Eine geringe Nettokarbonatakkretion zeichnet das Korallenriff Floridas aus

Oct 21, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 19582 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Ein Lebensraum für Korallenriffe entsteht, wenn die Kalziumkarbonatproduktion durch Kalkbildner den Abbau durch physikalische und biologische Erosion übersteigt. Karbonathaushaltsuntersuchungen bieten eine Möglichkeit, die rahmenverändernden Wirkungen verschiedener Ansammlungen von Meeresarten zu quantifizieren, um die Nettokarbonatproduktion zu bestimmen, eine einzige Messgröße, die die Persistenz des Rifflebensraums zusammenfasst. In dieser Studie wurden Karbonatbudgets für 723 Standorte im gesamten Florida Reef Tract (FRT) berechnet, wobei benthische Bedeckungs- und Papageienfisch-Demografiedaten aus dem National Coral Reef Monitoring Program der NOAA sowie hochauflösende LiDAR-Topobathymetrie verwendet wurden. Die Ergebnisse verdeutlichen den Erosionszustand der meisten Untersuchungsstandorte mit einem Trend zu gefährdeteren Lebensräumen im nördlichen FRT, insbesondere in der Region Südostflorida (− 0,51 kg CaCO3 m−2 Jahr−1), die in unmittelbarer Nähe liegt Städtischen Zentren. Ein detaillierter Vergleich der Rifftypen zeigt, dass Riffe in der Mitte des Kanals in den Florida Keys die höchste Nettokarbonatproduktion aufweisen (0,84 kg CaCO3 m−2 pro Jahr) und weist darauf hin, dass diese Riffe möglicherweise Hindernisse für die Riffentwicklung in der gesamten Region darstellen. Diese Studie berichtet, dass sich die Riffe Floridas, insbesondere ihre physische Struktur, in einem Zustand der Nettoerosion befinden. Wenn diese Riffe an Struktur verlieren, werden die von ihnen bereitgestellten Ökosystemleistungen verringert, was zeigt, wie wichtig verstärkte Schutz- und Bewirtschaftungsbemühungen sind, um diesen Trends entgegenzuwirken.

Korallenriffe sind eines der biologisch vielfältigsten Ökosysteme1,2; Sie unterstützen eine Fülle von Ökosystemleistungen (z. B. Schutz von Wellenbrechern an der Küste, kommerzielle Fischerei, Tourismus) und sind wesentliche Einnahmequellen für die lokale Wirtschaft3. Der Florida Reef Tract (FRT) ist eines der wirtschaftlich bedeutendsten Riffgebiete der Welt mit einem geschätzten Wert von > 8,5 Milliarden US-Dollar4. Ein Großteil der Funktionalität und Ökodienstleistungen von Korallenriffen hängt von der komplexen dreidimensionalen Struktur des Riffgerüsts ab5.

Das Wachstum des Riffgerüsts und sein Fortbestehen im Laufe der Zeit sind eine Funktion des Gleichgewichts zwischen Verkalkung (biologische Ausfällung von Kalziumkarbonat [CaCO3]) und dem Abbau, der Umverteilung und der Auflösung von CaCO3 durch physikalische und biologische Erosion. Skleraktinische Korallen sind häufig die Hauptursache für das Wachstum und die Ansammlung von Riffen6. Bei gesunden Riffsystemen begünstigt das Gleichgewicht zwischen diesen kalkbildenden und biologisch erodierenden Kräften tendenziell die Nettoakkumulation von Riffen und damit ein positives Riffwachstum7.

Trotz des begrenzten Riffwachstums in den letzten 3000 Jahren behielt das FRT aufgrund der hohen regionalen Korallenbedeckung die meisten Ökosystemfunktionen bis zum Ende des 20. Jahrhunderts bei8. In den letzten Jahrzehnten haben zahlreiche lokale und globale Stressfaktoren zur Verschlechterung der FRT beigetragen, aber Krankheiten und bleichbedingte Sterblichkeit waren die Hauptursache für Verluste bei lebenden Korallen9,10,11,12. Die Korallenbedeckung an den äußeren Schelfriffen der Region ist gering (im Allgemeinen < 5 %), aber einige Riffe näher an der Küste weisen eine höhere Korallenbedeckung auf und zeigen eine Widerstandsfähigkeit gegenüber wiederkehrenden Bleichereignissen13,14,15,16.

