研究与造礁石珊瑚共生的虫黄藻在自然环境条件下的光合特征对深刻认识珊瑚礁生态状况及其环境适应性具有重要意义。文章对采自南海北部的涠洲岛、大亚湾、万山群岛的造礁珊瑚进行实验测定，利用珊瑚共生虫黄藻密度、叶绿素a含量、光合有效量子产量（Φ _PSII）3种生理参数指标，研究相对高纬度珊瑚分布区造礁珊瑚共生体的光合作用特征，通过分析空间异同性探究环境要素的生态影响，对比不同形态珊瑚共生虫黄藻光合作用特征的属间差异。结果显示：1）在相对高纬的珊瑚分布区中，大亚湾珊瑚共生虫黄藻光合作用生理参数与涠洲岛具显著空间差异，而与珠海万山群岛空间差异不显著，海表温度为最主要的环境影响因子。大亚湾海域在相对高纬度海区得益于独特的地理位置与环境特征，展现出“避难所”的潜力，能在一定程度上维持珊瑚群落生态状况保持良好状态。2）不同形态的珊瑚共生虫黄藻光合作用特征参数具显著的属间差异，珊瑚形态和种间差异对造礁石珊瑚及其共生虫黄藻的生态适应性具复杂影响。

长棘海星（Crown-of-Thorns Starfish, CoTS, Acanthaster spp.）是珊瑚的天敌，其周期性暴发并大量摄食珊瑚是导致珊瑚礁退化的重要原因。共生细菌对长棘海星的发育、繁殖和消化等具有重要意义，但迄今关于长棘海星体内细菌的组成与功能了解甚少。文章以采自西沙群岛珊瑚礁区的15个成年太阳长棘海星为研究对象，通过高通量测序技术检测其主要消化器官幽门盲囊内的细菌组成及其功能。结果显示：太阳长棘海星幽门盲囊中共检出833个细菌OTU，分别属于26个门、55个纲、115个目、171个科和278个属；优势门为变形菌门（Proteobacteria, 94.50%）；优势属为弧菌属（Vibrio, 60.61%）、罗尔斯通氏菌属（Ralstonia, 17.86%）和发光杆菌属（Photobacterium, 6.64%）。通过对比西沙群岛其他礁栖生物共生细菌的组成，发现不同食性的生物具有不同的细菌组成，表明摄食珊瑚可能是太阳长棘海星幽门盲囊细菌组成的重要影响因素。对比澳大利亚大堡礁和日本海域长棘海星消化道中的细菌组成，发现具有较大的区域差异，西沙群岛样品的弧菌含量远高于大堡礁和日本，这可能与2020—2021年西沙群岛珊瑚大面积白化有关，因为白化珊瑚共附生细菌中弧菌相对丰度会显著增加。此外，长棘海星作为潜在的弧菌传播载体，可能对南海珊瑚礁生态系统带来疾病风险。结合细菌功能预测的结果，推测长棘海星幽门盲囊细菌可能通过分泌水解酶来帮助其消化珊瑚。

珊瑚岛礁地貌作为海岸的天然屏障，能耗散大部分入射波浪能量，从而保护岸滩免受侵蚀。然而，近年来因人类活动，产生了不可逆的破坏，导致岛屿失去了天然屏障的保护。在此背景下，岛礁修复工程成为保障岛屿安全的重要途径。为揭示潜堤在岛礁地形上的水动力特性，针对有无潜堤2种情况，对一系列非规则波进行物理试验和数值模拟。结果表明：间断潜堤的存在能降低礁坪上的低频能量、次重力波波高、礁坪增水以及波浪爬高。当有效波高和堤顶水深取最小试验值时，间断潜堤对波浪爬高和礁坪增水的削减效果最为显著；同时，堤顶水深的增大会使使短波在爬高中的贡献增加。潜堤的间断宽度增大可进一步增强其对波浪爬高和礁坪增水的削减效果，并削弱次重力波在礁坪上的共振放大效应，而谱峰周期的增大则会增强此效应。最后，通过数值模拟发现，间断潜堤的存在使间断处产生急促的离岸流，并削弱礁坪上的向岸流速。

广泛分布于热带和亚热带海域的珊瑚礁一般具有差异坡度的礁坪地形，礁坪地形的变化显著影响入射波浪在岛礁上传播演变的非线性特征。然而，以往研究尚未系统探讨礁坪地形突变对规则波非线性特征的影响。文章基于差异坡度岛礁地形的实验室波浪水槽物理模型试验，系统研究了差异坡度岛礁地形对波浪非线性特征变化的影响，并且分析了入射波高、礁坪水深和波浪周期3种因素的影响。结果表明：波浪偏度、不对称度和厄塞尔数峰值的幅值均在礁坪台阶附近达到最大值，3个非线性特征参数幅值整体上均随入射波高和波周期的增大而增大，随礁坪水深增大而减小。最后，根据波浪偏度和不对称度在差异坡度礁坪上随厄塞尔数的变化趋势，分别对其参数化拟合得到不同礁坪区域内波浪偏度和不对称度的经验公式。

