗證達爾文的環礁成因學說提供第一手資料。

1研究區概況

成立于2013年的潿洲島珊瑚礁海洋公園（國家級），是全國首批的10個海洋公園（國家級）之一。隸屬廣西壯族自治區北海市潿洲島管理委員會，總面積約2 500 hm2，其中重點保護區約1 300 hm2，適度利用區1 200 hm2[2-3]，主要分布在潿洲島的東面、北面和西南面，是我國高緯度地區為數不多的珊瑚礁（岸礁和環礁）系統。

目前，潿洲島珊瑚礁生態系統已探明和鑒定的珊瑚分屬23個屬科、45個種類以及多種礁棲魚類和軟體動物。該系統海水鹽度約為318、溫度約為246℃、海水透明度為35～102 m，常年表層水流向為ES—WN。上述水文氣象條件為珊瑚生長、繁殖、發育等提供了良好的環境基礎[1，4]。潿洲島發育珊瑚礁的海岸帶，其東部和西南部是礁石基底、北部和東南部為砂質基底。基巖、礁石及礫石等硬質基底有利于珊瑚的附著，而較為松軟的砂質基底珊瑚礁發育較少[1]。

從潿洲島珊瑚礁活珊瑚的覆蓋度可以看出，在過去幾十年間，珊瑚礁正處于急劇退化的狀態[1]。岸礁的珊瑚種群由原來的主要分布在WS、ES和EN逐步轉變為WN和ES，特別是WS地區尤為明顯[1，4]。近些年，隨著潿洲島旅游、石化基地和基礎建設的開發，過度捕撈、油污污染、水下構筑物建設以及極端天氣頻發對岸礁珊瑚造成極度破壞[1]，與我國南海地區的珊瑚礁所受壓力狀況基本一致。

2環境特征

潿洲島珊瑚礁位于熱帶北緣，基底為火成巖（火山巖）。表征潿洲島珊瑚礁系統發育優劣主要集中在水環境（水文和水質）、生態環境（生態種群）和地質環境（沉積地貌）等方面[1]。

21水環境特征

2000—2018年，國內大量學者和國家海洋局北海海洋環境監測中心站對潿洲島珊瑚礁生態系統及其周邊海域的氣象、水文、水質、沉積物開展多期次調查與監測[1]。總體來看，潿洲島珊瑚礁公園環境良好，適合珊瑚礁的生長發育，但隨著人類活動的加劇，潿洲島珊瑚礁公園生態環境質量所有降低，應引起足夠的重視。

近年來，潿洲島海水日平均溫度快速上升，與全球氣候變暖呈準同步變化趨勢，臺風、暴雨等極端氣候事件的增加，導致其珊瑚生長率的下降[1]。監測數據顯示，潿洲島已有4個夏季和1個冬季分別出現熱白化和冷白化現象[1]。但短期內海平面的上升（約10 cm30 a）不會對潿洲島的珊瑚礁造成毀滅性破壞[1]。

通過對潿洲島珊瑚礁系統水體的鹽度、pH值、溶解氧、濁度、透明度等核心參數的監測，結果顯示其海水水質大部分年份符合國家一類海水水質標準，偶爾會受極端天氣和人為污染，海水水質短期內為二類水質，但均不會威脅珊瑚生長，水質條件在可控范圍內[1]，石油類和重金屬的含量均無超標現象，底質環境也無污染，對珊瑚鈣化無不良影響。生源要素和營養鹽對浮游動物影響較小，可能對浮游植物在種群數量和種類上有一定影響[1，5]。

22生態環境特征

潿洲島珊瑚礁生態系統主要產出角蜂巢珊瑚屬（Favites）、薔薇珊瑚屬（Montipora）、蜂巢珊瑚科（Faviidae）和鹿角珊瑚科（Acroporidae）等軟珊瑚以及軟體動物、海綿等喜礁伴生生物[1，6]。2005年，共鑒定石珊瑚12科21屬34種;2009年，共鑒定珊瑚20科25屬31種，并發現魚類、無脊椎動物的生態指標呈逐步降低的狀態;2011年，以馬尾藻和囊藻為主的藻類覆蓋度約為30%，出現率為88%，蝴蝶魚、長刺海膽等礁棲魚類和無脊椎動物出現頻度降低[1]。2015年，對潿洲島珊瑚礁進行大規模生態調查，共鑒定珊瑚26個屬科、43個種類。潿洲島造礁石珊瑚和活珊瑚覆蓋度都正在減少，生物多樣性很低，珊瑚礁逐步退化[1，6]。

23地質環境特征

潿洲島全新世以來一直處于不斷抬升的狀態，受NW―SE向斷裂的影響，地形呈南高北低[1，7]。6 500年前，在潿洲島北部后背塘、西牛角坑岸外首先發育形成造礁珊瑚，4 000年前，相繼在其東部海岸橫嶺一帶發育形成珊瑚礁[1，6，8-9]。潿洲島珊瑚礁區岸礁發育分為3個階段，分別為雛形期岸礁、幼年期岸礁和成年早期岸礁，其對應的海岸類型分別為海蝕型海岸、過渡型海岸和堆積型海岸[1]。