Diese jüngsten Trends haben zu zwei Schlüsselfragen geführt. Erstens: Wie hat sich der Verlust lebender Korallen im gesamten FRT auf das Wachstum/den Verlust des Riffgerüsts ausgewirkt? Zweitens: Welche Auswirkungen hat der regionale Verlust lebender Korallen auf die Nettokarbonatproduktion in der Zukunft?

Hier präsentieren wir aktuelle Raten der Riffkarbonat-Akkretion und Bioerosion, gemessen an 723 Korallenriffstandorten im FRT unter Verwendung eines modifizierten ReefBudget17-Ansatzes (Abb. 1). Dies stellt die größte Bewertung räumlicher Trends in der Riffkarbonatproduktion über mehrere biogeografische Regionen (n = 3), Unterregionen (n = 4) und Rifftypen im FRT dar, sowie die größte Bewertung des Riffzustands, die jemals für das Riff durchgeführt wurde FRT. Diese Studie hat erhebliche Auswirkungen auf die weitere Bereitstellung der wichtigsten Ökosystemleistungen von Korallenriffen, wie z. B. Schutz vor Stürmen und Anstieg des Meeresspiegels, sowie für die kommerzielle und Freizeitfischerei in den Florida Keys und an der Küste Südfloridas.

Von den drei biogeografischen Regionen des FRT (d. h. Dry Tortugas, Florida Keys, Südostflorida) gab es die höchste mittlere Korallenbedeckung in den Dry Tortugas (DRTO = 7,81 % ± 7,83, Mittelwert ± SD) und den Florida Keys (FLK =). 8,57 % ± 10,05) (Tabelle 1). Die Korallenbedeckung im Südosten Floridas war sehr gering (SEFL = 1,46 % ± 2,27). Die FLK wies die größte regionale Variabilität der Korallenbedeckung auf, wobei die Bedeckung zwischen den Standorten zwischen 0 und 52 % lag. DRTO und SEFL hatten eine maximale Korallenbedeckung von 36 % bzw. 12 %.

Es gab einen signifikanten positiven Zusammenhang zwischen der lebenden Korallenbedeckung und der Nettokarbonatproduktion (lineare Regression, R2 = 0,40, P < 0,0001, F = 479,1) (Abb. 2). Die am stärksten erosiven Riffe wurden im FLK und SEFL gefunden (minimale Nettokarbonatproduktion von − 7,6 kg CaCO3 m−2 Jahr−1 bzw. − 8,5 kg CaCO3 m−2 Jahr−1). Obwohl die durchschnittliche Korallenbedeckung geringer ist als in der FLK, betrug die minimale aufgezeichnete Nettokarbonatproduktion in DRTO − 3,9 kg CaCO3 m−2 Jahr−1. Die lineare Regressionsanalyse beschrieb einen Korallenbedeckungsschwellenwert von 8,2 % bzw. 10,5 % für DRTO und FLK, um ein positives Riffwachstum aufrechtzuerhalten (Abb. 2). Für SEFL gab es keinen Zusammenhang zwischen der Korallenbedeckung und der Nettokarbonatproduktion, da die Riffe in dieser Region fast ausschließlich durch Nettoerosion verursacht wurden.

Es gab einen signifikanten negativen Zusammenhang zwischen der Papageienfischbiomasse und der Nettokarbonatproduktion (R2 = 0,28, P < 0,0001, F = 285,1) (Abb. 2). Die Papageienfisch-Biomasse unterschied sich deutlich zwischen den Regionen (Generalisiertes lineares Modell [GLM], F = 28,3, P < 0,0001) und war für die FLK-Riffstandorte am höchsten, mit einer durchschnittlichen Biomasse von 118,7 ± 160,9 kg ha−1 (Mittelwert ± Standardabweichung; Maximum). 1251,3 kg ha−1) (Tabelle S1). Dem stehen 57,1 ± 93,2 kg ha-1 in SEFL (maximal 851,4 kg ha-1) und 48,4 ± 40,2 kg ha-1 in DRTO (maximal 324,4 kg ha-1) gegenüber.

