墨西哥尤卡坦半岛南部加勒比珊瑚礁2017–2022年鹦嘴鱼丰度与生物量年际变化及其对生物侵蚀与大型藻类消耗速率的影响

《Environmental Biology of Fishes》：Interannual changes (2017–2022) in parrotfish abundance and biomass and their influence on bioerosion and macroalgae consumption rates in a Mexican Caribbean reef

　　

研究人员在墨西哥尤卡坦半岛南部的加勒比珊瑚礁系统中评估了鹦嘴鱼（亚科Scarinae）生物量与丰度的时序变化及其与环境变量的关联。基于2017–2022年雨季在礁前带开展的目视调查，研究人员分析了丰度、物种丰富度与生物量的年际变异，及其对总生物侵蚀速率（TBR）与总大型藻类消耗速率（TMCR）的影响，并利用视频样带量化底质覆盖。记录到7种鹦嘴鱼，丰度急剧下降约45%（由2017年8月的40.33 ind. 100 m?2降至2022年8月的18.33 ind. 100 m?2），总生物量损失84%（由4265.9降至681.5 g 100 m?2）。生物量降低与体长频率分布改变有关，末次采样以小尺寸类群（1–10 cm TL）为主。这一转变导致TMCR降低20倍、TBR降低5倍。两种功能速率在2017–2022年间均显著下降（PERMANOVA，p<0.05），主要由Sparisoma viride平均丰度减少驱动（SIMPER）。大型藻类覆盖平均增加12%（2017年约39%至2022年约51%），珊瑚覆盖由11%降至6%（降5%）。冗余分析（RDA）表明CO2、海温与大型藻类覆盖升高与鹦嘴鱼丰度、藻类消耗及Scarus iseri、Sparisoma rubripinne、Sparisoma viride等关键种生物侵蚀速率呈负相关。

研究背景与立项依据

全球生物多样性下降与生态系统退化背景下，过度捕捞、沉积、富营养化、病害与气候变化的叠加效应正加速珊瑚礁结构与功能受损，表现为珊瑚覆盖下降、大型藻类（macroalgae）扩张及草食功能群（herbivore guild）削弱。鹦嘴鱼（亚科Scarinae，隶属隆头鱼科Labridae）作为珊瑚礁关键草食者，兼具刮食（scraping）与挖掘（excavating）功能，其摄食不仅控制大型藻类竞争、为珊瑚补充提供裸基，还通过钙化基底啃咬参与生物侵蚀（bioerosion）与碳酸盐平衡。既有研究多关注鹦嘴鱼丰度对藻类的控制，较少将生物侵蚀速率（TBR）与大型藻类消耗速率（TMCR）耦合入年际尺度评估，且墨西哥尤卡坦半岛南部Mahahual邻近礁区缺乏2017年后连续监测。研究人员据此在《Environmental Biology of Fishes》报道该区2017–2022年鹦嘴鱼群落变化及其功能速率响应，以揭示环境胁迫下草食功能衰退如何传导至礁体发育与相变（phase shift）。

主要技术方法概述

研究人员采用固定站点重复测量设计，于中美洲屏障礁系（MBRS）Mahahual附近单点礁前（12–20 m深）每年8月布设10条30 m×2 m带形样带（n=10/年，2017–2022）。鱼群经SCUBA目视计数并估测总长（TL）归入尺寸级；个体生物量借异速生长长–重关系（B=a(TL*c)^b）推算。底质覆盖由视频样带抽帧经CPCe点算硬珊瑚覆盖（%CC）与大型藻类覆盖（%MC）。功能速率引用Ruttenberg等（2019）与Molina-Hernández和álvarez-Filip（2024）的种–尺寸特异TBR（kg CaCO₃ ind.^?1 yr^?1）与TMCR（g C ind.^?1 yr^?1）换算至单位面积。环境侧变量取NOAA ERDDAP同点8月海表温度（SST）与CO₂分压（pCO₂）。统计上以PRIMER行PERMANOVA与SIMPER、Canoco行DCA选轴后RDA、Excel Real Statistics行Mann–Kendall趋势检验。

研究结果

变异于鹦嘴鱼物种丰富度与丰度：六年共录1009尾7种，S. iseri最丰，物种数由2017年7种降至2021–2022年4种；丰度由40.33降至18.33 ind. 100 m^?2（?45%），S. iseri与S. aurofrenatum后期波动最大，S. rubripinne等末两年消失。

生物量与体长频率分布：总生物量由4265.9降至681.5 g 100 m^?2（?84%），41–50 cm与31–40 cm类群缩减，1–10 cm类群2022年占优，证实生物量崩塌源于体型小型化而非单纯丰度减半。

总大型藻类消耗速率（TMCR）：由289.94降至14.26 g C m^?2 yr^?1（约1/20），S. aurofrenatum、S. rubripinne与S. viride合计贡献逾98%历史累积TMCR，2020–2021为陡降段。

总生物侵蚀速率（TBR）：由27.53降至5.41 kg CaCO₃ m^?2 yr^?1（<20%），S. viride单种贡献92.4%，其与S. vetula合占97.3%，功能集中度极高。

功能速率年际变异：PERMANOVA显示TBR（p=0.0433）与TMCR（p=0.0001）年际组成差异显著；SIMPER指认S. viride解释68%以上组间相异度，佐证单种衰退主导功能坍塌。

底质与环境变量变化：%CC由11.26%降至6.39%，%MC由39.31%升至51.93%；SST由27.34℃升至31.36℃，pCO₂由412.69升至429.44 μatm；Mann–Kendall检出上述变量均具显著单调趋势。RDA中S. vetula与SST/pCO₂/%MC正关，S. viride、S. rubripinne、S. iseri与%CC正关而与升温酸化负关。

讨论与结论翻译

讨论指出，鹦嘴鱼物种数减半与体型小型化共同压缩功能冗余（functional redundancy），S. viride等迟熟大体型种因选择性捕捞与补充受限优先流失，致使TMCR与TBR超比例下跌；珊瑚退缩与大型藻类扩伸恰与SST、pCO₂上升同步，RDA印证环境胁迫–草食功能–底质相变闭环。研究人员强调本观测虽未直接量化捕捞努力量，但体型选择性开发是生物量倾斜的最可能人为驱动力之一。结论可译为：2017–2022年墨西哥加勒比礁前鹦嘴鱼丰度降约45%、生物量降84%，体长谱向1–10 cm偏移，引致TMCR缩减20倍、TBR缩减5倍；S. viride丰度衰减解释大部分功能组间差异；同期珊瑚覆盖减半、大型藻类覆盖跨过50%，SST与pCO₂抬升负向耦合关键种草食与侵蚀功能，表明气候因子与局地捕捞协同削弱鹦嘴鱼功能贡献，加剧礁体由珊瑚主导向藻类主导的相变风险。