潟湖坡是礁坪沉积物向潟湖盆搬运的关键地貌带，对了解礁后沉积过程和环礁发育演化至关重要。然而，潟湖坡微地貌特征及其对沉积物粒度的影响还未明确。文章对南沙群岛主权礁与三角礁潟湖坡开展研究，采集表层沉积物并结合水深数据和水下微地貌开展粒度分析，结果表明：1）主权礁与三角礁潟湖表层沉积物以砂级颗粒为主，粉砂与细砾质量分数较少，其中主权礁沉积物中砂级颗粒质量分数为94.55%，细砾为4.18%，粉砂为0.61%；三角礁S1-S1′方位含砂93.96%，细砾4.04%，粉砂1.65%；S2-S2′方位含砂91.73%，细砾为6.84%，粉砂为1.17%。潟湖砂体的中值粒径与水深呈显著负相关，粒度分布曲线在深水区呈单峰式，在浅水区呈双峰式，整体偏态为负偏态。2）物源和水动力特征是影响南沙珊瑚礁潟湖坡砂体粒度分布的主要因素，主权礁潟湖坡点礁密布，周围颗粒粒径显著增大，削弱了水深与粒度的负相关性，表明潟湖点礁亦是重要物源；三角礁潟湖坡发育海草床，减弱了颗粒的动力再分选作用，形成粗粒和细粒混积的双峰形态。3）潟湖坡微地貌对颗粒粒度分布起关键作用。主权礁双峰式分布曲线的形成主要受潟湖点礁的影响，而海草根系的固沙作用减弱了颗粒的动力分选作用，形成三角礁双峰式分布曲线。

广泛分布于热带和亚热带海域的珊瑚礁一般具有非平整的礁坪地形，礁坪地形的突变会对类海啸波的传播演变特性产生显著的影响。文章通过开展波浪水槽物理实验，系统研究了类海啸波在非平整岛礁上传播与演变的规律，并深入分析了入射波高和礁坪水深对类海啸波传播演变特性的影响。试验结果表明：入射波破碎点主要位于第二礁坪上，并且破碎点的位置随入射波的增大或礁坪水深的减小向离岸方向移动。礁坪地形突变对类海啸波的反射系数和透射系数影响显著，礁坪地形突变会增强入射波的反射强度，尤其是在礁坪水深＜0.025 m时，受礁坪地形突变产生的反射系数C_R2 可达0.3左右；其次，入射波高或礁坪水深的增加都会引起透射系数的减小。

长棘海星（Acanthaster spp.）是珊瑚的天敌，其周期性暴发是导致珊瑚礁退化的最重要原因之一。了解长棘海星的食物来源或有可能为应对长棘海星暴发提供科学依据，但迄今关于长棘海星食物来源的认识基本来自于野外，即认为长棘海星以珊瑚组织为食，极少关于其同位素方面的信息。文章以2020年3月在南海西沙群岛采集的不同体长的长棘海星为材料，首次测定其胃含物稳定碳、氮同位素值（δ¹³C、δ¹⁵N）及幽门肠碳稳定同位素值，以探讨其食物来源。根据体长将所分析的长棘海星分为亚成体（体长10~200 mm）、成体（体长200~350 mm）、高龄成体（体长>350 mm）3个年龄段。结果显示：1）胃含物和幽门肠的δ¹³C值范围分别为-15.03‰~-13.00‰和-15.21‰~-13.24‰，二者的变化趋势一致，表明其对食源的指示具有一致性；2）随着体长和年龄的增长，长棘海星的胃含物和幽门肠的碳同位素值均呈下降趋势，而胃含物的氮同位素值呈上升趋势，表明长棘海星的食源随年龄增加发生改变，且其营养级也呈增高趋势，在亚成体阶段的食物以相对低营养级的食物为食，而在成体后以相对高营养级的食物为食。

珊瑚生长率是珊瑚古气候研究的重要指标，其反映珊瑚生长快慢，并提供高分辨率的海水表层温度变化信息。中全新世作为当前全球变暖的地质历史相似型，利用珊瑚生长率重建该时期的气候环境状况对于理解现代气候变化的过程及其机制具有重要的参考价值。文章对采自海南潭门珊瑚岸礁的23段中全新世（6143—4356 a BP）滨珊瑚进行生长率分析，并基于该区域现代（2005—2021 AD）滨珊瑚生长率与SST的关系重建了中全新世期间共406 a的年均SST序列。结果显示：1）中全新世滨珊瑚生长率的变化范围为0.607~1.670 cm/a，均值为1.079 cm/a，且存在明显的波动变化过程；2）基于生长率重建的中全新世平均SST为25.7±0.54℃，这与全球变暖程度加剧背景下的现代海温相近；中全新世年均SST的变化范围为24.7~26.8℃，其中5860、5660和5160 a BP为3个显著的低温期；3）对比现代与中全新世（5427—5394、5243—5209、4515—4456和4404—4356 a BP）珊瑚生长率的频谱周期，发现现代与中全新世珊瑚的生长率均存在显著的3~7 a ENSO周期，但中全新世ENSO主周期改变且频率显著降低，表明中全新世的ENSO活动总体偏弱；概率密度函数统计进一步显示中全新世期间ENSO变率存在逐渐增强的趋势。

