热带红树林湿地中牡蛎壳礁上大型动物群落的初始定居与演替过程

时间:2026年3月28日
来源:Marine Environmental Research

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本研究在广东湛江 mangrove 湿地部署牡蛎壳人工礁,通过12个月监测发现其显著提升宏观生物多样性(物种丰富度提高48%,生物量增加),群落结构呈现从蟹类主导的先锋阶段向多样化演替的趋势,物种更替是主要驱动因素,但牡蛎定殖数量较低。

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饶一勇|李丹毅|杨一龙|齐展辉|李俊伟|刘华雪|张书飞|黄洪辉
中国水产科学院南海渔业研究所,广州 510300,中国

摘要

了解恢复后的牡蛎礁早期群落组装情况对于预测生态系统恢复和指导适应性管理至关重要,然而在热带红树林环境中,此类知识仍然有限。为填补这一空白,我们在中国湛江的一个红树林湿地进行了为期12个月的野外研究,探讨了新部署的牡蛎壳礁(OSB)中大型动物群落的初始定殖和演替动态。OSB支持了48种独特物种,其物种丰富度、丰度和生物量显著高于相邻的泥滩(MF),这凸显了它在提供栖息地、避难所和觅食机会方面的作用。不同生境和月份之间的群落结构存在显著差异,OSB群落从以螃蟹为主的先锋阶段逐渐发展为包含牡蛎礁相关和红树林相关物种的更多样化群落。β多样性分析表明,物种更替(平衡变异)是该系统中群落结构的主要驱动力,尽管在早期定殖过程中随机因素也起到了重要作用。虽然观察到了牡蛎的定居现象,但在12个月的研究期间种群丰度一直较低。总体而言,我们的研究结果表明,牡蛎壳礁能够显著提高大型动物群的多样性,并快速促进与礁相关的动物群的发展。

引言

牡蛎礁是由牡蛎物种持续附着、聚集和积累形成的生物结构(Fitzsimons等人,2019年)。除了为人类提供可食用牡蛎外,它们还提供了关键的生态系统服务,如栖息地提供(Chowdhury等人,2020年;De Santiago等人,2019年)、海岸线稳定(Chowdhury等人,2019年;Piazza等人,2005年)、水过滤(Ayvazian等人,2021年;Kellogg等人,2014年)和碳封存(Chen等人,2025年;Fodrie等人,2017年)。尽管有这些益处,但由于过度捕捞、沉积物堆积、污染和疾病,全球超过85%的牡蛎礁已经退化(Beck等人,2011年)。因此,全球范围内越来越重视保护和恢复工作(Hemraj等人,2022年)。
通常,恢复地点受到“招募限制”、“基质限制”或两者兼有的限制(Brumbaugh和Coen,2009年)。常用的基质包括混凝土、石灰石、非钙质石材、牡蛎壳、人工礁和瓷器(Goelz等人,2020年)。其中,牡蛎壳材料已被证明能促进更高的牡蛎定居率和幼体存活率(Hemraj等人,2022年;Reeves等人,2020年)。然而,由于供应有限,全球不到1%的恢复项目使用牡蛎壳作为基质(Goelz等人,2020年)。相比之下,作为世界上最大的牡蛎生产国,中国每年产量超过6000万吨(农业农村部渔业局,2024年),据此估算有5000万吨的牡蛎壳被挖出。这种副产品常被归类为固体废物,并导致环境污染(Li等人,2024年)。因此,基于上述考虑,使用牡蛎壳作为牡蛎礁恢复的基质可能带来多重生态和环境效益。
礁的生态价值与其相关生物群的发展密切相关。在这些群落中,大型动物常被用作评估自然或恢复牡蛎礁状况和恢复情况的生态指标(Hadley等人,2010年;Quan等人,2020年)。牡蛎礁在促进大型动物群落发展中的关键作用已有充分记录(Chowdhury等人,2020年;Hadley等人,2010年;Karp等人,2018年;McLeod等人,2019年;Quan等人,2013年)。然而,在新礁或恢复礁建立后,这些群落的组装并非瞬间完成,而是通过生态演替过程实现的。初始定殖阶段尤为重要,因为它为后续群落发展和最终生态系统功能的恢复奠定了基础(Underwood和Chapman,2006年)。因此,了解这一早期演替的模式和驱动因素对于指导适应性管理、评估恢复工作的效果以及预测功能恢复的时间线至关重要(Hemraj等人,2022年;Underwood和Chapman,2006年)。
从地理上看,大约73%的已记录的恢复工作集中在北美洲东海岸(Hemraj等人,2022年),而中国的相关举措仍明显不足。目前关于牡蛎礁恢复后大型动物群定殖的知识主要来自温带和亚热带地区的研究,监测持续时间从几个月到几年不等(Callaway,2018年;De Santiago等人,2019年;Jud和Layman,2020年;Quan等人,2013年;Searles等人,2022年)。相比之下,在热带生态系统中的研究,特别是在复杂红树林湿地环境中的研究仍然有限。自然牡蛎礁通常与红树林共存于河口环境中。这些生境之间存在积极的相互作用:红树林的根系为牡蛎提供了额外的宝贵基质(Aquino-Thomas和Proffitt,2014年;Chacin等人,2025年),而牡蛎礁则保护红树林免受波浪侵蚀(Chowdhury等人,2019年)。因此,在红树林湿地中恢复牡蛎礁有可能带来协同的生态效益,但这些成果很少被评估。
为了解决这些不足,我们在中国的热带红树林湿地进行了一项为期12个月的野外研究,其中部署了一个新建造的牡蛎壳礁。我们监测了与该礁相关的大型动物群落的定殖和时空动态,并将其与相邻泥滩生境中的群落进行了比较。我们的目标是:(1)通过比较牡蛎壳礁与相邻泥滩的大型动物丰度、生物量、多样性和群落结构来评估其栖息地价值;(2)描述礁中大型动物群落的初始定殖和演替情况;(3)阐明驱动生物多样性模式的潜在因素。这些发现将为未来类似热带红树林环境中的牡蛎礁恢复工作提供实用见解。

