高分辨率航拍影像揭示：鹿角珊瑚（Acropora palmata）斑块分布与排列对飓风影响的抗性机制

《Coral Reefs》：High-resolution aerial imagery reveals that the distribution and arrangement of Acropora palmata patches determine their resistance to hurricane impacts

为探究珊瑚礁系统对飓风等干扰的响应，研究人员以加勒比海保存较好的 Limones 礁为对象，研究飓风对A. palmata斑块的影响。结果发现其种群因飓风损失 25%，更紧凑复杂且位于浅水区的斑块抗性更高，该研究为珊瑚礁管理和保护提供了重要依据。

　　在广袤的海洋中，珊瑚礁宛如一座绚丽多彩的海底城市，为众多海洋生物提供了栖息之所，对海洋生态系统的稳定起着至关重要的作用。鹿角珊瑚（Acropora palmata）是加勒比珊瑚礁结构复杂性的主要贡献者，它如同城市的 “建筑大师”，构建出复杂多样的栖息环境。然而，飓风等自然灾害就像一场场突如其来的 “风暴袭击”，不断威胁着珊瑚礁的生存。

过去，大多数关于珊瑚礁的研究聚焦于精细尺度，如通过线性样带或照片样方评估珊瑚覆盖总量的变化，这些研究虽能有效描绘底栖成分的变化，但无法展现珊瑚礁系统的景观属性，比如珊瑚斑块的改变以及对整个生态系统功能的影响。而且，目前对于A. palmata斑块的空间特征如何受干扰调节，我们的了解还存在诸多空白。因此，开展这项研究迫在眉睫，它有助于填补知识空白，为珊瑚礁的保护和管理提供科学依据。

墨西哥国立自治大学（Universidad Nacional Autónoma de México）的研究人员针对这一问题展开了深入研究。他们以 Limones 礁为研究对象，该礁拥有世界上最大的A. palmata种群之一，是研究的理想场所。研究人员通过对比飓风前后的高分辨率航拍影像，分析了A. palmata斑块的空间特征对其抗飓风能力的影响，同时探讨了珊瑚在不同礁区的表型可塑性与受损程度的关系。研究成果发表在《Coral Reefs》上。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：

1. 无人机航拍与正交镶嵌图制作：利用 Mavic Pro 无人机在不同高度飞行获取图像，使用 PIX4D Mapper 软件处理生成飓风前后的正交镶嵌图，分辨率达 2 cm / 像素。
2. 斑块识别与量化：在 QGIS 3.22 软件中，通过调整 RGB 波段、屏幕数字化等操作识别A. palmata斑块，并利用相关工具量化其面积变化。
3. 景观指数计算与模型构建：运用 VecLI 2.0.0 软件计算景观指数，通过二项式广义线性模型（GLM）和线性回归模型分析空间特征对斑块持久性和剩余面积的影响。
4. 实地测量与图像分析：在不同礁区设置样带，对A. palmata殖民地进行拍照，使用 ImageJ 软件处理图像，测量相关形态指标。

下面来看看具体的研究结果：

1. 斑块变化情况：受飓风 Gamma 和 Delta 影响，Limones 礁的A. palmata空间覆盖面积变化了 25.09%，其中 21.5% 为面积损失，3.8% 为位移导致的表观面积增加。在 576 个斑块中，75 个未受损，371 个部分受损，130 个消失。
2. 影响斑块持久性的因素：二项式 GLM 显示，形状指数（SHAPE）、周长面积比（PARA）和后礁区是斑块持久性的重要预测指标。SHAPE 值越高，斑块越复杂，持久性越强；PARA 值越高，斑块越不紧凑，抵抗干扰能力越弱；后礁区的斑块持久性较低。虽然斑块大小影响不显著，但较小的斑块更易消失。
3. 影响剩余面积的因素：对于受部分损害的斑块，只有后礁区对剩余面积百分比有显著影响，后礁区的斑块面积损失更大。其他因素如相关外接圆指数（CIRCLE）、SHAPE、PARA、邻近指数（PROX）和斑块大小，与剩余面积无显著关系。
4. 表型可塑性差异：A. palmata殖民地在不同礁区呈现不同表型。后礁区的殖民地分支生长角度相对垂直，呈树状形态；礁顶和前礁区的分支生长角度较大，倾向于与底物垂直，呈矛状形态。不同礁区在分支生长角度和水平方向分布上存在显著差异。

研究结论与讨论部分指出，该研究表明景观指数可有效评估和预测珊瑚礁受干扰后的变化。A. palmata斑块的几何特征和大小影响其抗飓风能力，更复杂、不规则的斑块抗性更强，小斑块更易受损。后礁区的斑块受影响最大，这与其珊瑚的形态适应有关。虽然本研究与其他研究结果存在差异，但这可能是由于连续飓风的累积效应、礁体初始状态以及研究方法不同导致的。

总体而言，这项研究意义重大。它为珊瑚礁生态系统的保护和管理提供了新的视角和方法，有助于预测珊瑚礁在未来干扰事件中的变化，为制定科学有效的保护策略提供依据。同时，研究结果也为以A. palmata为目标物种的珊瑚礁恢复工作提供了参考，推动了珊瑚礁保护领域的发展 。