墨西哥湾南部固定石油平台与珊瑚礁的固着生物群落分类差异性分析：评估人工海洋结构生态功能的新方法

《Marine Biodiversity》：Taxonomic distinctness analysis between a platform-associated community and a coral reef in the southern Gulf of Mexico: a proposal for assessing sessile communities associated with offshore oil platforms

本研究针对海洋油气平台(OGP)生态角色争议，创新性地采用平均分类差异性指数(△+)和变异指数(Λ+)比较墨西哥湾南部固定石油平台(FOT)与Cayo Arcas珊瑚礁的固着生物群落。研究发现平台群落具有与天然礁相当的系统发育多样性，证实其作为礁石生态延伸的功能，为人工海洋结构的生态评估提供了新的尺度无关性指标。

　　

在广阔的海洋中，人类建造的油气平台(OGP)如同钢铁巨人屹立于波涛之下，这些庞然大物究竟是破坏自然生态的入侵者，还是意外成为海洋生物的新家园？这一直是海洋生态学界争论的焦点。随着全球海上能源开发的加速，理解这些人工结构的真实生态价值变得尤为迫切。传统研究多集中于鱼类群落，而对构成海洋生态系统基石的固着生物关注不足，更缺乏有效的比较方法。

在墨西哥湾南部的坎佩切银行，一座建于1982年、2018年退役的固定石油平台(FOT)与著名的Cayo Arcas珊瑚礁仅相距3.6公里，这为科学家提供了绝佳的自然实验场。Pablo Alberto Hernandez-Solis领衔的研究团队决定揭开这个谜团，他们的研究成果发表在《Marine Biodiversity》上，为这一争议带来了新的见解。

研究人员采用了一种创新的两阶段研究策略。首先，他们通过系统的水下摄影调查，记录了平台从2米到40米九个深度层次的固着生物群落。这些照片通过CoralNet平台进行点计数分析，识别出115个形态种。随后，团队引入分类差异性指数这一尺度无关性指标，比较平台群落与邻近珊瑚礁在三个主要门类（多孔动物门、刺胞动物门和脊索动物门）上的系统发育多样性。

关键技术方法包括：基于水下摄影的群落调查（九个深度层次，每层16张照片）、点计数法估算相对丰度、β多样性分区分析（S?rensen相异性指数β_sor、Simpson相异性指数β_sim和嵌套相异性指数β_nes）、物种累积曲线估计γ多样性，以及分类差异性指数（△⁺和Λ⁺）计算，后者通过10,000次随机排列检验显著性。

Abundances and biodiversity

研究发现固定石油平台(FOT)上的固着生物群落相当丰富，共记录到115个形态种，涵盖10个门类的25个属。海绵(Porifera)以54.08%的相对丰度占据绝对优势，尤其在5-30米的中等深度最为繁盛。浅水区（2米）以褐藻(Ochrophyta)为主（56.46%），而深水区（35-40米）则被苔藓虫(Bryozoa)主导，在40米深度占比高达85%。

物种丰富度(S')在15米和25米深度达到峰值（53种），符合中度干扰假说。β多样性分析显示，深度驱动的物种更替（β_sim）是群落构建的主要机制，而非物种嵌套（β_nes）。物种累积曲线估计平台群落的理论总物种数为124种，当前采样覆盖率达92.7%。

Taxonomic distinctness comparison between Fixed Oil Tower and Cayo Arcas Reef

分类差异性分析揭示了令人惊讶的结果：尽管平台仅包含珊瑚礁记录的21.29%的属（23 vs 108），但两者的平均分类差异性指数(△⁺)极为接近（平台77.08 vs 珊瑚礁79.1）。平台值落在理论分布的95%置信区间内，表明其分类结构与天然礁无显著差异。变异指数(Λ⁺)分析也显示平台群落（972.21）与珊瑚礁（888.30）的变异程度相近。

深度分层分析显示，15米、25米和40米深度的△⁺值略低于理论期望，但所有深度的Λ⁺值均在正常范围内。平台与珊瑚礁共享22个属，仅海绵属Ircinia为平台独有，但该属在坎佩切银行礁区广泛分布。

Discussion

这项研究首次将分类差异性指数应用于油气平台与天然礁的比较，得出了三个重要结论。首先，固定石油平台并非生物荒漠，而是支持了高度结构化的固着生物群落，其系统发育多样性与邻近天然礁相当。这意味着经过36年的殖民过程，平台已发展成为珊瑚礁生态系统的有效延伸。

其次，平台群落表现出明显的深度分区模式：浅层藻类优势、中层海绵主导、深层苔藓虫繁盛，这种垂直梯度反映了环境过滤和生态位分化的共同作用。尽管平台与珊瑚礁共享多数分类单元，但群落结构存在显著差异——平台是海绵主导的“人工海绵礁”，而天然礁是以珊瑚为架构的典型珊瑚礁生态系统。

第三，分类差异性指数被证明是评估人工海洋结构生态价值的有效工具，其不受采样努力和时空尺度影响的特性，解决了传统比较研究中的方法论难题。这一方法特别适用于整合历史文献数据和新兴调查结果，为全球范围内的人工礁评估提供了新思路。

研究还记录了四种入侵物种在平台上的存在：Tubastraea coccinea（2-35米）、海鞘Distaplia cf. bermudensis（30-35米）、蓑鲉Pterois volitans（40米）和雀鲷Neopomacentrus cyanomos（25米），提示平台可能作为入侵物种扩散的踏脚石。

这项研究填补了墨西哥湾南部油气平台生物多样性信息的空白，为未来该区域人工海洋结构的管理和保护提供了科学基线。特别是在全球海上风电快速发展的背景下，这种评估方法可扩展到其他类型的人工海洋结构，促进蓝色能源开发与海洋生态保护的协调发展。

研究结果强调，油气平台等人工结构并非简单的“好”或“坏”，其生态价值取决于具体环境背景和群落发育过程。科学的评估和管理应基于详实的生态学数据，而非先入为主的观念。随着更多海上能源设施的建设和退役，这种综合研究方法将为我们理解人类活动与海洋生态系统的复杂关系提供重要启示。