研究区域和牡蛎壳礁的建造

本研究在中国湛江的雷高河口(110°12′12.58″ E,20°50′51.42″ N)的红树林湿地进行。雷高河全长32公里,年径流量为6200万立方米。该研究区域属于热带季风气候,气温范围为4.5°C至37.5°C,年平均降雨量为1313毫米。潮汐制度为不规则的半日潮,最大潮差为3.89米。在研究期间,海水温度有所变化

沉积物特征

不同生境中沉积物特性的时间变化见图2和表S2。硫化物含量在不同生境间存在显著差异(F = 6.83,P < 0.001),UOSB中的硫化物含量始终高于MF。硫化物(F = 71.50,P < 0.001)、总有机碳(TOC)(F = 14.05,P < 0.001)、粘度(Mz)(F = 9.97,P < 0.001)和粒径分布(σi)(F = 7.44,P < 0.001)也显示出显著的时间差异。在最后一次采样期间(2025年5月),硫化物和TOC浓度略有增加

牡蛎壳礁的栖息地价值

牡蛎礁提供的栖息地和生物多样性的增强是其最重要的生态系统服务之一(Smith等人,2022年)。我们的研究在OSB中记录了91种大型动物,占总记录物种的74.0%,远高于MF的63种和UOSB的37种。这些生境支持了明显不同的群落,其中48种物种仅存在于OSB中,这凸显了礁在提供

结论

本研究全面评估了热带红树林湿地中牡蛎壳礁内大型动物群的定殖和演替情况。在部署后的12个月内,OSB支持了比MF和UOSB更多样化和更丰富的大型动物群落,容纳了48种独特物种,并促进了多种牡蛎物种的定居。恢复后的礁显示出明显的演替轨迹,最初以移动性、栖息于裂缝中的螃蟹作为先锋定殖者开始

作者贡献声明

黄洪辉:监督、项目管理和资金获取。张书飞:调查。刘华雪:监督。李丹毅:写作——审稿与编辑、概念构思。饶一勇:写作——初稿撰写、可视化、验证、资金获取、正式分析、数据管理、概念构思。李俊伟:调查、概念构思。齐展辉:方法学、概念构思。杨一龙:写作——审稿与编辑、调查

利益冲突声明

作者声明他们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

本研究得到了国家自然科学基金(编号:42206119)、南海渔业研究所中央公益性科研机构基础研究基金(编号:2024RC08)、广州市科技项目(2023A04J1982)、CAFS中央公益性科研机构基础研究基金(编号:2023TD15)以及广东省自然资源事务专项基金(2023-199001)的支持。我们衷心感谢蔡立哲教授的支持

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