Unsere Ergebnisse zeigen, dass Riffe in SEFL fast ausschließlich Nettoerosion aufwiesen und das größte Erosionsausmaß von − 0,513 ± 0,063 kg CaCO3 m−2 Jahr − 1 (Mittelwert ± Standardabweichung) aufwiesen (Abb. 1, Tabelle 2). In der Region Biscayne (BISC = − 0,225 ± 0,082 kg CaCO3 m−2 Jahr−1) und den oberen Florida Keys (UK = − 0,395 ± 0,122 kg CaCO3 m−2 Jahr−1) kam es zu einer ähnlichen Nettoerosion (Tabelle 2). . Die höchste Nettokarbonatproduktion im gesamten FRT wurde im MK (0,099 ± 0,095 kg CaCO3 m−2 Jahr−1) und LK (0,042 ± 0,128 kg CaCO3 m−2 Jahr−1) gemessen. Im Vergleich zum Rest des FRT wurde festgestellt, dass DRTO-Riffe in einem Zustand der Akkretionsstarre verharren, mit einer durchschnittlichen Nettokarbonatproduktion von −0,023 ± 0,050 kg CaCO3 m−2 pro Jahr.

Räumliche Trends in der Riffentwicklung in Südflorida. Lage der Untersuchungsstandorte im gesamten FRT mit Nettokarbonatproduktion (kg CaCO3 m−2 Jahr−1), dargestellt durch das angegebene Farbschema. Die drei biogeografischen Regionen (d. h. DRTO, Dry Tortugas; FLK, Florida Keys; und SEFL, Südost-Florida) sind in einzelne Felder mit den für diese Region spezifischen Rifftypen unterteilt. Für SEFL waren keine Daten zum Rifftyp verfügbar. Balkendiagramme beschreiben die mittlere Nettokarbonatproduktion (schwarz), die Bruttokarbonatproduktion (weiß) und die Bruttokarbonaterosion (grau) für jeden Rifftyp und jede Unterregion, wobei n = Anzahl der Standorte ist. Fehlerbalken stellen den Standard dar. Fehler.

Die Riffe in der Mitte des Kanals in den gesamten Florida Keys zeigten eine positive Nettokarbonatproduktion (Tabelle 2). Offshore-Riffe in LK und MK sowie Uferriffe in DRTO zeigten ebenfalls eine positive Nettokarbonatproduktion. Alle anderen Rifftypen waren Nettoerosion (Tabelle 2). Die Netto- und Bruttokarbonatproduktion variierte erheblich zwischen den Rifftypen (GLM, F = 22,1, P < 0,001 bzw. F = 29,7, P < 0,001), die Bruttokarbonaterosion jedoch nicht (Abb. 1, Tabelle 2). Im LK wiesen Riffe in der Mitte des Kanals eine höhere Netto- und Bruttokarbonatproduktion auf als Küstenstandorte (F = 19,6, P < 0,0001 bzw. F = 21,3, P < 0,0001). Der MK zeigte einen klaren Trend zur Steigerung der Nettokarbonatproduktion weiter von der Küste entfernt (Abb. 2). Trends in Bezug auf Rifftyp und Riffwachstum waren in BISC weniger klar, da alle Lebensraumtypen Nettoerosion erlitten (Abb. 1, Tabelle 2).

Primäre biologische Treiber der Riffentwicklung in Südflorida. Lineare Regressionsdiagramme der Nettokarbonatproduktion (kg CaCO3 m−2 Jahr−1) im Verhältnis zu (a) % lebender Korallenbedeckung und (b) Papageienfischbiomasse (kg ha−1) für DRTO, trockene Tortugas (hellblau); FLK, Florida Keys (blau); und SEFL, Südost-Florida (dunkelblau). Für die statistische Analyse wurden Daten aus allen drei biogeografischen Regionen zusammengefasst. Die graue Zoneneinteilung um die Regressionslinien stellt ein 95 %-Konfidenzintervall dar.

