基于有孔蟲指數(shù)評(píng)估西沙群島羚羊礁過去2600年的生態(tài)環(huán)境狀況

梁日升，余克服

（廣西大學(xué) a.廣西南海珊瑚礁研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.海洋學(xué)院；c.中國珊瑚礁研究中心，南寧 530004）

Hallock等（2003a）于2003年基于珊瑚礁區(qū)不同類型底棲有孔蟲對(duì)生態(tài)環(huán)境的指示意義提出了一種可評(píng)估珊瑚礁區(qū)生態(tài)環(huán)境狀態(tài)的FORAM 模型，該模型的核心是有孔蟲指數(shù)（Foram Index, FI）。FI是利用珊瑚礁區(qū)沉積物中不同類型的底棲有孔蟲組合對(duì)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估的生物指標(biāo)，通過FI的高低可以評(píng)估珊瑚礁區(qū)海水環(huán)境狀況是否適合珊瑚礁生長(zhǎng)發(fā)育及在某些急性事件后珊瑚的恢復(fù)潛力。FI將珊瑚礁區(qū)底棲有孔蟲分為3個(gè)種不同的功能群，分別為藻類共生種、非自養(yǎng)種和機(jī)會(huì)種（Prazeres et al., 2020）。藻類共生種通常指珊瑚礁區(qū)的大型底棲有孔蟲（Larger Benthic Foraminifera, LBF）（Hallock, 2003b）。LBF 和珊瑚一樣具有相似的光合共生體，與其他藻類共生，營養(yǎng)獲取方式包括自養(yǎng)和異養(yǎng)，通常生活在營養(yǎng)和沉積物輸入低、溫度和鹽度變化范圍窄的環(huán)境中，與珊瑚生長(zhǎng)所需的水質(zhì)條件相似（Brown, 1997; Moberg et al., 1999; Hallock, 2003a, 2003b; Prazeres et al.,2018）。在以非常清澈、營養(yǎng)貧乏的海域?yàn)樘卣鞯慕】瞪汉鹘干鷳B(tài)環(huán)境中，LBF在沉積物中占據(jù)主要比例，因此其FI值通常較高。常見的LBF包括馬刀蟲屬（Peneroplis）、雙丘蟲屬（Amphisorus）、馬刺蟲屬（Calcarinidae）、異蓋蟲屬（Heterostegina）、雙蓋蟲屬（Amphistegina）、小丘蟲屬（Soritidae）等（Hallock et al., 2003a; Prazeres et al., 2020）。非自養(yǎng)種有孔蟲為較小的草食性和碎食性有孔蟲類群，通常不存在共生藻，生長(zhǎng)速度較快，生活在營養(yǎng)、光照和氧氣含量充足的海域，其營養(yǎng)方式主要為異養(yǎng)型，當(dāng)營養(yǎng)、食物等充分時(shí)而勃發(fā)，導(dǎo)致FI降低（Hallock et al., 1986; Prazeres et al., 2020）。非自養(yǎng)種主要包括玫瑰蟲屬（Rosalina）、抱環(huán)蟲屬（Spiroloculina）、五玦蟲屬（Quinqueloculina）、玦心蟲屬（Massilina）、三玦蟲屬（Triloculina）、多玦 蟲 屬（Schlumbergerina） 等（Hallock et al.,2003a; Prazeres et al., 2020）。機(jī)會(huì)種有孔蟲指可以耐受高渾濁度、高營養(yǎng)和缺氧水體的有孔蟲種屬，在大多數(shù)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)中占比較少只有在富含有機(jī)物和缺氧的環(huán)境中，機(jī)會(huì)種有孔蟲才會(huì)大量生長(zhǎng)，而這樣的環(huán)境中幾乎沒有任何石珊瑚和LBF（Carnahan et al., 2009; Martínez-Colón et al., 2018），因此FI值通常很低。機(jī)會(huì)種有孔蟲主要包括希望蟲屬（Elphidium）、小九字屬蟲（Nonionella）、轉(zhuǎn)輪蟲屬（Ammonia）、箭頭蟲屬（Bolivina）等（Hallock et al., 2003a; Prazeres et al., 2020）。FI有1～10的范圍，其中FI＜2 表示海域水質(zhì)條件已不適合珊瑚生長(zhǎng)；2＜FI＜4表示海域水質(zhì)條件是珊瑚生長(zhǎng)的邊緣條件環(huán)境；FI＞4 表明海域環(huán)境適合珊瑚生長(zhǎng)和恢復(fù)（Hallock et al., 2003a）。

