近日，中国科学院海洋研究所甲壳动物和棘皮动物系统分类与进化研究组在南海珊瑚礁食物网结构的调控机制研究方面取得重要进展，首次揭示了海洋温度升高与初级生产力增强在塑造珊瑚礁食物网复杂性与稳定性方面的非线性协同作用。该系列研究成果发表于Nature旗下地学领域Top期刊Communications Earth & Environment和环境领域国际期刊Environmental Research。

珊瑚礁生态系统是地球上海洋生物多样性最高、结构最复杂的生态系统之一，在维持海洋生物多样性和保护海岸带等方面具有不可替代的生态功能。然而，全球气候变暖与人类活动强度持续上升，使珊瑚礁生态系统正承受前所未有的多重胁迫。以往研究多侧重单一环境因子或单一营养级尺度，难以揭示气候变暖与营养增强交互作用下珊瑚礁生态系统稳定性变化的内在机制。尤其对于具有显著垂向结构和高度耦合能量通道的珊瑚礁生态系统，传统研究范式已难以满足整体认知需求。

针对上述问题，研究团队在南海多个代表性岛礁开展系统调查，覆盖表层水体、底层水体及表层沉积物等关键生境，利用环境DNA（eDNA）宏条形码技术和传统形态分类，同步获取多营养级生物多样性信息，首次在区域尺度上系统重建了涵盖水体与沉积物的珊瑚礁食物网结构。

在方法学上，本研究构建了eDNA生物多样性信息与功能摄食关系相结合的宏食物网分析框架。基于该框架，系统揭示了珊瑚礁生态系统在自然温度与营养梯度下的食物网结构响应特征。结果表明，南海珊瑚礁食物网在垂向上呈现显著分异：水体食物网具有较高的连通性和嵌套性，主要受捕食者多样性驱动的自上而下调控；而沉积物食物网则表现出更强的模块化特征，其稳定性主要由资源供给的自下而上过程控制（图1）。

图1 南海珊瑚礁食物网结构与受控机制的垂向差异

进一步分析发现，气候变暖与营养增强在水体食物网中产生显著的非线性交互效应，并沿水深梯度呈现清晰的差异化响应。在表层水体中，高营养水平可缓冲升温对食物网连通性的负面影响，使食物网形成结构紧凑但食物链较短的状态；而在较深水体中，适宜的温度和营养条件有利于维持较长食物链，但在极端条件下食物网稳定性显著下降（图2）。上述结果表明，变暖与营养富集在不同水深共同塑造了显著差异的食物网稳定格局。

图2 沿温度和生产力梯度珊瑚礁食物网拓扑结构的非线性响应

该研究系统揭示了自然温度与生产力梯度下珊瑚礁食物网的非线性响应机制，为理解气候变化与人类活动叠加背景下珊瑚礁生态系统的结构重组与稳定性演变提供了新的理论框架（图3），也为珊瑚礁保护与管理策略的制定提供了重要科学依据。

图3 变暖与营养富集重塑南海珊瑚礁食物网结构

论文第一作者为中国科学院海洋研究所特别研究助理张政，通讯作者为沙忠利研究员。该研究获得了国家自然科学基金杰出青年项目等资助。

论文信息：

Zhang, Z., Hui, M., Cheng, J., Sha, Z.L*. (2025). Warming and resource enhancement shape food webs in South China Sea coral reef system. Communications Earth & Environment. https://doi.org/10.1038/s43247-025-03147-7.

Zhang, Z., Hui, M., Cheng, J., Yuan, Z.M., Sha, Z.L*. (2025). Warming and anthropogenic variables interact to impact dominant animal communities in coral reef ecosystems. Environmental Research, 285, 122579.

Zhang, Z., Cheng, J., Yuan, Z.M., Wang, Y.R., Xiao, N., Zhang, S.Q., Hui, M., Zhang, J.L., Sha, Z.L*. (2025). Integrating eDNA and morphology reveals arsenic-associated assembly processes of benthic invertebrates in coral reef ecosystems. Environmental Research, 285, 122647.

来源：中国科学研究院海洋研究所