Von den 723 in dieser Studie analysierten Riffstandorten waren 70 % Nettoerosion, was darauf hindeutet, dass das Riffgerüst in weiten Teilen des FRT wahrscheinlich verloren geht. Diese Ergebnisse stimmen mit früheren Studien zum Riffkarbonathaushalt in den Florida Keys überein, die ergaben, dass 89 %18 und 77 %11 der Riffe in der gesamten Region Nettoerosion erlebten. Etwa ein Drittel (37 %) der untersuchten Riffe an mehreren Standorten in der Karibik/im Westatlantik (z. B. Bahamas, Grand Cayman, Bonaire, Belize) waren Nettoerosion19. Dies zeigt, dass sich die FRT im Vergleich zur gesamten Karibik in einem besonders gefährdeten und degradierten Zustand befindet.

Diese Daten deuten darauf hin, dass der Korallenrifflebensraum im gesamten FRT wahrscheinlich an struktureller Komplexität verliert und einen Rückgang kritischer Ökosystemfunktionen erlebt11,18,20,21,22. Diese Riffsysteme wurden in den letzten 50 Jahren negativ verändert, wobei eine der folgenreichsten Veränderungen die Abkehr von den vorherrschenden lebensraumschaffenden Korallenarten (d. h. Acropora spp. und Orbicella spp.) hin zu opportunistischen „unkrautigen“ Arten (d. h , Porites astreoides und Siderastrea siderea) mit einer begrenzten Kapazität für die Karbonatproduktion und die Schaffung von Lebensräumen10,14. Es ist unwahrscheinlich, dass die Entstehung dieser neuartigen, minimale Lebensräume bildenden benthischen Gemeinschaften den derzeitigen Weg des Lebensraumverlusts umkehren wird und ein Signal dafür ist, dass ein Wendepunkt in Richtung Riffzerstörung für einen Großteil des FRT möglicherweise bereits überschritten wurde. Mit diesen gemeinschaftlichen Veränderungen verbunden ist eine größere Anfälligkeit für künftige Umweltstörungen, eine weitere Verschlechterung des Riffsystems23,24 und ein Rückgang des jährlichen wirtschaftlichen Schutzwerts, den die Riffsysteme Südfloridas bieten, um bis zu 823 Millionen US-Dollar22.

SEFL, die nördlichste biogeografische Region in Südflorida, ist die am stärksten degradierte Region der FRT. SEFL hatte den höchsten Anteil an Nettoerosionsriffen (98 % der Riffe) sowie die niedrigste Korallenbedeckung und Bruttokarbonatproduktionsrate der FRT (Tabelle 2). SEFL-Riffe werden von nicht gerüstbildenden Organismen wie Makroalgen, Rasenalgen, Weichkorallen und Schwämmen dominiert, die direkt mit Korallen um Platz konkurrieren und kurzlebigere Lebensraumquellen darstellen als Riffgerüste aus Kalziumkarbonat6. Das Fehlen einer ausreichenden Kalkbildungsgemeinschaft hat zu einer minimalen Riffentwicklung in der gesamten Region geführt, was frühere geologische Untersuchungen in der Region bestätigt, die davon ausgingen, dass das aktive Aufwärtswachstum des Riffs vor 3.700 bis 8.000 Jahren aufgehört hat8,25,26.

Im Vergleich zum Nettoerosionszustand der meisten SEFL-Riffe scheinen die Riffe in der Mitte des Kanals im FLK potenzielle Hindernisse für positive Nettokarbonatbudgets zu sein (Tabelle 2). Aufgrund der erhöhten Bruttokarbonatproduktion und der geringeren Bruttokarbonaterosion könnten die Riffe in der Mitte des Ärmelkanals im Vereinigten Königreich und im Südwesten tatsächlich Refugien für die künftige Riffentwicklung bieten, was darauf hindeutet, dass diese Riffe derzeit das größte Potenzial zur Aufrechterhaltung von Ökodienstleistungen haben. Während des Holozäns wurde die schlechteste Riffentwicklung im FLK für MK-Riffe dokumentiert27, aber unsere Daten zeigen, dass die mittleren Kanal- und Offshore-Standorte im MK einige der höchsten gemessenen Nettokarbonatproduktionsraten aufweisen. Zukünftige Arbeiten sollten untersuchen, ob die regelmäßige Exposition gegenüber den suboptimalen Gewässern der Florida Bay in dieser Region zu einer Stressverhärtung dieser Korallengemeinschaften geführt hat und es ihnen ermöglicht hat, fortzubestehen. Es ist wichtig anzumerken, dass die höchsten hier dokumentierten regionalen Bruttokarbonatproduktionsraten (~ 5 kg CaCO3 m−2 Jahr−1) immer noch deutlich unter den durchschnittlichen Raten liegen, die während des Holozäns in der Karibik gemeldet wurden19 (≥ 10 kg CaCO3 m−2 Jahr−). 1).