珊瑚礁區(qū)底棲有孔蟲具有個(gè)體小、數(shù)量多、壽命短等特點(diǎn)（Cockey et al., 1996），因此FI 的獲取相對(duì)簡(jiǎn)單，且具有代表性。自FI指數(shù)提出以來，已被較多地應(yīng)用于全球珊瑚礁區(qū)研究。在珊瑚礁生態(tài)健康評(píng)估方面，Oliveira-Silva 等（2012）對(duì)巴西東部巴伊亞州近海珊瑚礁區(qū)的研究表明，F(xiàn)I與活珊瑚覆蓋度有較好的相關(guān)性，在珊瑚礁保護(hù)區(qū)內(nèi)FI 較高、珊瑚礁健康狀況較好；Pisapia等（2017）對(duì)馬爾代夫中部環(huán)礁的研究表明，無人島海域的FI值比居住島和旅游島的高，珊瑚更健康；Chen 等（2017）利用FI 對(duì)東沙群島珊瑚礁生態(tài)進(jìn)行評(píng)估，認(rèn)為目前東沙群島珊瑚礁尚未從1998年白化事件中恢復(fù)，珊瑚健康情況較差，F(xiàn)I 為2.9。在珊瑚礁區(qū)海域營養(yǎng)狀況的評(píng)估方面，A'Ziz 等（2021）對(duì)南海南部刁曼島珊瑚礁的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)I值與良好的海域環(huán)境條件呈正相關(guān)，而與有機(jī)質(zhì)富集的環(huán)境呈負(fù)相關(guān)；Fabricius等（2012）對(duì)大堡礁近岸珊瑚礁的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)I 與葉綠素濃度等營養(yǎng)指標(biāo)呈反比關(guān)系，F(xiàn)I隨著水域營養(yǎng)物質(zhì)升高而下降。

迄今FI的應(yīng)用還基本局限在現(xiàn)代珊瑚礁區(qū)，未涉及地質(zhì)歷史時(shí)期的珊瑚礁。若FI能用于對(duì)地質(zhì)歷史時(shí)期珊瑚礁健康狀況的評(píng)估，則其意義更顯著，一方面，因?yàn)榈刭|(zhì)歷史時(shí)期的珊瑚礁（如南海各群島）很少有大面積的露頭可像現(xiàn)代珊瑚礁一樣進(jìn)行生態(tài)狀況評(píng)估；另一方面，對(duì)地質(zhì)歷史時(shí)期珊瑚礁健康狀況演化過程的了解，有利于理解珊瑚礁發(fā)育與氣候的關(guān)系，以及進(jìn)一步評(píng)估全球氣候變暖背景下現(xiàn)代珊瑚礁的演化趨勢(shì)。在對(duì)歷史時(shí)期珊瑚礁的研究中，近年來南海及世界各珊瑚礁區(qū)開展了一系列的深鉆。如西沙群島琛航島的琛科2井，珊瑚礁巖厚873.55 m，覆蓋的歷史為19.6 Ma（Fan et al.,2019），在對(duì)深鉆小樣品量巖芯的研究中，有孔蟲以其個(gè)體小、數(shù)量多、代表性好等特點(diǎn)有其獨(dú)特的研究?jī)?yōu)勢(shì)，但尚未有學(xué)者利用有孔蟲開展歷史時(shí)期FI變化的相關(guān)研究。因此，本文以從西沙群島羚羊礁的潟湖中鉆取的LYJ2巖芯為材料（全長(zhǎng)287 cm，對(duì)應(yīng)的底部年代為2665 a BP），探索FI對(duì)歷史時(shí)期珊瑚礁生態(tài)狀況的指示意義，以期了解歷史時(shí)期西沙群島羚羊礁珊瑚的健康狀況變化以及FI對(duì)氣候變化的響應(yīng)。

1 材料與方法

1.1 樣品和研究區(qū)域

采 用 的 巖 芯（LYJ2，16°27′59.32″N、111°36′09.62″E）是2013年從羚羊礁封閉潟湖中采集所得，具體采集位置見（圖1），巖芯取自羚羊礁的內(nèi)礁坪區(qū)域（相對(duì)海平面以下150 cm），總長(zhǎng)287 cm，采集過程中沒有任何損失。LYJ2 底部年代約為2 665 a BP，其年代框架構(gòu)建參閱文獻(xiàn)（Yue et al.,2019），14C 測(cè)年所用材料為沉積物中的有孔蟲（Calcarina sp.），LYJ2年代信息見表1所示。

