飓风扰动对浅海底栖群落的微弱影响：阿拉巴马海岸沉积物生态系统的抗性研究

这篇研究揭示了飓风Sally和Zeta对阿拉巴马海岸浅海沉积物底栖群落（infaunal communities）的惊人抗性。通过分析沉积物粒度（grain size）、孔隙度（porosity）和有机质含量（organic content）与底栖生物丰度（abundance）、多样性（diversity）的关联，发现即使沉积物物理结构因飓风发生显著改变（如沙层覆盖泥质层），底栖群落的组成和功能仍保持稳定。这一发现挑战了传统的中等干扰假说（IDH），强调了高频扰动环境中生物群落的适应性策略，对预测气候变化下极端风暴的生态影响具有重要意义。

　　

摘要

热带气旋等极端风暴事件通常被认为是塑造海底群落结构和多样性的关键驱动力，尤其是在流动性受限的沉积物底栖群落中。阿拉巴马州海岸的浅海沉积物群落不仅参与全球营养循环和碳储存，还频繁经历包括风暴在内的大规模扰动。2020年秋季，连续两个热带气旋——飓风Sally（近3级）和Zeta（3级）——对研究区域产生了显著影响。尽管假设沉积物物理结构的剧烈变化会导致底栖生物丰度和多样性的显著下降，但研究发现，几乎所有站点的底栖群落均未出现与沉积变化程度相关的显著减少。这种抗性可能源于飓风前的扰动历史、季节性补充以及适应动态海岸沉积的机会性类群（opportunistic taxa）。

引言

海底生态系统的扰动直接影响生物的丰度、多样性和群落结构。Connell的中等干扰假说（IDH）预测，中等频率和规模的扰动会带来最大多样性。河流影响的陆架沉积物是碳储存和营养循环的重要区域，但也频繁经历自然和人为扰动，如热带气旋。这些风暴可通过悬浮和沉积物再分配改变沉积物栖息地的物理和化学结构，但关于其对底栖群落长期影响的认知仍有限。

材料与方法

研究区域位于阿拉巴马州海岸，受莫比尔湾（Mobile Bay）河口主导。通过采集飓风前后（Sally登陆前6天至登陆后251天）的沉积物岩芯（9.6 cm直径，15 cm深度），分析沉积物粒度、孔隙度、有机质含量等参数，并鉴定底栖生物至科级分类单元。使用主成分分析（PCA）和非度量多维标度（NMDS）评估环境变量与群落结构的关系。

结果

底栖生物丰度与多样性的时间变化

出乎意料的是，除西侧5米站点（W05）外，其他站点在飓风后10天均未出现丰度或多样性的显著下降。M05站点甚至因小型双壳类（如<1 mm的Gemma gemma）丰度激增而呈现群落结构变化。春季补充（如2月末至5月）导致多个站点丰度上升，但未出现IDH预测的多样性中期峰值。

群落结构与沉积变化的关联

PCA显示，沉积物类型（PC1）和采样时间（PC2）解释了大部分环境变异。尽管M12和M20站点因飓风沉积了厚沙层，但其底栖群落结构未发生显著改变。相反，沉积物变化较小的站点（如E05）反而出现群落差异，可能与飓风眼壁附近的强剪切应力有关。

优势类群的动态

优势类群以多毛类（46.5%）、甲壳类（25.1%）和双壳类（15.4%）为主，其中82%的个体宽度<1 mm。机会性类群（如spionid和capitellid多毛类）在春季风浪事件后丰度增加，体现了对扰动的快速响应能力。

讨论

飓风的直接与间接影响

研究未观察到显著的直接飓风效应，可能因莫比尔湾潮汐三角洲的地形阻挡了沉积物运输路径，导致部分站点（如M05）通过生物扩散补充了类群。相比之下，W05站点的多样性下降可能与古河口泥层的暴露有关。

高频扰动下的群落抗性

阿拉巴马海岸沉积物长期经历多重扰动（如冬季寒潮、拖网捕捞），塑造了以小型、机会性类群为主的群落结构。这种抗性挑战了IDH的预测，表明在高频扰动环境中，群落的恢复可能更依赖历史扰动背景而非单一事件。

气候变化的启示

随着热带气旋强度因气候变化（climate change）增加，理解底栖群落对栖息地扰动的响应机制，对于预测碳-营养循环的长期变化至关重要。未来的研究需结合更长的时间序列和更大空间尺度的观测。

结论

阿拉巴马海岸底栖群落对飓风引起的沉积物变化表现出显著抗性，其动态更多受季节性补充和本地扰动历史驱动。这一发现为高频扰动生态系统的管理提供了新视角，并强调了整合历史背景与短期事件响应的重要性。