《Marine Pollution Bulletin》：Biodegradation and disintegration of expanded polystyrene by sphaeromatid isopods
Sphaeroma via their gut bacteria
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珊瑚礁退化导致扬美 Kirst 海沉积有机物（SOM）含量显著低于非珊瑚礁区，总有机碳（0.54±0.57%）和总氮（0.056±0.059%）分别减少55.7%和57.3%。Bayesian 混合模型显示珊瑚礁区 SOM 主导来源为浮游植物（47.0±13.85%）和珊瑚礁有机质（38.3±22.0%），非珊瑚礁区则以浮游植物（60.7±4.9%）和陆源输入（29.8±6.4%）为主。时空异质性受沉积物粒径（粒径<63μm区 OM 堆积显著）、氧化还原状态及水文动力共同调控，其中珊瑚礁区 OM 稳定性受生物群落及粒径影响更大。
作者名单：杨波、杨斌、谢磊、康振军、卢东亮、李琴、周家迪、黄海芳、郑慧娜、肖宝华
中国自然资源部海岸盐沼生态系统与资源重点实验室/江苏海洋大学海洋生物技术重点实验室，连云港市，222005
摘要
全球珊瑚礁的退化改变了沿海沉积物中有机质（SOM）的分布模式。本研究考察了中国典型退化珊瑚礁生态系统——羊美坑海（YMKS）中表层有机质的季节性变化及其影响因素。结果表明，珊瑚礁沉积物中的总有机碳（TOC，0.54 ± 0.57%）和总氮（TN，0.056 ± 0.059%）含量显著低于非珊瑚礁区域（TOC：1.23 ± 0.23%；TN：0.131 ± 0.032%）。沉积物中的TOC水平表明YMKS中某些珊瑚礁可能已经发生了退化。贝叶斯混合模型显示，珊瑚礁区域的有机质主要来源于海洋浮游植物和珊瑚礁自身产生的有机质（分别占比47.0 ± 13.85%和38.3 ± 22.0%），而非珊瑚礁区域则主要由海洋浮游植物和陆地输入物质构成（分别占比60.7 ± 4.9%和29.8 ± 6.4%）。这些结果表明，珊瑚礁生态系统可能会减少浮游植物产生的有机质在有机质总量中的比例，同时增加珊瑚礁自身产生的有机质的比例。有机质的时空变化与有机质来源和环境因素密切相关。具体而言，珊瑚礁区域的浮游植物产生的有机质分布与沉积物颗粒大小组成密切相关，而非珊瑚礁区域的有机质变化则受到浮游植物初级生产力、沉积物颗粒大小和氧化还原条件的综合影响。
引言
沿海珊瑚礁生态系统是海洋中生物多样性最丰富、生产力最高的区域之一，不仅为众多海洋生物提供栖息地和繁殖场所，还在海岸保护、碳循环调节和应对全球气候变化方面发挥着关键作用（Woodhead等人，2019；DeVries，2022）。沉积物是这些系统中的主要有机质库，其来源的多样性和保存机制的复杂性直接影响珊瑚礁生态功能的稳定性和碳封存潜力的可持续性（Alldredge等人，2013；Brandl等人，2019；Shi等人，2021）。因此，沉积物中的有机质（SOM）含量常被用作评估珊瑚礁生态系统健康状况的生物地球化学指标，因为它反映了有机质输入与异养生物消耗之间的动态平衡。近年来，在人类活动加剧（如陆地污染、海岸开发）和气候变化（如海洋酸化、温度异常）的双重压力下，近岸珊瑚礁区域的有机质输入途径、生物地球化学过程和长期保存效率正在发生系统性变化。这些变化对珊瑚礁生态系统的健康和碳循环动态构成了严重威胁（Fey等人，2020；Hill和Hoogenboom，2022；Mejias-Rivera等人，2023；Ahmad等人，2024）。
珊瑚礁生态系统中的有机质分布具有高度异质性，其来源大致可分为自生生产和外来输入两类。自生有机质主要包括浮游生物残骸、藻类碎屑（如大型藻类、珊瑚藻）、共生虫黄藻的光合产物以及珊瑚礁黏液（Wild等人，2004；Mayer和Wild，2010；Wright等人，2019；Bahadori等人，2023）。外来有机质包括来自陆地径流的植物残骸、土壤有机质、人类活动排放的污水以及大气沉降的有机颗粒（Wild等人，2004；Mayer和Wild，2010；Wright等人，2019；Bahadori等人，2023）。在沿海水域，陆地有机质的输入通过河流输送、流域侵蚀和城市化作用得到显著增强，这些输入物质具有不同的生物可利用性，从而显著增加了沿海珊瑚礁区域有机质的复杂性（Letourneur等人，2013；Briand等人，2015）。不同来源的有机质的生物地球化学过程存在显著差异：自生有机质富含脂类和碳水化合物等易分解成分，通过沉积物中的微生物活动迅速矿化（Naumann等人，2009，2010，2012）；而陆地来源的难分解化合物（如木质素和纤维素）可能在缺氧的沉积环境中长期存在（Letourneur等人，2013；Briand等人，2015）。此外，水动力作用（如波浪和潮汐）通过沉积物颗粒大小的分选调节有机质的空间分布（Yang等人，2023c，2025）。细颗粒沉积物（<63 μm）由于具有较大的比表面积和吸附能力而积累更多的有机质，而粗颗粒区域则降解速率较高（Molinaroli等人，2009；Xie等人，2025；Xu等人，2020；Xu和Tsang，2024）。近岸地区强烈的陆海相互作用进一步推动了有机质传输、转化和埋藏过程的时空异质性，例如，细颗粒上的有机质更倾向于在能量较低的区域得到保存。有机质的降解和稳定过程受到微生物活动、氧化还原条件和沉积速率的共同调控（Dan等人，2021；Liu等人，2024；Song等人，2023；Xie等人，2025）。