圖1 研究區(qū)域及LYJ2巖芯取樣地點(diǎn)Fig.1 Location of the study area and LYJ2 core sampling site

羚羊礁（16°28′N、111°35′E）位于中國南海西沙群島內(nèi)的永樂環(huán)礁西南處（見圖1），是一個(gè)橢圓形礁體，東西寬度約為4 km，南北長(zhǎng)約12 km，內(nèi)部有長(zhǎng)約5 km，寬約3 km 的封閉潟湖。根據(jù)西沙氣象站1951―2001年的儀器數(shù)據(jù)記錄，該區(qū)域年均溫為26.6℃，海面溫度較高，約為27.5℃。

1.2 有孔蟲指數(shù)（FI）計(jì)算

以LYJ2 巖芯為材料，根據(jù)LYJ2 的年代信息，每隔0.5 cm采集用于有孔蟲分析的沉積物樣品，共計(jì)493份。所有樣品先在48℃烘箱干燥48 h，然后將干燥的樣品手動(dòng)過2和0.064 mm篩網(wǎng)，以去除泥沙以及破碎有孔蟲，將每份樣品裝袋保存，以進(jìn)行后續(xù)的有孔蟲鑒定。將樣品放置在挑選器皿中，利用顯微鏡和細(xì)筆刷對(duì)每份樣品進(jìn)行有孔蟲的鑒定和計(jì)數(shù)［3種功能群有孔蟲常見代表種屬見圖2。有孔蟲的鑒定參照鄭守儀等（1979）和秦國權(quán)（1987）所記錄的西沙群島現(xiàn)代有孔蟲組合描述，根據(jù)FI的計(jì)算，每份樣品需統(tǒng)計(jì)150～200 枚有孔蟲（Prazeres et al., 2020）]。不同底棲有孔蟲被歸類為3 種不同功能群體（藻類共生種、非自養(yǎng)種、機(jī)會(huì)種），在珊瑚礁區(qū)中，藻類共生種（LBF）數(shù)量較多，而非自養(yǎng)種和機(jī)會(huì)種數(shù)量和屬種較少，因此在對(duì)樣品有孔蟲進(jìn)行鑒別和統(tǒng)計(jì)時(shí)，以非自養(yǎng)種和機(jī)會(huì)種為主要鑒定對(duì)象確定數(shù)量，剩余底棲有孔蟲根據(jù)其形態(tài)歸類為L(zhǎng)BF。FI 計(jì)算公式為（Hallock et al.,2003a）：

圖2 三種功能群常見代表種屬（Prazeres et al., 2020）Fig.2 Common representative species of three functional groups

式中：Ps=Ns/T；Ph=Nh/T；Po=No/T。T表示樣品中被篩選出來的底棲有孔蟲總數(shù)，Ns表示藻類共生種的有孔蟲數(shù)量；Nh表示其他殼體小、生長(zhǎng)快的非自養(yǎng)小有孔蟲數(shù)量；No表示耐受高渾濁度、高營養(yǎng)和缺氧水體的機(jī)會(huì)種有孔蟲數(shù)量；Ps表示藻類共生種在樣品中的占比；Ph表示非自養(yǎng)種在樣品中的占比；Po表示機(jī)會(huì)種在樣品中的占比。FI范圍為1～10，其值伴隨海域營養(yǎng)條件升高而出現(xiàn)降低（Pisapia et al., 2017）。當(dāng)FI＞4 時(shí)，藻類共生種有孔蟲占據(jù)沉積物主要成分，表示該海域環(huán)境條件適合珊瑚生長(zhǎng)；當(dāng)2＜FI＜4時(shí)，表示該海域環(huán)境條件處于珊瑚生長(zhǎng)的邊緣環(huán)境；當(dāng)FI＜2 時(shí)，適應(yīng)高營養(yǎng)和缺氧水體的機(jī)會(huì)種有孔蟲占據(jù)主要成分，表示該海域環(huán)境條件不適合珊瑚的生長(zhǎng)（Hallock et al., 2003a）。

