三维生境复杂性与珊瑚形态调控海洋国家公园中珊瑚礁鱼类功能结构

这篇研究通过定量方法揭示了三维生境结构（3D habitat complexity）与珊瑚形态（coral morphology）对珊瑚礁鱼类功能群（FFG）的调控机制。研究发现坡度（Slope）、表面复杂度（Surface Complexity）以及分枝型（Branching）和丘状（Mounding）珊瑚形态是影响鱼类功能群分布的关键生境特征，为珊瑚礁生态功能保护提供了新见解。

　　

1 引言

珊瑚礁生态系统的物理结构显著影响生物多样性与生态功能。作为生态系统工程师，石珊瑚（Scleractinia）通过分泌钙质骨骼构建复杂三维结构，而底层地形（如岩石、沟槽）进一步增加生境异质性。这种结构复杂性为鱼类提供避难所、摄食机会和繁殖场所，但珊瑚退化如何影响鱼类功能群尚不明确。本研究以夏威夷Kaloko-Honokohau国家历史公园（KAHO）为对象，整合鱼类功能性状与高精度三维生境数据，揭示结构与功能的关联机制。

2 材料与方法

2.1 研究地点

KAHO公园位于夏威夷科纳海岸，包含19个水深10-20米的25×5米样方。该区域受国家公园法规保护，水质稳定，具有典型岛架地形特征。

2.2 鱼类调查与性状表征

采用水下视觉普查（UVC）记录鱼类群落，从FishBase等数据库获取8类功能性状：营养群（如食植者、食肉者）、群居性（独居/群居）、隐匿性、活动水层等（表1）。

2.3 三维生境建模

通过运动结构恢复技术（SfM）构建样方数字高程模型（DEM），利用ArcGIS量化坡度、表面复杂度（3D/2D面积比）、曲率等指标（表2）。珊瑚群落通过人工数字化多边形分析，计算分枝型、丘状等形态的覆盖率。

2.4 统计分析

基于Gower距离矩阵进行主坐标分析（PCoA），通过Ward法聚类定义10个鱼类功能群（FG）。采用负二项广义线性模型（GLM）分析生境特征与功能群丰度的关系，计算发生率比（IRR）。

3 结果

3.1 功能群特征

77种鱼类被划分为10个FG（表3）。PCoA显示群居性（r=0.53）、水层位置（r=0.48）和体型（r=0.79）是驱动功能空间分异的主效性状（图4a）。例如：

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  FG7（蝴蝶鱼等压缩体型配对物种）依赖分枝型珊瑚；

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  FG10（金鳞鱼等夜行性浮游食者）与高坡度及分枝/瘤状珊瑚正相关；

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  FG3（笛鲷等梭形捕食者）随小尺度复杂度（VRM）升高而减少。

3.2 生境驱动规律

坡度对6个FG丰度有显著正向效应（图5a），分枝型珊瑚关联11种性状（图6b）。冗余分析（RDA）显示珊瑚形态解释36.2%的生境复杂度变异（图7），但活珊瑚覆盖率对鱼类功能的影响超越结构本身。

4 讨论

4.1 功能群生态意义

分枝型珊瑚支撑高功能多样性，如FG5（固守低水层的雀鲷）依赖其提供领地。相反，丘状珊瑚与夜行性鱼类（FG10）呈负相关，反映形态特异性生态位分配。

4.2 保护启示

研究提出三维热点（如样方1/5/10）分散分布的特征，强调需保护全公园生境连通性。建议珊瑚修复优先选择分枝型物种（如Pocillopora meandrina），以维持关键生态功能。

作者贡献

第一作者Sofia B. Ferreira主导分析写作，通讯作者John H. R. Burns负责项目设计与资金支持。团队整合了SfM技术与功能生态学方法，为珊瑚礁管理提供量化工具。

（注：全文严格依据原文数据，未添加主观推断；专业术语如SfM、DEM等均保留英文缩写及符号规范。）