Кристин Н. Уайт

1 Университетски колеж в Мериленд, Азиатски отдел, Образователен център Camp Foster, САЩ/Япония

Таку Охара

2 Висше училище по инженерство и наука, Университет на Рюкюс, Окинава, Япония

3 Benthos Divers, Окинава, Япония

Такума Фуджи

2 Висше училище по инженерство и наука, Университет на Рюкюс, Окинава, Япония

Йори Кавамура

2 Висше училище по инженерство и наука, Университет на Рюкюс, Окинава, Япония

Масару Мизуяма

2 Висше училище по инженерство и наука, Университет на Рюкюс, Окинава, Япония

Хавиер Черна гора

2 Висше училище по инженерство и наука, Университет на Рюкюс, Окинава, Япония

Харука Шикиба

2 Висше училище по инженерство и наука, Университет на Рюкюс, Окинава, Япония

Тору Нарусе

4 Център за изследване на тропическата биосфера, станция Iriomote, Университет на Рюкюс, Окинава, Япония

TY McClelland

2 Висше училище по инженерство и наука, Университет на Рюкюс, Окинава, Япония

Виани Денис

5 Изследователски център за биоразнообразие, Академия Синика, Тайпе, Тайван

Джеймс Д. Реймър

2 Висше училище по инженерство и наука, Университет на Рюкюс, Окинава, Япония

Свързани данни

Резюме

Малко се знае за ефектите на големите бурени системи върху мезофотичните рифове. Това проучване докладва за това как Тайфун 17 (Джелават) е повлиял на риф Ригу на Окинава-Джима, Япония през септември 2012 г. Бентосните общности са изследвани преди и след тайфуна, използвайки метода на трансект за пресичане на линии. Сравнението на бентосните комплекси показа силно значителни разлики в кораловото покритие на дълбочини 25–32 m преди и след Тайфун 17. Голяма дълбока насадка от Pachyseris foliosa очевидно беше по-малко устойчива на бурята от по-плитката зона с голямо разнообразие на този риф. Противоречиво на общоприетото възприятие, това изследване показва, че големите фолиозни корали на по-дълбоки дълбочини са също толкова податливи на щети от тайфун, колкото и по-плитките разклонени корали. Описателните функционални групови анализи обаче доведоха до само незначителни промени след нарушението, което предполага голяма вероятност за възстановяване и висок капацитет на устойчивост на този мезофотичен риф.

Въведение

Тайфунните щети от преки физически смущения, мътност, утаяване и промени в солеността могат да бъдат разрушителни за плитки коралови рифове и е добре проучен (Van Woesik, Ayling & Mapstone, 1991; Harmelin-Vivien, 1994; Ninio et al., 2000; Cheal и др., 2002; Hongo, Kawamata & Goto, 2012). Намаляване на кораловото покритие на плитки рифове (фиг. 1), насочено от югозапад към североизток с обща посока на вятъра от северозапад. Японската метеорологична агенция (JMA) и Съвместният център за предупреждение за тайфуните на военноморските сили на САЩ (JTW) документират този рекорден тайфун като третият най-силен тайфун, ударил остров Окинава-Джима, тъй като метеорологичните радарни наблюдения са започнати през 1954 г. с максимални височини на вълните 12 м. Метеорологичната обсерватория в Окинава (OMO) регистрира следните максимални измервания за Тайфун 17 в северния край на остров Окинава-Джима (метеорологична станция Наго): 32,2 m/s устойчиви ветрове, 57,4 m/s пориви на вятъра, 947,4 hPa атмосферно налягане.

щети

(A) Карта, показваща следа от Тайфун 17 (Джелават) около остров Окиану-Джима с позиция и (B) проучени станции на риф Ригу. Данните на пистата показват дата, час, централно атмосферно налягане и максимална скорост на вятъра при всяка маркировка „X“. В (B) пунктираните области показват позициите на трансектите.