2 結(jié)果分析

本文共獲得493個(gè)FI值，結(jié)合表1的LYJ2年代控制點(diǎn)，通過內(nèi)插的方法獲得FI 的年代序列（圖3），時(shí)間間隔為16 a。結(jié)果顯示，羚羊礁海域FI值在4.1～7.9 范圍波動(dòng)，均值為5.9，最高值在572 a BP出現(xiàn)，為7.9，最低值為4.1，出現(xiàn)2次，在52和18 a BP。

圖3 三種功能群底棲有孔蟲時(shí)間序列（a）和LYJ2巖芯FI時(shí)間序列及SRSD處理結(jié)果（b）Fig.3 Time series of three functional groups(a) and LYJ2 core FI time series and SRSD results (b)

用序列狀態(tài)轉(zhuǎn)換檢測(cè)方法（Sequential Regime Shift Detection, SRSD）分析FI 在過去2600 年期間的變化幅度和趨勢(shì)（Rodionov, 2004）。SRSD 是用于對(duì)時(shí)間序列的年代際變化處理的一種算法，基于數(shù)據(jù)的平均值以及加權(quán)數(shù)據(jù)等對(duì)時(shí)間序列的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析。SRSD 方法是在Excel 中使用軟件包Registy shift test-v6.2.xlsm①軟件包見https:/sites.google.com/site/climatelogic/。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

結(jié)果表明（見圖3），F(xiàn)I在2665 a 期間表現(xiàn)出2個(gè)顯著特征：1）波動(dòng)性。整體上FI 變化表現(xiàn)為不同時(shí)期的先波動(dòng)下降后波動(dòng)上升趨勢(shì)。可分為3個(gè)明顯的上升期：2380―1628、1212―572、252―92 a BP，3個(gè)明顯的快速下降期：1628―1212、572―252、92 a BP，1個(gè)小幅下降期：2665―2380 a BP；2）周期性。FI 在長(zhǎng)期變化趨勢(shì)上疊加了不同尺度的年代際波動(dòng)（圖4），變化呈現(xiàn)不穩(wěn)定性，存在較為明顯的66.7、54.4 a等變化周期。

圖4 過去2600年FI的顯著周期Fig.4 Significant cycle of FI for over the past 2600 years

3 討論

3.1 過去2600年羚羊礁珊瑚礁總體處于健康狀況

過去2600 年期間羚羊礁海域FI 在4.1～7.9 范圍波動(dòng)，平均值為5.9。依據(jù)FI 對(duì)生態(tài)狀況的指示意義（Prazeres et al., 2020），當(dāng)FI＞4時(shí)，表明海域環(huán)境適合珊瑚等藻類共生生物的生長(zhǎng)發(fā)育，該海域珊瑚處于良好的健康狀態(tài)。該觀點(diǎn)在全球許多珊瑚礁區(qū)也得到印證，如加勒比海區(qū)（Velásquez et al.,2011）、巴西巴伊亞州（Oliveira-Silva et al., 2012）、馬爾代夫阿里環(huán)礁（Pisapia et al., 2017）、南海東沙群島（Chen et al., 2017）、南海南部刁曼島（A'Ziz et al., 2021）等。據(jù)此，本文推測(cè)過去2600 年羚羊礁珊瑚礁總體處于健康狀況。

珊瑚在生長(zhǎng)發(fā)育的過程中通常需要較為苛刻的環(huán)境條件，主要受到溫度、光照、鹽度、渾濁度等自然因素的調(diào)控（余克服，2018）。羚羊礁位于西沙群島西部，遠(yuǎn)離大陸，沒有陸地徑流等因素的影響，且除近代以來，羚羊礁珊瑚生態(tài)系統(tǒng)基本沒有受到人類活動(dòng)的影響。因此，海溫是影響過去2600年羚羊礁珊瑚礁生態(tài)健康的主要因素。造礁珊瑚最適宜在年均海溫25～28℃的海域內(nèi)生長(zhǎng)，溫度的異常升高或降低都會(huì)對(duì)珊瑚礁的生態(tài)健康造成破壞。近年來，部分學(xué)者在西沙群島開展了一些列利用古珊瑚化石重建海溫的研究，如陶士臣等（2021）利用西沙群島濱珊瑚生長(zhǎng)率，重建得出西沙海域近500 年的海溫變化范圍為26.13～28.43℃；黃博津（2013a）和張會(huì)領(lǐng)（2014）等重建的西沙海域晚全新世不同時(shí)期的海溫結(jié)果在26.5～27.27℃波動(dòng)，其均在珊瑚生長(zhǎng)的適宜范圍；Jiang等（2021）利用西沙群島的3 個(gè)化石珊瑚重建的羅馬暖期期間（2070－1740 a BP）西沙海域年平均海溫變化未超過珊瑚生長(zhǎng)適宜的海溫閾值。綜上所述，過去2600年西沙群島海域海溫均在適合珊瑚生長(zhǎng)發(fā)育的范圍內(nèi)波動(dòng)，表明過去2600年西沙群島羚羊礁珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)基本保持健康，與FI所揭示的結(jié)論相符。

