中科院南海所学者提出“珊瑚礁生态泵”概念——珊瑚礁生态系统关键过程研究新进展

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近日，中国科学院南海海洋研究所“陈清潮逐梦深蓝突击队”谭烨辉研究员团队归纳总结了珊瑚礁生态系统聚集吸收外部营养、保持并循环利用内部营养、高效输出有机碳的生态功能，提出“珊瑚礁生态泵”（Coral reef ecological pump）概念；指出就像水支持沙漠中的绿洲一样，贫瘠热带海洋中的珊瑚礁生态系统具有多途径补给和高效循环营养物质的功能，以及可观的有机质输入与输出。
7 P2 C  t3 g3 L" m色彩斑斓的珊瑚礁生态系统常常吸引公众的目光。然而，珊瑚礁的“繁荣”往往与周围水体的极度“贫瘠”形成鲜明的对比，被誉为“海洋沙漠中的绿洲”，这让科学家们着迷不已。1832年至1836年达尔文搭乘“贝格尔”号环球考察，惊叹于此，提出了著名的“达尔文悖论”：为什么欣欣向荣的珊瑚礁能够在“贫瘠”的热带海洋中繁荣昌盛？为揭示其中谜团，全球科学家从不同角度进行了大量研究。
自上个世纪60年代初开始，中国科学院南海海洋研究所老一辈科学家对南海北部沿岸至西、中沙群岛的珊瑚种类，珊瑚礁生物群落、生态系统结构及珊瑚礁的形成演化与环境记录等开展了系统研究，积累了大量资料和成果。80年代拓展至南沙群岛综合科学考察研究，发现了珊瑚礁水体高基础生产的现象，这同步甚至早于世界同行公开发表的同类发现。事实上，水体高生产力与通常所认识的珊瑚礁高生产力不同。后者一般指底栖生物群落所支持的高生产力，而前者则主要由浮游植物贡献。水体是珊瑚礁生态系统与外部环境交换物质和能量的主要媒介，但一直以来并未获得足够的重视。
从发现珊瑚礁水体高生产力现象开始，南海海洋所的科学家就一直在研究思索这一现象背后所蕴含的作用机制。黄良民研究员在进行南沙群岛生物生产力研究中，发现珊瑚礁生态系统具有高效利用营养盐和高光合效率特征，从而提出了“珊瑚礁高效营养生态泵”概念；2001年又明确提出结合珊瑚礁生态系统营养循环规律与生物生产过程，深入开展高效营养生态泵机制研究的具体内容和路径，以期获取充足的实测数据资料，支持对高效营养生态泵机制的理论详释。在延续南海海洋所以往研究的基础上，研究团队从珊瑚礁水体的高生产力机制不断拓展，从生态系统层面审视珊瑚礁生态系统能量和物质的收支过程；多年来不断总结有关外部营养和有机质输入以及珊瑚礁及其周边水体高生产力的最新研究成果，在“珊瑚礁高效营养生态泵”的基础上，提出了“珊瑚礁生态泵”的概念。
5 Z+ S0 Q( Q* e7 ?/ c' D0 t9 I新概念阐释了外部营养和有机质可通过多种途径输入聚集到珊瑚礁生态系统，珊瑚礁生态系统高效保持和循环利用营养物质，除了支持本地底栖生物群落高生产力外，还可以辐射支持周围水体浮游生物群落形成较高的生产力和生物量，使之成为有机碳向深海输出的潜在热点区域。本研究还重点阐释了有机质输入对珊瑚礁生态系统碳收支平衡和高效碳输出功能的重要性，为解答“达尔文悖论”提供了有力证据。
珊瑚礁生态泵概念为认识珊瑚礁生态系统功能及其维持机制提供了新的理论框架。研究团队提出了有关珊瑚礁生态泵研究的未来优先方向，指出珊瑚礁及其周围海域组成相互联系的景观，应从景观水平探讨评估珊瑚礁系统碳输出能力及其碳源/汇角色，为进一步深入研究珊瑚礁生态系统在变化海洋中的稳定维持机制、生态服务功能及其在海洋碳循环中的作用提供重要科学依据。
. r; L" a0 L* s, d相关研究成果于2023年6月26日在线发表，将以封面论文形式在《海洋学报（英文版）》第42卷第6期上出版。谭烨辉研究员和黄良民研究员为通讯作者。相关研究工作得到了国家自然科学基金项目、国家科技基础专项项目、中国科学院南海海洋研究所自主部署项目等的资助。
相关论文信息：Zhou Linbin, Tan Yehui, Huang Liangmin. 2023. Coral reef ecological pump for gathering and retaining nutrients and exporting carbon: a review and perspectives. Acta Oceanologica Sinica, 42(6): 1–15, doi: 10.1007/s13131-022-2130-1
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8 E/ J) g1 u! ^珊瑚礁生态泵聚集保持营养、输出碳示意图

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信息来源：中科院南海所。