Наскоро Ohara et al. (2013) съобщава за неоткрит по-рано плитък мезофотичен коралов риф в Окинава, Япония. Японското име за този риф е „Рюгу“, въз основа на приликата му с подводния дворец на Рюджин, бога на дракона на морето. Съобщава се, че по-дълбоките участъци на Ryugu (32–42 m) са съставени предимно от Pachyseris foliosa (Veron, 1990), с по-плитки участъци (25–32 m), показващи много по-голямо разнообразие (Ohara et al., 2013). За Pachyseris foliosa се знае малко, въпреки че дълбочинният обхват на този вид изглежда по-дълбок от съобщения по-рано от Hoeksema, Rogers & Quibilan през 2008 г. (25–30 m).

Това проучване отчита как тайфун 17 е повлиял на риф Ригу с данни преди и след трансекта. Целите на това проучване включват изследване на коралови съобщества на различни дълбочини и идентифициране на видове и функционални групи, най-засегнати от тайфуни. Една проверена хипотеза беше, че плитките мезофотични рифове с големи моноспецифични насаждения са по-устойчиви на щети от бурите, отколкото разнообразните рифове.

Материали и методи

Пет станции бяха определени на мястото Ryugu (фиг. 1). Станция 1 беше най-дълбоката (42 м), а станция 5 - най-плитката (17 м). Станциите са показани на фиг. 1 и обобщени в таблица 1. Температурата се записва на всеки 30 минути с помощта на регистратори на температура (HOBO U22 Temp Pro v2 logger; Onset Corp., Massachusetts, USA), поставени на около 30-50 cm от основата на всяка станция от 12 септември 2012 г. до 10 януари 2013 г.

маса 1

Станция Местоположение/Описание Дълбочина (m)
1Външен външен ръб на гъста зона Pachyseris foliosa, пясъчен42
2Горният край на гъстата зона Pachyseris foliosa31.2
3Горен ръб на зона с голямо разнообразие26.5
4Горният ръб на гъби/развалини21.3
5Пясък, коралови развалини17

Движението на водата се изчислява на всяка станция (с изключение на станция 1) чрез разтваряне на гипсовите топки. Гипсови топки (10,5 см в диаметър) са направени в съответствие с Komatsu & Kawai (1992). Топките бяха поставени приблизително на 50 см над субстрата на станции 2–5 на 11 януари 2013 г. и отстранени на 16 януари 2013 г. Водните скорости за всяка станция бяха изчислени в съответствие с уравненията, дадени в Yokoyama, Inoue & Abo (2004).

Десет метрови трансекти бяха изследвани както преди (17 април 2012 г., така и от 11 до 12 септември 2012 г.) и след (14 декември 2012 г.) Тайфун 17 на места в близост до гари 2 (7 трансекти преди, 9 трансекти след) и 3 (10 трансекти преди, 8 трансекти след). Въз основа на наличното количество данни в анализи са включени само станции 2 и 3. За всеки линеен трансект беше разположена 10-метрова рулетка по контур с постоянна дълбочина и бяха направени застъпващи се снимки или видео по линията. Снимки или видеоклипове, направени по трансектите, са използвани за отчитане на общото разстояние, заето от всяка идентифицирана оперативна таксономична единица (OTU). Когато е осъществимо, OTUs са идентифицирани на ниво видове след Hoeksema (1989) и Gittenberger, Reignen & Hoeksema (2011) за Fungiidae and Veron (2000) и Budd et al. (2012) за други видове.

Данните от общността бяха анализирани с помощта на статистически софтуер PRIMER 6, за да се намерят разлики в кораловите общности преди и след тайфуна (Clarke & Warwick, 2001). Всички данни за обхвата на процента бяха преобразувани с квадратен корен преди анализа, за да се намали умерено значението на голямото пространство, заемащо оперативни таксономични единици (OTU). Матрици за сходство на Брей-Къртис бяха изчислени на станции 2 и 3. Извършен е еднопосочен тест за анализ на сходствата (ANOSIM), за да се определи разликата и големината на разликата в комплектите преди и след Тайфун 17. Неметрично многомерно мащабиране (nMDS ) е използван за визуализиране на многомерни модели на базата на матрицата на Bray-Curtis. График на балон (трансформирани данни за корицата с квадратен корен) е добавен към графиките, за да визуализира вариацията в съответните OTU. Всеки кръг на фиг. 4 показва относително изобилие от живи коралови видове (въз основа на трансформирани от квадратни корени данни за появата на вида по всеки трансект). И накрая, процентният принос на всяка бентосна групировка за наблюдаваните разлики между местоположенията беше оценен с рутинната SIMPER.