3.2 FI與海溫變化之間具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系

晚全新世是距離現(xiàn)代最為接近的一個(gè)地質(zhì)年代時(shí)期（Wanner et al., 2008），過去2600年大致存在5個(gè)特征氣候時(shí)段，分別為：羅馬暖期（-300－300 AD）、黑暗時(shí)代冷期（300－800 AD）、中世紀(jì)暖期（900－1400 AD）、小冰期（1500－1850 AD）和20世紀(jì)異常暖期（黃博津 等，2013b）。為探討FI 對(duì)海溫變化的響應(yīng)，將重建的2600 年FI 與已有研究構(gòu)建的西太平洋SST、石筍重建的氣溫等溫度序列（圖5）進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在冷期時(shí)段，F(xiàn)I相較之前有所下降，暖期時(shí)段上升，據(jù)此推測(cè)海溫對(duì)FI變化產(chǎn)生影響。

圖5 FI結(jié)果和其他氣候記錄的比較Fig.5 FI results compared with other paleoclimate records

FI 的2 個(gè)明顯下降階段（1628－1212、572－252 a BP）與黑暗時(shí)代冷期、小冰期對(duì)應(yīng)。其中，黑暗時(shí)代冷期（300－800 AD），LYJ2 巖芯年代框架對(duì)應(yīng)時(shí)期約為1212－1648 a BP。根據(jù)深海沉積物有孔蟲記錄的SST，黑暗時(shí)代冷期的SST比現(xiàn)代低約0.5℃（Saenger et al., 2011）。由圖5 可知，F(xiàn)I 于黑暗時(shí)代冷期階段內(nèi)，相較之前發(fā)生小幅度下降，表明冷期時(shí)段海溫對(duì)珊瑚礁區(qū)大型底棲蟲的數(shù)量產(chǎn)生影響。與黑暗時(shí)代冷期相似的特征氣候時(shí)期為小冰期（1500－1850 AD），在LYJ2 巖芯中對(duì)應(yīng)時(shí)期約為141－457 a BP。小冰期指緊隨著中世紀(jì)暖期之后一個(gè)相對(duì)而言較冷的特征氣候時(shí)段，許多代理指標(biāo)均記錄了小冰期的低溫現(xiàn)象（Ogilvie et al., 2001;Mann et al., 2009），本文中FI 也存在明顯下降，與黑暗時(shí)代冷期記錄的下降趨勢(shì)一致。整體上，F(xiàn)I的下降時(shí)段和2個(gè)冷期相對(duì)應(yīng)，表明溫度降低對(duì)LBF的數(shù)量產(chǎn)生影響，F(xiàn)I的降低在一定程度上記錄了歷史時(shí)期的降溫事件。

FI的2個(gè)上升階段（2380－1628、1212－572 a BP）與中世紀(jì)暖期、羅馬暖期對(duì)應(yīng)。中世紀(jì)暖期指相對(duì)小冰期出現(xiàn)的一個(gè)明顯的溫暖氣候時(shí)期，羅馬暖期是羅馬帝國從建立到滅亡的一段相對(duì)溫暖時(shí)期。LYJ2中FI在2個(gè)時(shí)期出現(xiàn)明顯的升高，且持續(xù)時(shí)間與暖期相似。根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在一定溫度范圍內(nèi)，溫度升高會(huì)導(dǎo)致LBF的鈣化率和存活率增高（Fujita et al., 2014），這可能是暖期FI 較高的原因之一，不同LBF 對(duì)于溫度升高的響應(yīng)有所差異（Waters et al., 2017），這可能導(dǎo)致FI 出現(xiàn)波動(dòng)。整體上，F(xiàn)I的上升期與暖期相對(duì)應(yīng)，是對(duì)升溫事件的較好響應(yīng)。