潿洲島珊瑚礁由海向陸的生物地貌類型分別為外礁坪、礁坪、海灘和沙堤，珊瑚礁坪又分為內礁坪、中礁坪、外礁坪和礁前帶，其中發育有枝狀珊瑚、塊狀珊瑚和柳珊瑚[1，6，9]。近年來，通過對潿洲島多條海岸地形剖面監測，發現潿洲島岸礁系統的海岸帶岸線遭受侵蝕，西南部和東部侵蝕最為嚴重，后蝕每年達20 cm，西南部下蝕可達15 cm，正北部和南灣岸線侵蝕程度較小[1，7，10]。

3臺風對珊瑚礁的影響

近年來，潿洲島珊瑚礁公園環境從氣象、水質、生態和地質等方面的監測數據均呈現不容樂觀的生態系統衰退現象，但若無人類活動加劇的破壞，珊瑚礁生態系統總體發育良好，形勢可控。然而，極端天氣過程的影響卻會給潿洲島珊瑚礁生態系統造成短時間內的毀滅性打擊。本研究通過分析201409號威馬遜（12級）、201415號海鷗（13級）、201621號莎莉嘉（10級）和201816號貝碧嘉（8級）等4次臺風前后監測數據，發現珊瑚礁系統的水質、生態和地貌具有顯著變化。

31對水質的影響

COD、PO-4-P、NO-3-N、NO-2-N、SiO-3-Si的含量臺風后高于臺風前，pH值在臺風前、后沒有明顯的變化，臺風后無機氮大部測站位超標，部分測站的無機磷含量也超標，在臺風前有30%的測站溶解氧超標，在臺風后溶解氧卻無一超標。

受臺風引起的大浪和風暴流的雙重作用。一方面，珊瑚礁底層沉降物被大浪掀起促使上下水層的交換，底部富營養物質充實進入表層水，造成表層水體的相對富營養化;同時，風暴流與強烈的流速使沉積物再懸浮，再懸浮沉積物中的營養鹽、有機質一類的污染物溶解于水體，雙重作用造成水體短期富營養化和輕微污染[11]。伴隨著臺風而來的暴雨也將陸源污染物通過地表徑流搬運到海域，PO-4-P、NO-3-N、NO-2-N、SiO-3-Si的含量，臺風后高于臺風前[11]。另一方面，強烈的水交換作用，對某些污染物的自凈起一定作用，使高、低溶解氧的海水充分的混合交換，同時，空氣中的氧氣快速補充進入表層海水，使海水溶解氧在臺風后比臺風前高，而風暴流對海水強烈的混合，使pH值在臺風前、后變化不明顯[11]。臺風后的水質變化能維持很長時間。

32對生態系統的影響

臺風伴隨著極端降水，造成珊瑚礁海岸侵蝕，沖蝕物質致使海水懸浮體和沉積物增加，造成海灣淤積。在風營力和沿岸流的作用下，珊瑚礁海域的懸浮體濃度增加，造成海水透明度降低、濁度增加，影響共生藻類的光合作用，致使珊瑚生長緩慢或死亡[1，12]。臺風過后，許多珊瑚已經顯出了漂白的跡象，大多數珊瑚被埋沒了，最嚴重的一次臺風，珊瑚死亡率超過50%。

研究表明，珊瑚礁白化和褪色，與珊瑚礁生態系統的河流注入量、離河口的遠近以及生長深度有著密切的關系[13]。越靠近河口和深度增加，褪色也增加。在暴風雨后短期內出現大量黏土沉積物，黏土沉積物層較厚地區死亡和褪色珊瑚比例較高。因此，臺風和暴雨帶來的泥沙直接覆蓋在珊瑚之上，抑制珊瑚的呼吸作用或導致珊瑚死亡。

33對地質地貌的影響

珊瑚礁系統對風暴的影響主要受珊瑚礁的發育程度和海灘沙量的多寡，即珊瑚礁對海岸能量的消耗能力和海灘固有的緩沖能力所決定。研究發現，珊瑚礁礁坪越寬和活珊瑚覆蓋率越高，珊瑚礁遭受破壞程度越小，風暴對其海岸海灘的形變（即海岸侵蝕程度）改變也越小，反之則越大[4，14]。然而，珊瑚礁系統獨特的環境特征對風暴能量的消耗也起到了極大的作用。礁坪越寬，抗浪消能的作用越強，礁坪一旦被破壞變窄后，抗浪消能的能力減弱，對海灘產生侵蝕的影響加大[4，14]。臺風對發育良好的珊瑚礁、礁內潟湖和離岸陡坡基本不受影響[4，14]。

4結語

（1）潿洲島珊瑚礁公園的水質、生態和地貌現狀顯示其珊瑚礁生態環境系統良好，適合珊瑚礁的生長發育，但總體呈現衰退趨勢。極端天氣過程的影響會給潿洲島珊瑚礁生態系統造成短時間內的毀滅性打擊。隨著人類活動的加劇，潿洲島珊瑚礁公園生態環境質量所有降低，應引起足夠的重視。

（2）近20多年來，在全球氣候變暖的大背景下高緯度的潿洲島珊瑚礁，造成南海珊瑚礁為適應高溫而北向遷移。通過長期對潿洲島珊瑚礁生態現狀的監測和研究，對揭示達爾文的環礁成因學說提供有利的佐證。

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