此外，珊瑚礁的健康状况显著影响有机质的保存（Gao等人，2024）。在全球变暖的背景下，频繁的珊瑚礁白化事件减少了自生有机质的产生，而陆地输入的增加改变了沉积物组成和降解特性，最终削弱了珊瑚礁的碳封存能力和营养结构（Yamamoto等人，2001；Page等人，2016；Zhou等人，2017；Gao等人，2024）。过去三十年中，沿海珊瑚礁生态系统面临着人为压力（如陆地营养物质和有机污染物的增加）和气候变化（如海水温度升高、海洋酸化、极端天气事件）的双重压力，这些因素加剧了珊瑚礁的白化和钙化速率的下降（Wiedenmann等人，2013；Albright，2018；Guan等人，2020；Jafarabadi等人，2021；Love等人，2025）。这些压力因素的综合作用可能会重塑沿海珊瑚礁生态系统中有机质的来源和保存机制。例如，珊瑚礁白化会减少虫黄藻产生的光合产物，从而限制自生有机质的产生（Radice等人，2021）。陆地输入的增加引入了更多难分解化合物，改变了有机质的组成和微生物群落结构（Carreira等人，2021）。此外，海洋酸化会削弱碳酸盐沉积物的胶结作用，加速有机质的再悬浮和氧化降解（Adeniran-Obey等人，2024）。因此，阐明沿海珊瑚礁生态系统中有机质的来源、保存机制和环境调控因素不仅有助于理解碳循环的基本原理，也为评估人类影响和制定生态恢复策略提供了重要基础。
羊美坑海（YMKS）位于中国南海北部，拥有广阔的珊瑚礁，对沿海有机质的循环起着关键作用。然而，这种影响的程度受到珊瑚群落和栖息生物的组成与健康状况以及当地环境条件的共同调控，导致明显的空间异质性（Chen，2019）。近年来，热应力和浑浊度的增加导致该地区珊瑚礁严重退化（Sun等人，2023；Yang等人，2024），这可能改变了有机质的来源和保存途径。为了填补这一知识空白，我们对YMKS中的有机质进行了多季节性的生物地球化学研究。本研究的主要目标是：（1）描述有机质来源和分布模式的季节性变化；（2）确定影响有机质动态的主要因素。这些发现将为珊瑚礁生态系统的可持续管理和蓝色碳封存策略的优化提供理论基础。
研究区域
羊美坑海位于大亚湾的西南入口处（图1），周围环绕着低矮的沿海山脉，水深在5至15米之间。该地区具有亚热带季风气候，年平均水温为22°C，年降水量约为2000毫米，主要集中在5月至9月（Chen等人，2013）。潮汐模式为不规则的半日周期，潮差适中。值得注意的是，该区域……
海水环境因素
研究期间，YMKS的海水温度和盐度范围分别为18.70至34.50°C和28.83至33.76（图S1a–b）。夏季表层海水温度最高，同时盐度最低。秋季和冬季，这两个参数没有明显的空间分布规律。夏季，海水温度从西向东逐渐升高，而盐度则表现出明显的离岸梯度（图S2a–l）。
有机质的特征及其环境指示意义
YMKS珊瑚礁区域的有机质平均含量（TOC，0.54 ± 0.57%）和总氮（TN，0.056 ± 0.059%）显著低于非珊瑚礁区域（p < 0.05），非珊瑚礁区域的相应含量分别为1.23 ± 0.23%和0.131 ± 0.032%（图3a–b）。这种差异主要是由于珊瑚礁沉积环境的特殊性，该环境以钙质和沙质基底为主（主要由珊瑚碎片、软体动物壳、有孔虫壳体和钙质红藻组成）。
结论
本研究系统地揭示了中国典型退化亚热带珊瑚礁生态系统中有机质动态及其环境影响因素。结果表明，珊瑚礁沉积物中的总有机碳（TOC，0.54 ± 0.57%）和总氮（TN，0.056 ± 0.059%）含量显著低于非珊瑚礁区域（TOC：1.23 ± 0.23%；TN：0.131 ± 0.032%）。沉积物中的TOC含量在一定程度上可以反映珊瑚礁生态系统的退化状态，尽管其应用仍需进一步研究。
作者贡献声明
- 杨波：撰写初稿、方法学设计、资金申请、概念框架
- 杨斌：撰写、审稿与编辑、方法学设计、资金申请、概念框架
- 谢磊：撰写、审稿与编辑、资金申请
- 康振军：撰写、审稿与编辑
- 卢东亮：撰写、审稿与编辑
- 李琴：撰写、审稿与编辑、数据分析
- 周家迪：撰写、审稿与编辑
- 黄海芳：撰写、审稿与编辑
- 郑慧娜：撰写、审稿与编辑
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了以下机构的支持：
- 中国国家自然科学基金（项目编号：42406039、42166002）
- 江苏省自然科学基金（项目编号：BK20241962）
- 广东省基础与应用基础研究基金（项目编号：2023A1515012204）
- 深圳市可持续发展项目（项目编号：KCXFZ20211020165547011）
- 深圳市基础研究基金（项目编号：JCYJ20230807120402005）
- 中国国家自然科学基金Shiptime共享项目（项目编号：42349911）