綜上，由重建的FI 與SST 等指標(biāo)對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)I在百年尺度上與氣候變化具有一致性，F(xiàn)I的高值和低值區(qū)間與暖期和冷期大致對(duì)應(yīng)，海表溫度是影響羚羊礁的FI值主要因素之一，表現(xiàn)為海溫升高，F(xiàn)I升高，反之下降。

3.3 1628—1404 和572—252 a BP 兩個(gè)冷期FI下降因素分析

1628―1404 和572―252 a BP 的FI 表現(xiàn)出快速下降的趨勢(shì)，分別與黑暗時(shí)代冷期和小冰期對(duì)應(yīng)。依據(jù)FI的指示意義（Hallock et al., 2003a），導(dǎo)致FI下降的原因可能羚羊礁海域水體營養(yǎng)物質(zhì)增多有關(guān)，重建的歷史記錄也顯示西沙地區(qū)在冷期時(shí)，海洋生產(chǎn)力較高（Liu et al., 2002; Han et al., 2019）。據(jù)此推測(cè)，F(xiàn)I在冰期下降可能是由于冷期羚羊礁海域的營養(yǎng)物質(zhì)增加所致。

相對(duì)其他時(shí)期，黑暗時(shí)代冷期和小冰期的海溫較低，冬季風(fēng)強(qiáng)度較高。受強(qiáng)烈的冬季風(fēng)的影響，冰期表層海水溫度較低，促進(jìn)海域上下層海水混合以及營養(yǎng)物質(zhì)的交換，導(dǎo)致表層海水營養(yǎng)物質(zhì)增加（Huang et al., 1997; Liu et al., 2002）。同時(shí)，冰期較強(qiáng)的冬季風(fēng)從亞洲大陸等地?cái)y帶大量的氣溶膠粉塵到達(dá)西沙群島海域上空，氣溶膠粉塵中的營養(yǎng)元素會(huì)提高海域初級(jí)生產(chǎn)力，導(dǎo)致海域營養(yǎng)物質(zhì)增加（Liu et al., 2009），重建的歷史記錄也顯示，西沙地區(qū)在冬季風(fēng)較強(qiáng)時(shí)海洋生產(chǎn)力較高（Liu et al.,2002; Han et al., 2019）。此外，降雨的增加會(huì)加速空氣中的營養(yǎng)元素沉降到海水，導(dǎo)致海水營養(yǎng)物質(zhì)升高。根據(jù)重建的西沙2000 年南方濤動(dòng)指數(shù)（Southern Oscillation Index, SOI，赤道西太平洋和東南太平洋兩處極點(diǎn)的氣壓差）結(jié)果可知（Yan et al., 2011），小冰期和黑暗時(shí)代冷期的SOI均為正偏狀態(tài)，表明西沙群島在小冰期和黑暗時(shí)代冷期處于拉尼娜狀態(tài)，降雨量相對(duì)較多。通過與SOI 指數(shù)（圖6）對(duì)比發(fā)現(xiàn)，SOI 和FI 之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系（R=-0.52，P＜0.01），指示西沙群島在降水較多的拉尼娜時(shí)期，F(xiàn)I出現(xiàn)下降，這與已有研究發(fā)現(xiàn)的拉尼娜時(shí)期FI較低的結(jié)論（Fabricius et al., 2012; Clemens et al., 2018）相符。

圖6 近2000年LYJ2的FI與重建的SOI指數(shù)（Yan et al., 2011）比較Fig.6 Comparison between the FI of LYJ2 and the reconstructed SOI index(Yan et al., 2011) in recent 2000 years

綜上，兩個(gè)冰期FI的快速下降，表明羚羊礁海域營養(yǎng)物質(zhì)出現(xiàn)增加，這與冰期西沙群島較高的生產(chǎn)力狀況符合，F(xiàn)I下降的原因可能是由于冷期冬季風(fēng)增強(qiáng)導(dǎo)致大氣粉塵物質(zhì)增多、降雨增加、羚羊礁海域的營養(yǎng)物質(zhì)增加所致。

