赤道东南亚浑浊珊瑚礁沉积物通量受季风变化调控及其生态意义

本研究针对浑浊珊瑚礁沉积物动态缺乏量化数据的现状，通过在新加坡珊瑚礁开展为期一年的实地监测，揭示了季风变化对沉积物通量（9.8–39.6 mg cm?2 d?1）和水动力条件的调控机制，发现西南季风期浊度峰值与硅质碎屑输入增加相关，为评估陆源沉积对珊瑚生态阈值的影响提供了关键数据支撑。

　　

在热带沿海地区，珊瑚礁正面临着日益严重的陆源沉积物威胁。随着沿海城市化的快速发展和土地利用方式的改变，大量来自陆地的沉积物、营养物和污染物被冲刷入海，导致海岸水体"变暗"（coastal darkening），进而引发沿海生态系统的大范围退化。全球近四分之一的珊瑚礁受到陆地沉积物径流的影响，而位于遮蔽海岸区域或靠近城市中心的珊瑚礁更是首当其冲。高浊度和沉积作用会改变珊瑚礁的生态系统功能——从珊瑚微生物组到整个礁群群落，都与水质下降密切相关。它会导致珊瑚覆盖率和物种多样性减少、珊瑚生长和钙化速率降低、珊瑚补充量下降以及礁框架发育深度范围被压缩。

尽管浑浊水域对珊瑚生长构成挑战，且常被认为是珊瑚生长的边缘环境，但某些珊瑚群落却演化出了一系列生理和形态适应机制来应对高沉积胁迫和低光条件。这些机制包括息肉纤毛运动、黏液产生、异养摄食策略和形态可塑性等。这些特性使得某些礁群能够在长期浑浊和中光层光照水平下持续存在甚至繁荣生长，并可能对海洋变暖具有一定的恢复力。然而，靠近海岸的浑浊礁体日益邻近主要城市中心，承受着强烈的人为压力，可能超出其生态耐受范围。

目前对浑浊珊瑚礁的认识大多来自全新世的古生态和环境重建研究，而针对现代浑浊礁沉积动力学的研究却很少，探讨自然和人为压力源综合效应的研究更是少之又少。这种当代基线数据的缺乏限制了我們充分描述这些环境中环境条件的能力，从而难以理解浑浊珊瑚的恢复力。

为了填补这一知识空白，来自新加坡南洋理工大学亚洲环境学院的Kyle Morgan、Molly Moynihan、Abang M.S. Nugraha和Adam D. Switzer在《Science of The Total Environment》上发表了一项研究成果。该研究通过对新加坡南部珊瑚礁进行为期一年的环境监测，量化了浑浊礁体的季节变异性和沉积动力学过程。

研究人员在新加坡海峡的两个岸礁——韩都岛（Pulau Hantu）和龟屿（Kusu Island）进行了实地观测。他们使用浊度计每10分钟记录一次近海底浊度（以悬浮沉积物浓度SSC表示），并在礁体四个方位部署了倾斜海流计测量流速和方向。沉积物积累速率通过管式沉积物捕获器（测量总沉积）和SedPod（测量净沉积）进行月度测量，并采用激光衍射分析颗粒粒径分布，通过烧失量法测定总有机碳（TOC）和总无机碳（TIC），使用X射线荧光（XRF）和X射线粉末衍射（XRD）分析矿物学和元素组成。此外，研究人员还利用渐进矢量图可视化水动力变化，并通过热图分析沉积和浊度事件的特征。

3.1. 珊瑚礁浊度状况

研究显示浊度水平在不同月份、季风季节和礁体位置间存在显著差异。韩都岛的月平均浊度范围为4.77±3.5至71.5±46.3 mg L^?1，而龟屿为8.0±31.2至28.4±25.1 mg L^?1。两个礁体均在西南季风期间经历浊度峰值，最高值出现在8月份。时间波动与季风模式密切吻合，韩都岛的浊度在5月至8月最高，而龟屿的峰值推迟一个月（7月至9月），表明局部水动力或地貌控制影响着浊度峰值的出现和持续时间。

3.2. 礁体水动力和悬浮沉积物通量

两个礁体表现出不同的水动力状况，龟屿的流速持续低于韩都岛。龟屿的海流主要沿西北-东南轴线流动，垂直于礁体和相邻海堤，由潮汐反转驱动。而韩都岛的海流方向变化更大。迎风礁面在各自季风季节期间流速较高。渐进矢量图显示西南季风期间的沉积物运输能力最强，较高的流速使颗粒物移动更远，净运输方向反映了局部环流模式。

3.3. 礁体沉积积累的时空模式

总沉积速率（使用管式捕获器测量）在不同月份、礁体朝向和岛屿间变化。韩都岛西部礁体的年平均总沉积速率（8.9±1.9 mg cm^?2 d^?1)低于东部礁体(19.6±4.4 mg cm^?2 d^?1)。龟屿也呈现类似空间 pattern，北部礁体速率较低(10.4±6.2 mg cm^?2 d^?1)，南部礁体较高(24.6±10.9 mg cm^?2 d^?1)。净沉积速率（来自SedPod）平均比总速率低90%，范围在0.8±0.5至2.5±2.2 mg cm^?2 d^?1之间，且在不同站点间更加一致，呈现明显的季节趋势。

3.4. 沉积和浊度的事件尺度模式

热图显示不同季风时期沉积动态存在差异。东北季风期间，沉积事件持续时间短（1-2天）但强度大（>2 mg cm^?2 d^?1），表现为短暂而强烈的沉积输送脉冲。西南季风则呈现更广泛的事件持续时间分布，中等到高沉积速率持续较长时间（6-10天）。间季风期则以低强度（<1 mg cm^?2 d^?1）和短持续时间事件为主，表明沉积胁迫较低的背景条件。

3.5. 沉积物颗粒大小和组成

悬浮沉积物颗粒粒径分布在礁体站点和沉积物捕获器类型间呈现明显的时空变异。管式捕获器收集的沉积物显示一致的单峰分布，以粉砂粒径颗粒为主。龟屿的平均颗粒粒径（52±24 μm）比韩都岛（34±7 μm）更粗。SedPod积累的沉积物通常比管式捕获器具有更粗的平均颗粒粒径，并常呈现双峰分布。大多数沉积物主要由碎屑物质组成（70±3.2%），总有机碳（TOC）贡献14±2.0%，总无机碳（TIC）占9±4.4%。XRD分析证实了主要陆地来源，石英是主要矿物相（63±5.6%），其次是白云母（17±5%）和高岭石（6.7±3%）。

研究结论表明，赤道浑浊珊瑚礁系统对区域气候强迫的变化高度敏感。季风风向和水动力的季节性反转强烈影响着浊度和细颗粒沉积物通量的时空动态，其强度对珊瑚礁生态系统具有生态学意义。这种变异性驱动了礁体上沉积物暴露的异质性，进而决定了珊瑚栖息地的空间格局，并可能导致礁体种群碎片化。

Field测量对于识别赤道礁系统陆地沉积物输送的来源和驱动因素至关重要。研究结果表明，区域性的跨界沉积物运输过程，而非局部点源，可能在决定东南亚浑浊礁体长期恢复力方面发挥更大作用。因此，在实施海洋和沿海生态系统本地管理方法时，必须考虑跨界沉积物输入，特别是那些位于高度城市化环境中的生态系统。

这项研究不仅提供了关于赤道地区浑浊珊瑚礁沉积动力学的详细认识，还为珊瑚礁保护和管理提供了科学依据，强调需要建立跨边界政策，在流域尺度上解决沉积物来源和土地利用变化问题，考虑到东南亚地区的相互关联性。