Die wichtigsten biologischen Treiber der Riffentwicklung in Südflorida waren die Korallenbedeckung und die Papageienfischbiomasse (Abb. 2). Während frühere Studien einen Rückgang der Korallenbedeckung in der FLK von 12 % im Jahr 1996 auf 4,9 % im Jahr 201524 gemessen haben, war diese Bewertung der Riffsysteme in Südflorida mit einer regionalen durchschnittlichen Korallenbedeckung von 8,2 % geringfügig optimistischer. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass dieser Wert immer noch unter dem geschätzten Schwellenwert von 10 % der Korallenbedeckung liegt, der für eine nachhaltige Riffentwicklung erforderlich ist19, was darauf hindeutet, dass sich die Riffe in Südflorida nach wie vor in einem degradierten Zustand befinden.

SEFL-Riffe hatten die niedrigste Papageienfischdichte und die zweitniedrigste Papageienfischbiomasse, gemessen entlang der FRT. Damit verbunden war der geringste prozentuale Beitrag von Papageienfischen zur Bruttokarbonaterosion, wobei SEFL die einzige Region/Unterregion war, die nahezu gleiche Papageienfisch- und Mikrobioerosionsraten aufwies (Tabelle S1). Diese verringerten Papageienfischpopulationen scheinen ausschließlich auf die regionale benthische Bedeckung zurückzuführen zu sein, wobei die SEFL-Riffsysteme größtenteils aus Lebensräumen mit niedrigem Relief und hartem Boden bestehen28, die nur von kleinen Korallenkolonien25,29 gekennzeichnet sind. Das Fehlen eines komplexen 3D-Rahmenwerks schränkt nicht nur den verfügbaren Lebensraum ein, der für die Erhaltung robuster Papageienfischpopulationen erforderlich ist, sondern ist aufgrund ihrer Vorliebe für konvexe, raue Substrate auch ein suboptimales Substrat für die Fütterung von Papageienfischen30.

Speziell für die FLK stützen die Papageienfischdaten frühere Bewertungen in der Region18, wobei die höchsten Papageienfisch-Biomasse- und Erosionsraten im Vereinigten Königreich und in LK gemessen wurden. In diesen Unterregionen wiesen die küstennahen und küstennahen Rifftypen im Vergleich zu den Systemen in der Mitte des Kanals eine deutlich höhere Papageienfischbiomasse auf. Dies war ein Hauptfaktor für die positive Riffentwicklung in den Riffen in der Mitte des Kanals im Vergleich zu den durch Netzerosion verursachten Gegenstücken an Küsten und vor der Küste. Während frühere Studien zum Karbonathaushalt eine deutlich stärkere Papageienfisch-Erosion bei vorgelagerten Riffarten festgestellt haben31, scheint die FLK einzigartig zu sein, da sie beträchtliche küstennahe und küstennahe Papageienfischpopulationen aufweist, mit einer potenziellen Ruhepause in der Mitte des Kanals von der Papageienfisch-Erosion. Da sich Papageienfische bevorzugt von abgestorbenem Substrat ernähren32, können die geringe Korallenbedeckung und die hohe Verfügbarkeit von nacktem Substrat an küstennahen und vorgelagerten Riffen die Erosion von Papageienfischen im Vergleich zu den Riffen mit hoher Korallenbedeckung in der Mitte des Kanals fördern.