珊瑚生物天敌黑皮海绵、长棘海星在世界范围内暴发严重威胁珊瑚礁生态健康，然而目前珊瑚礁领域尚缺乏生物天敌暴发后对珊瑚礁地貌类型影响的定量研究。文章利用太平岛珊瑚生物天敌黑皮海绵、长棘海星2次暴发事件前后，覆盖太平岛2016—2022年的26期Sentinel-2遥感影像，结合高分辨率GF-2（PMS）遥感影像和卫星遥感影像地理信息系统Google Earth平台中的数据，开展中国南海太平岛珊瑚礁地貌类型遥感影像分类实验，对密集珊瑚沉积区、稀疏珊瑚沉积区、珊瑚丛生区、沙坪、浅礁前斜坡等珊瑚礁地貌类型演变进行特征分析。结果表明：1）结合专家解译知识和支持向量机（Support Vector Machine, SVM）分类算法开展的太平岛珊瑚礁地貌类型分类，最高总体精度和Kappa系数分别为96.46%和0.94。2）在2种珊瑚生物天敌暴发期间，太平岛的珊瑚礁丛生区、密集珊瑚沉积区、稀疏珊瑚沉积区等珊瑚礁地貌类型面积有显著下降；黑皮海绵暴发后对密集珊瑚沉积区影响最大，其面积减少72.92%；长棘海星暴发后对珊瑚丛生区影响最大，其面积减少59.17%。3）2016—2022年，太平岛珊瑚礁退化率高于恢复率，其中2017年3—6月珊瑚礁退化率最高，为23.88%；在2017年6—9月珊瑚礁恢复率最高，为18.03%。

基于概化的水平一维珊瑚砂岛模型，开展物理模型实验，通过对规则波作用下砂岛剖面高程随时间变化的测量，重点分析砂岛形态因素（初始高度和宽度）和砂岛初始位置变化对砂岛地形演变的影响。结果表明：波浪作用下珊瑚砂岛发生高程的下降和砂岛向潟湖侧的延长及迁移，砂岛达到平衡冲淤地形所需要的时间随着砂岛初始高度、初始宽度和距离礁缘初始位置的增大而减小；砂岛高程的冲刷下降量随着砂岛初始高度的增加而增大，随着砂岛初始宽度的增大而减小，随着岛前坡脚距礁缘初始距离的增大而减小；3种影响因素中，砂岛初始高度对高程的变化影响最大；砂岛向潟湖侧的相对迁移量随着砂岛初始高度的增加而减小，随着砂岛初始宽度的增大而增大，随着岛前坡脚距礁缘初始距离的增大而减小；3种影响因素中，砂岛初始位置对迁移的变化影响最大。通过回归分析得出预测砂岛高程变化和水平迁移的经验关系式。

有孔虫指数（Foram Index, FI）是利用珊瑚礁区沉积物中底栖有孔虫功能组（藻类共生种、机会种、非自养种）的含量评估珊瑚礁区生态环境健康状况的指标，迄今中国对该指标的应用还较少。文章以西沙群岛羚羊礁的潟湖中钻取的LYJ2岩芯为材料（全长287 cm，底部对应的年代为2 665 a BP），以0.5 cm的间隔取样，在显微镜下鉴定有孔虫功能组，计算FI值。结果显示：1）近2600年的FI变化范围为4.1~7.9，均值为5.9。2）FI成波动变化的模式，具体可分为3个上升期：2380―1628，1212―572和252―92 a BP；3个快速下降期：1628―1212，572―252和92 a BP至今及1个小幅下降期：2665―2380 a BP；3）FI在长期变化趋势上叠加不同尺度的年代际波动，具有66.7、54.4 a等周期。基于FI值对珊瑚礁健康状况的评估标准，推测近2600年来西沙羚羊礁的生态环境总体是健康的；基于FI值与海表温度对比分析，推测羚羊礁FI值主要受海表温度影响，与气候变化具有一致性，FI高值与中世纪暖期、罗马暖期大致对应，而低值与小冰期、黑暗时代冷期大致对应；FI值具有3次快速下降阶段，前两者（1628―1404，572―252 a BP）与黑暗时代冷期、小冰期相对应，可能是由于冷期冬季风增强导致大气粉尘物质增多、降雨增加、羚羊礁海域营养物质增加所致；后者（92 a BP至今）与近40年来西沙群岛珊瑚礁生态系统的快速退化相对应，可能是由人类活动加剧、大气氮沉降通量增加等导致的羚羊礁海域营养浓度升高所致。文章揭示了有孔虫指数可大体记录南海珊瑚礁的健康状况，可用于对地质历史时期珊瑚礁健康状况的评估。