珊瑚礁生态系统中主动与被动营养传输途径的协同作用及其生态意义

本研究针对珊瑚礁生态系统面临的营养输入机制不明确问题，通过稳定同位素（δ13C和δ15N）与营养指标（%N、C:N）分析，揭示了海洋过程（被动）与海鸟介导（主动）营养传输的协同作用。结果表明：深水向海礁依赖被动输入（δ13C降低），而浅水泻湖礁受海鸟粪富集（δ15N升高、C:N降低）。该研究为珊瑚礁保护提供了关键科学依据，强调恢复自然营养通路对缓解人为压力的重要性。

　　

珊瑚礁被誉为“海洋热带雨林”，其高生产力与生物多样性背后隐藏着复杂的营养供给机制。传统观点认为珊瑚礁主要依赖本地营养循环，但近年研究发现，远洋营养输入和海鸟等“移动链接者”的跨生态系统传输同样关键。然而，这两种途径（被动海洋过程与主动生物传输）的相对贡献及其空间分异规律尚不明确。随着气候变化和人类活动加剧，珊瑚礁面临前所未有的营养动态改变风险，厘清其营养来源成为生态保护的核心科学问题。

英国兰卡斯特大学环境中心的Ruth E. Dunn团队在《Coral Reefs》发表研究，以印度洋中部的查戈斯群岛为天然实验室，通过多年度采样（2019-2023年）获取宏藻（Halimeda sp.）、草皮藻、海绵（Spheciospongia spp.）等基底食物源及腹足类、寄居蟹等异养生物样本。采用稳定同位素分析（δ¹³C和δ¹⁵N）结合营养指标（氮百分比%N和碳氮比C:N），构建贝叶斯混合模型量化营养来源贡献，并利用SIBER包分析同位素生态位空间。

被动与主动营养通路的空间分异
通过δ¹³C值分析发现，深水向海礁（6-8米）显著依赖被动海洋营养输入（δ¹³C降低1.83‰），尤其在草皮藻和海绵中表现突出。这印证了海流和上升流对向海礁的营养输送优势。而δ¹⁵N数据揭示，海鸟栖息岛屿周边的泻湖礁营养信号显著增强（δ¹⁵N升高1.38‰），且C:N比降低0.2单位，证实海鸟粪通过食物链向上传递的主动途径。

营养动态的类群特异性
混合模型显示，腹足类在泻湖礁中60%营养源自海鸟驱动通路，而寄居蟹则保持稳定依赖（图6）。海绵因高效摄食浮游生物，其%N值（2.79%）显著高于藻类，凸显滤食者的营养富集能力。值得注意的是，宏藻的δ¹³C值（-19.7±2.0‰）最低，反映其快速碳同化特性，而草皮藻δ¹⁵N的年度波动（图S1）暗示降雨等环境因素对营养信号的调制。

保护启示与未解之谜
研究强调自然营养通路对珊瑚礁韧性的双重支持：向海礁依赖海洋过程维持基础生产力，而泻湖礁通过海鸟实现营养强化。尽管%N指标未能有效区分传输途径，但δ¹³C和δ¹⁵N的空间模式为生态系统管理提供了明确靶点——恢复海鸟种群可增强浅礁营养供给，而深礁保护需侧重海洋过程维护。遗留问题包括海鸟营养的精确传输距离（当前证据达300米）以及季风周期对同位素信号的长期影响，这需要氨基酸特异性同位素等新技术进一步解析。

该研究的创新性在于首次同步量化了珊瑚礁营养供给的双重机制，为全球珊瑚礁保护提供了理论框架。在气候变化导致海流改变、海鸟种群衰退的背景下，这种“海陆气”协同视角对制定差异化保护策略具有重要指导价值。正如作者所述，未来应重点探索营养通路改变对珊瑚钙化率（Lange和Benkwitt 2024）和鱼类群落结构的级联效应，以全面评估生态恢复措施的潜在收益。