Diese Studie stellt die bislang umfassendste Bewertung der Karbonatproduktionszustände für die FRT dar. Bei 70 % der untersuchten Standorte wurde eine Nettoerosion beobachtet; 98 % der Riffe in der Nähe der städtischen Zentren im Süden Floridas erodieren. Räumliche Trends identifizierten die markantesten Nettoerosionsriffe im nördlichsten Teil des FRT, ein Ergebnis, das mit früheren Studien zum Karbonathaushalt übereinstimmt, die entlang des Mesoamerican Reef Tract33 durchgeführt wurden. Ein Vergleich der Rifftypen legt nahe, dass Riffe in der Mitte des Kanals im Vergleich zu anfälligen Rifftypen an der Küste und vor der Küste potenzielle Hindernisse für die Riffpersistenz darstellen werden, wobei diese Trends hauptsächlich durch Unterschiede in der Korallenbedeckung und der Papageienfisch-Biomasse verursacht werden. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass unter den gegenwärtigen Bedingungen das Fortbestehen der FRT-Gewohnheit gefährdet ist, sofern keine Managementstrategien eingreifen, um die Karbonatproduktion und die Korallenbedeckung in der gesamten Region erheblich zu erhöhen.

Benthos- und Fischuntersuchungen wurden an zufällig geschichteten Standorten im gesamten FRT durch das National Coral Reef Monitoring Program (NCRMP) der NOAA durchgeführt. Die Standorte wurden in drei biogeografische Regionen eingeteilt, darunter Dry Tortugas (DRTO, n = 228), Florida Keys (FLKs, n = 322) und Südostflorida (SEFL, n = 173) (Abb. 1). Die Florida Keys wurden weiter in die folgenden vier Unterregionen eingeteilt: Lower Keys (LK, n = 103), Middle Keys (MK, n = 46), Upper Keys (UK, n = 140), Biscayne (BISC, n = 33). Innerhalb jeder Region/Unterregion (mit Ausnahme von SEFL) wurden Riffe nach Rifftypen kategorisiert. Für DRTO umfasste dies Ufer-, Vorriff- und Lagunenriffstandorte. Für LK, MK, UK und BISC wurden die Rifftypen in Küstenriff, Mittelkanal und Offshore kategorisiert. In den Jahren 2014, 2016 und 2018 wurden in der gesamten Region Daten erhoben.

Fisch- und Benthosuntersuchungen wurden gemäß den NCRMP-Methoden34 durchgeführt (Tabelle S2). Das für die Fischuntersuchungen verwendete Protokoll wurde aus einer modifizierten RVC-Methode (Reef Visual Census)35 entwickelt und unter Verwendung eines geschichteten Zufallsstichprobendesigns durchgeführt. Taucher untersuchten zwei Zylinder mit einem Durchmesser von 15 m und einem Abstand von 15 m. Über einen Zeitraum von fünf Minuten wurden Fischarten auf der niedrigsten taxonomischen Ebene identifiziert. Darauf folgten weitere fünf Minuten, die der Erfassung der Artenhäufigkeit und -größe (10-cm-Behälter) gewidmet waren.

Zur Quantifizierung der benthischen Bedeckung an jedem Standort wurden Erhebungen durchgeführt. Das Protokoll für diese Untersuchungen folgte einem standardmäßigen Linienpunkt-Schnittpunkt-Stichprobendesign. An jedem Standort wurde ein 15 m schweres Transekt entlang der Riffoberfläche drapiert. Vermessungsingenieure zeichneten die benthische Zusammensetzung in Abständen von 15 cm entlang des Transekts auf (dh an 100 Punkten mit gleichem Abstand). Die benthische Zusammensetzung dieser 100 Punkte wurde dann in die prozentuale Bedeckung ökologisch wichtiger funktioneller Gruppen (Skleraktinenkoralle [artspezifisch], Gorgonien, Hydrokoralle, CCA, Makroalgen, Rasenalgen, Schwämme, nacktes/totes Substrat, Sand/Sediment) umgewandelt.