Неметрично мащабно мащабиране на бентосните общности в риф Ригу на базата на матриците на приликите на Брей-Къртис. Всеки кръг в участъка с мехурчета показва относително изобилие от живи корали или процентно покритие от коралови руини (въз основа на трансформирани данни от квадратен корен за появата на вида по всеки трансект) (A) Станция 2: живи коралови видове, (B) Станция 2: коралови развалини, (C) Станция 3: живи коралови видове, (D) Станция 3: коралови развалини. Червен кръг: преди тайфуна, син кръг: след тайфуна.

За да се оценят потенциалните промени във функционалността на кораловата общност, след като тайфуновите коралови таксони бяха класифицирани във функционални групи според формите на колониите след Denis et al. (2013). Всяка OTU беше присвоена на една или повече от осем функционални групи: масивна, инкрустираща, фолиозна, колонна, плочаста, храстовидна, дървесна и необвързана (Таблица S1). Те бяха определени от формата на растеж на всяка колония, както е описано в Veron (2000), Wallace (1999) и чрез визуално наблюдение. Функционалният състав на кораловите групи се изчислява въз основа на относителното изобилие на коралови OTU и графика за станции 2 и 3 преди и след тайфуна.

Резултати

Температурните сензори показаха, че температурата обикновено е с 0,1–0,2 градуса по-ниска на станция 5 (най-плитка станция), отколкото на която и да е от другите станции, въпреки че температурата изглежда се колебае най-много на тази станция. Температурни спадове са наблюдавани на всички станции по време и непосредствено след тайфуни, като най-голямо е понижението на температурата на Станция 1 (20,9 ° C след Тайфун 17) (Фиг. 2). Въз основа на загуба на тегло от гипсова топка, станция 2 имаше най-ниското количество движение на вода в сравнение с другите станции. Загубата на тегло на всяка гипсова топка и скоростта на водата за всяка станция са както следва: Станция 2: загуба на 254 g, 9,2 cm/s; Станция 3: загубени 284 g, 11,2 cm/s; Станция 4: загубени 292 g, 11,7 cm/s; Станция 5: загубени 294 g, 12,5 cm/s.

Графика, показваща дневна промяна на температурата за риф Ригу, станции 1–5, 12 септември 2012 г. до 10 януари 2013 г.

В таблица S1 са изброени всички OTU, документирани за трансектите и тяхната процентна промяна в покритието преди и след Тайфун 17. Живата коралова покривка намалява и кораловите отломки се увеличават с 33,3% на Станция 2 и с 11,4% на Станция 3 след Тайфун 17. Фигура 3 показва преди и след изображения на станции 2 и 3.

Снимки на риф Ригу преди и след Тайфун 17. Станция 2, (А) 12 септември 2012 г., (Б) 01 януари 2013 г .; Станция 3, (C) 12 септември 2012 г., (D) 01 януари 2013 г.

Съставът на бентосните общности преди и след Тайфун 17 (Фиг. 4) показа значителна разлика както на Станция 2 (тест ANOSIM, R = 0,572, p = 0,001), така и на Станция 3 (Тест ANOSIM, R = 0,24, p = 0,009) . На станция 2 промяната в появата на коралови развалини върху трансектите допринесе най-много за тази разлика (Simper-тест, 33,0%, фиг. 4), последвана от покритието на Lithophyllon repanda (12,7%), Pachyseris foliosa (11,6 %), след това Galaxea sp. 1 (11,2%). На станция 3 всеки OTU допринася за фиг. 4). Интересното е, че разликата, наблюдавана на станция 3, не е била значителна (R = 0,07, p = 0,137), когато ефектите на доминиращата OTU не са били намалени при използване на трансформация на квадратни корени. Функционалността на кораловите общности (фиг. 5) и на двете станции изглежда малко засегната от тайфуна. Сред основните разлики, наблюдавани на станция 2, групата на инкруста намалява с 8%, докато групата на фолиозата се увеличава с 15%. На станция 3 храстовидните (8%), колоновидните (6%) и подобни на плочи (3%) групи страдаха най-много от пътя на тайфуна, докато инкрустиращите (7%) и фолиозните (11%) корали бяха по-устойчиви на това смущение.

