千禧一代（指出生在20世纪80年代至90年代的人群） 地中海中部的波西多尼亚海藻（Posidonia oceanica）礁在不同的时间尺度上展现出截然不同的生长轨迹

《Marine Environmental Research》：Millennial Posidonia oceanica reefs reveal contrasting growth trajectories across temporal scales in the Central Mediterranean

海草礁长期沉积动力学研究显示，西西里三处礁体（Solanto>1000年，Maragani，Marsala≈600年）因水动力条件差异呈现不同积累轨迹，Marsala礁因强水动力沉积最快且变化最大，δ13C分析揭示有机质保存存在空间异质性，为海草礁生态服务和气候变化适应提供新证据。

　　

加布里埃莱·里祖托（Gabriele Rizzuto）|费德里卡·保拉·卡塞蒂（Federica Paola Cassetti）|杰拉尔迪娜·西尼亚（Geraldina Signa）|乔瓦娜·奇卢福（Giovanna Cilluffo）|克里斯蒂娜·安多利纳（Cristina Andolina）|詹卢卡·夸尔塔（Gianluca Quarta）|卢西奥·卡尔卡尼莱（Lucio Calcagnile）|萨尔瓦特里切·维齐尼（Salvatrice Vizzini）|阿戈斯蒂诺·托马塞洛（Agostino Tomasello）

意大利巴勒莫大学地球与海洋科学系

摘要

地中海海草Posidonia oceanica通过根茎、根和沉积物的垂直生长形成了千年的生物礁结构，这些结构统称为matte。研究假设，在不同水动力和沉积条件下生长的P. oceanica礁会展现出不同的长期堆积轨迹和生长动态，而千年尺度的matte发育情况可能反映了当前植物的生长状况。因此，对西西里海岸的三处生物礁（索兰托、马拉加尼和马尔萨拉）进行了多指标分析，以研究它们的长期发育模式和近期生长动态，并探讨它们对气候变化的脆弱性。放射性碳测年、δ¹³C分析和年轮学研究表明，这三处生物礁在年龄、生长和沉积模式上存在差异。最古老的索兰托和马拉加尼礁（超过1000年历史）显示出不同的matte堆积和根茎生产力特征，这可能与不同的水动力条件和栖息地环境有关。较年轻的马尔萨拉礁（约600年历史）具有最高的matte堆积速率，以及最大的根茎生长速度和初级生产力变化，这可能与其独特的水动力条件有关。值得注意的是，索兰托礁是迄今为止在意大利发现的最古老的P. oceanica生物礁，也是地中海记录中最古老的生物礁之一。δ¹³C数据揭示了各站点有机物的保存情况和碳循环特征，受保护较好的礁区显示出随时间变化的碳损失趋势，表明其容易受到碳损失的影响。这些发现强调了长期礁体形成与当前生长动态之间的复杂相互作用，为了解地中海浅水P. oceanica生物礁的恢复力、碳储存能力和保护工作提供了重要见解。

引言

海草Posidonia oceanica（L.）Delile是地中海特有的物种，它形成了密集的草甸，支撑着具有生态和社会经济价值的生态系统[1]。这些草甸属于全球生产力最高的生态系统之一[2, 3, 4]，并维持着复杂的食物网[5]。此外，P. oceanica是唯一能够通过根茎和沉积物积累形成被称为matte的有机物质结构的海草物种[6]。

随着matte的垂直生长，它会演变成一种独特的生物礁结构，称为屏障礁[8]。其发育过程包括两个主要阶段：首先形成边缘礁，叶片尖端延伸至岸边；随后，礁体边缘向内陆移动。迁移前沿后面的水动力、温度和盐度变化会导致海草草甸死亡，形成新的潟湖栖息地，周围环绕着活的植株构成的屏障礁[2]，这在EUNIS栖息地系统中被归类为“Posidonia oceanica屏障礁草甸的生态演替”。P. oceanica礁影响水循环、沉积过程和营养元素动态，长期作为碳、氮、磷和微量元素的储存库[9, 10, 11]，在减缓气候变化方面发挥着关键作用[12]。