3.4 現(xiàn)代時(shí)期FI快速下降因素分析

基于FI 變化情況可知，過去2600 年羚羊礁珊瑚健康狀況基本保持良好，總體呈現(xiàn)健康狀態(tài)，但92a BP至今，F(xiàn)I出現(xiàn)非常明顯的下降趨勢(shì)，與上文關(guān)于海溫上升對(duì)應(yīng)FI升高的推論相矛盾。這是工業(yè)時(shí)期以來的溫度異常升高時(shí)期（20世紀(jì)異常暖期），人類活動(dòng)的影響逐年加劇（Jones et al., 2004）。目前，在全球氣候變暖，人類活動(dòng)增加的威脅下，全球大部分珊瑚礁都已發(fā)生嚴(yán)重退化（Hoegh-Guldberg, 2010）。極端的高溫導(dǎo)致全球珊瑚礁出現(xiàn)大面積的白化，南海珊瑚礁健康狀況亦出現(xiàn)較大幅度的退化，西沙群島珊瑚礁覆蓋度從原來的90%下降至不到10%（吳鐘解 等，2011；余克服，2012；Chen et al., 2019）（圖7）。溫室氣體（如CO2）排放增加（見圖5），不僅加速了氣候變暖，還導(dǎo)致海水酸化，進(jìn)而降低珊瑚鈣化速率，甚至導(dǎo)致珊瑚死亡（Anthony et al., 2008）。頻繁的人類活動(dòng)（過度捕撈、破壞性漁業(yè)、工程建設(shè)等）更是對(duì)西沙群島珊瑚礁生態(tài)環(huán)境造成較為嚴(yán)重的破壞（Zhao et al., 2012）。同時(shí)，由于南海周邊地區(qū)的人類活動(dòng)（工業(yè)和農(nóng)業(yè)）加劇，由此產(chǎn)生的氮、磷等物質(zhì)排放增加，南海的大氣養(yǎng)分增多，在季風(fēng)盛行期間，西沙海域大氣氮沉降通量變多，導(dǎo)致西沙海域營養(yǎng)物質(zhì)增加，大型藻類數(shù)量增加，進(jìn)而破壞珊瑚礁的生態(tài)健康（Duce et al., 2008; Chen et al.,2019）。此外，近年來西沙群島發(fā)生的長(zhǎng)棘海星爆發(fā)、珊瑚疾病爆發(fā)等自然因素也使西沙海域珊瑚礁生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)惡化（Tang et al.,2019；李元超 等，2019）。總之，由于人為、自然等因素，西沙群島珊瑚礁生態(tài)環(huán)境在近40 年來現(xiàn)退化，這與FI 快速下降所指示的較差的珊瑚礁生態(tài)環(huán)境一致。

圖7 南海珊瑚礁的退化（余克服，2012；Chen et al., 2019）Fig.7 Degradation of Coral Reefs in the South China Sea(Yu, 2012; Chen et al., 2019)

綜上，92 a BP 至今FI 的快速下降，表明羚羊礁珊瑚礁生態(tài)健康狀況出現(xiàn)惡化，這與近40 年來西沙群島珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的快速退化相對(duì)應(yīng)，其可能原因包括人類活動(dòng)加劇、大氣氮沉降通量增加導(dǎo)致的羚羊礁海域營養(yǎng)濃度升高等。

4 結(jié)論

本文以西沙群島羚羊礁LYJ2巖芯為材料，重建了過去2600 年以來的FI 變化序列，結(jié)合SST、特征氣候時(shí)段、SOI 等指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，得出如下主要結(jié)論：

1）過去2600 年南海西沙群島羚羊礁區(qū)海域FI 變化幅度為4.1～7.9，平均為5.9，據(jù)此推測(cè)近2600年西沙羚羊礁海域環(huán)境均適合珊瑚生長(zhǎng)，珊瑚礁總體為健康狀態(tài)。

2）FI 在百年尺度上與氣候變化具有一致性。通過FI值與海表溫度的對(duì)比分析，推測(cè)海表溫度會(huì)對(duì)FI產(chǎn)生一定影響，F(xiàn)I高值與中世紀(jì)暖期、羅馬暖期大致對(duì)應(yīng)，而低值與小冰期、黑暗時(shí)代冷期大致對(duì)應(yīng)。

3）1628―1404、572―252 a BP 兩個(gè)冰期階段FI快速下降的原因可能是由于冷期冬季風(fēng)增強(qiáng)導(dǎo)致大氣粉塵物質(zhì)增多、降雨增加、羚羊礁海域的營養(yǎng)物質(zhì)增加所致。

4）92 a BP至今FI的快速下降與近40年來西沙群島珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的快速退化相對(duì)應(yīng)，其可能原因包括人類活動(dòng)加劇、大氣氮沉降通量增加導(dǎo)致的羚羊礁海域營養(yǎng)濃度升高等。