Функционален състав на кораловия комплекс преди и след Тайфун 17 в риф Ригу, станции 2 и 3 въз основа на относителното изобилие на кораловите OTU. Осите представляват относителния принос на всяка от 8-те функционални групи.

Дискусия

Тайфун 17 доведе до силно значителни промени в изобилието от живи корали в станции Ryugu 2 и 3. Изглежда, че дълбочината на този риф не е защитила коралите от драстични щети със значително увеличение на кораловите развалини в много от изследваните зони. Най-интересното е, че P. foliosa е сред онези видове, които са най-засегнати от Тайфун 17. Очевидно по-разнообразните и сложни общности, като например на Станция 3, са по-устойчиви на тайфуни по отношение на оцеляването и разпределението на функционалните групи, може би поради по-слабото въздействие върху отделни видове. Въз основа на SIMPER тестовете, имаше много малки разлики в различни OTU на станция 3 в сравнение със станция 2, където само 4 OTU допринесоха за 70% от ефекта на тайфуна. Станция 2, съставена предимно от P. foliosa, беше силно засегната от тази буря, въпреки факта, че беше по-дълбока от станция 3, което предполага, че фолиевата структура на P. foliosa е уязвима на физически смущения. Намереният тук голям моноспецифичен щанд също е в по-стабилна среда, което вероятно го прави по-чувствителен към смущения (Хюз, 1989; Роджърс, 1992; Роджърс, 1993; Хармелин-Вивиен, 1994). Следователно нашата хипотеза, че плитките мезофотични рифове с големи моноспецифични насаждения са по-устойчиви на щети от бури, се отхвърля.

Въз основа на данните от гипсови топчета, Ryugu е доста спокоен риф и по-ниските течения на станция 2 може да се дължат на по-малко приливи и вълни и си струва да бъдат разгледани допълнително в бъдещи проучвания. По-ниската температура, наблюдавана по време на Тайфун 17 на Станция 1 (42 м), може да се дължи на подем или термично осредняване поради вертикално смесване, задвижвано от вятъра с по-дълбока по-хладна вода, което се засилва от началото на тайфуна, както се вижда по време на други големи бури. Фигура 2 показва големи промени в температурата на 18 септември (спад до 26,0 ° C) и 30 септември (спад до 20,9 ° C), като и двете съответстват на големи системи тайфун (Фиг. 1; Тайфуни 16 и 17, съответно).

Много изследвания са установили, че повишаването на температурите на морската повърхност и глобалните климатични промени са и ще продължат да причиняват увеличаване на честотата на тайфуните, разсейването на мощността и интензивността на бурята (Emanuel, 2005; Trenberth, 2005; Webster et al., 2005; Emanuel, Sundararajan & Williams, 2008; Tu, Chou & Chu, 2009). Tu, Chou & Chu (2009) са документирали промяна на север в тайфуновите коловози в западната част на Северния Тихоокеанско-Източна Азия с увеличаване на честотата на тайфуните в Тайванския/Източнокитайския морски регион (3,3 годишно от 1970–1999 г .; 5,7 на година от 2000–2006). Емануел (2005) документира нарастване на разрушителността на циклоните от 70-те години на миналия век и прогнозира непрекъснато нарастване с глобалните климатични промени. Очаква се глобалното изменение на климата да донесе по-големи и по-силни тайфуни на Окинава, което вероятно ще повлияе на оцеляването на някои коралови популации. Потенциалното увеличаване на бурите прави още по-важно разбирането на техния ефект върху мезофотичните рифове, за които се смята, че действат като рефугия за много морски организми по време на смущения в плитки рифове. Това проучване показа, че въпреки дълбочината си, плитките мезофотични рифове също могат да бъдат силно засегнати от смущения. Следователно е от решаващо значение да се документира последователността на този риф след смущения като Тайфун 17, за да се разбере неговата устойчивост и ролята, която мезофотичните рифове могат да играят в бъдещето на кораловите рифове.

Допълнителна информация

Таблица S1

Коралови видове и функционални групи (документирано в риф Ригу с процент коралова покривка и процент покритие на станции 2 (30 + m) и 3 ((22K, docx)