过去几十年中，P. oceanica礁已在包括西班牙、法国、突尼斯和意大利在内的地中海地区得到记录[13, 14, 15, 16, 17]，但关于其发育和保护状况的研究仍然较少。一些学者使用放射性碳测年方法研究了matte的长期堆积动态[18, 19, 20]，但他们没有考虑草甸上层的生命史特征，也未明确将这些结构认定为礁体。目前尚不清楚千年尺度的matte堆积与当前根茎生长动态之间的关系。特别是，尚不清楚在特定水动力和沉积条件下形成数百年的礁体在当前气候条件下是否仍能保持相似的生长表现，或者长期发育和当前生产力是否遵循不同的轨迹。

尽管P. oceanica草甸的生态价值已被广泛认可[4, 21, 22]，但由于人类活动的影响，这些礁体正面临日益严重的威胁[23, 24, 25]。广泛的草甸退化[26, 27, 28]和不可逆损害的风险[29, 30, 31]凸显了这些生态系统对环境和人为压力的脆弱性。由于matte的堆积过程长达数千年且殖民过程非常缓慢[8, 18, 32]，这些礁体的恢复能力有限，影响了其恢复潜力[17]。维护其生态服务需要对其结构和功能健康状况进行监测。

本研究旨在验证不同环境条件会导致不同的长期堆积模式这一假设，并探讨这些历史发育轨迹是否能在当前根茎生长和生产力中得到体现。通过结合放射性碳测年和年轮学分析，本研究旨在将千年尺度的礁体发育与当前的发育动态联系起来。此外，这也是首次对地中海中部地区的P. oceanica屏障礁进行古生态重建的研究，其中包括一个新记录的礁体。

研究地点和采样活动

采样工作于2018年10月至2021年2月期间在西西里海岸（地中海中部）的三处P. oceanica屏障礁进行，分别为索兰托（Solanto）、马拉加尼（Maragani）和马尔萨拉（Marsala）（图1）。

索兰托位于巴勒莫以东约20公里处，西西里岛西北部（坐标：38°04'16.5"N, 13°32'19.5"E）。该地点距离“Fondali di Capo Zafferano”重要社区遗址（ITA020052）仅2.5公里，该遗址拥有一个大型且保存完好的P. oceanica草甸。

长期matte发育和放射性碳测年

放射性碳分析显示，三处Posidonia oceanica礁的matte发育存在显著差异，基底层和表层之间的年龄差异明显（见表2和表3）。索兰托的基底层沉积物最为古老，其次是马拉加尼，马尔萨拉的表层沉积物最年轻。尽管各站点基底层和表层之间的年龄差异程度不同，但整体而言，各层的堆积时间较短。

讨论

放射性碳和形态测量分析揭示了地中海中部西西里海岸三处P. oceanica屏障礁的长期和短期生长动态。尽管其他地区也采用了类似的方法[19]，但本研究首次尝试通过评估礁体的死亡部分和活体部分的动态来进行P. oceanica礁的古生态重建。

matte的厚度在1至3米之间变化

结论

本研究通过结合放射性碳测年、年轮学和稳定碳同位素分析，首次全面评估了地中海中部P. oceanica礁的长期发育和近期生长动态。所研究的三个礁体是经过数百年matte堆积形成的生物礁结构，其年龄和生长动态受到环境梯度和局部压力因素的影响。其中，索兰托礁是最古老的礁体之一

作者贡献声明

詹卢卡·夸尔塔（Gianluca Quarta）：撰写、审稿与编辑、调查。克里斯蒂娜·安多利纳（Cristina Andolina）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、概念构思。乔瓦娜·奇卢福（Giovanna Cilluffo）：撰写、审稿与编辑、监督、数据分析、数据管理。阿戈斯蒂诺·托马塞洛（Agostino Tomasello）：撰写、审稿与编辑、监督、方法论制定、资金获取、概念构思。萨尔瓦特里切·维齐尼（Salvatrice Vizzini）：撰写、审稿与编辑、监督、方法论制定、资金获取、概念构思。卢西奥·卡尔卡尼莱（Lucio Calcagnile）：撰写——

数据获取

如需获取本文的数据，可向通讯作者提出合理请求。

资金支持

本研究得到了欧盟“下一代欧盟计划”（Next-Generation EU）通过意大利大学与研究部（PNRR - M4C2 – I1.3项目：“RETURN：变化气候下的多风险科学以实现韧性社区”扩展合作伙伴关系（CUP B73C22001220006）和NBFC“国家生物多样性未来中心”（CUP B73C22000790001- SPOKE 1）的支持。此外，该研究还得到了欧洲区域发展基金（INTERREG Italia–Malta）在“Pocket Beach Management”项目下的资助。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。