Planare benthische Untersuchungen wurden angepasst, um der dreidimensionalen Komplexität (d. h. Rauheit) jedes Standorts Rechnung zu tragen. Dabei wurden LiDAR-Daten (Light Detection and Ranging) (1 m horizontale Auflösung, 15 cm vertikale Auflösung) aus topobathymetrischen Kartierungsuntersuchungen im Osten Südfloridas verwendet Küstenlinie, durchgeführt vom National Geodetic Survey der NOAA. Mithilfe von ArcGIS Pro mit 3D- und Spatial Analyst-Erweiterungen (ESRI) wurde eine 15 mx 15 m große Region of Interest (ROI) um die GPS-Koordinaten jedes Standorts herum platziert. Der ROI wurde dann mit vorhandenen Multibeam-Echolot- (MBES) und LiDAR-Bathymetriedaten überlagert. Innerhalb des ROI wurde LiDAR mithilfe der Clip Raster-Funktion von ArcPy (der Python-Codierungsschnittstelle von ArcGIS) extrahiert und das Oberflächenvolumen-Tool zur Berechnung der 3D-Oberfläche verwendet. Die Rauheit wurde berechnet, indem die 3D-Oberfläche durch die 2D-Oberfläche des ROI dividiert wurde.

Die Methodik zur Standardisierung der Riffkarbonatbudgets auf die topografische Komplexität (d. h. Rauheit) wich von der des ReefBudget-Ansatzes ab, indem sie eine ortsspezifische Rauheit anstelle einer artspezifischen Rauheit verwendete17. Dies war eine notwendige Einschränkung dieser Analyse, da die Transektrauheit in Schritten von 1 m nicht mit dem NCRMP-Protokoll zur benthischen Untersuchung gemessen wurde. Um sicherzustellen, dass die topografische Komplexität des Riffs dennoch berücksichtigt wurde, wurde in dieser Analyse jedoch die Rauheit des gesamten Riffstandorts verwendet, die aus LiDAR-Bathymetriedaten berechnet wurde. Während die Rauheit des Standorts und nicht der einzelnen benthischen Komponenten, insbesondere bei Korallen, zu einer Unter- oder Überschätzung der Karbonatproduktionsraten führen kann, stellen wir fest, dass die Rauheit des Standorts und der Arten (d. h. Verkrustungen und massive Korallenmorphologien) bei der überwiegenden Mehrheit gering war der untersuchten Standorte und Arten, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Unter- oder Überschätzung verringert wird.

Die Analyse des Riffkarbonathaushalts wurde nach einer modifizierten Version des ReefBudget-Ansatzes17 durchgeführt. Die Korallenkarbonatproduktion wurde aus artspezifischen linearen Ausdehnungsraten (cm Jahr−1), Skelettdichte (g cm−3), Korallenmorphologie (Verzweigung, massiv, submassiv, Verkrustung/Beschichtung) und prozentualer Bedeckung abgeleitet. Die Karbonatproduktion durch CCA und andere kalkhaltige Krustenbildner wurde in ähnlicher Weise als Funktion der Oberfläche, der in der Literatur angegebenen linearen Ausdehnungsraten und der Skelettdichte berechnet17. Die Bruttokarbonatproduktion an jedem Untersuchungsstandort wurde als Gesamtsumme der Karbonatproduktion aller an jedem Standort vorkommenden kalkhaltigen Organismen gemessen und auf die standortspezifische Riffrauheit standardisiert.

Die Bruttokarbonaterosion für jede Untersuchungsstelle wurde als Gesamtsumme der Erosion durch vier biologisch erodierende Gruppen berechnet: Papageienfische, Mikrobohrer, Makrobohrer und Seeigel. Die Berechnungen folgten in etwa den ReefBudget-Methoden17 (Tabelle 1). Die Häufigkeitsverteilungen der Papageienfischgröße aus NCRMP-Erhebungen wurden mit der Größe und den artspezifischen Bissraten (Bisse min−1), dem pro Biss entfernten Volumen (cm3) und dem Anteil der Bisse, die Narben hinterlassen, multipliziert, um die Gesamterosion der Papageienfische zu berechnen17. Die in diesen Berechnungen verwendete Substratdichte (1,72 g cm-3) folgte der des ReefBudget-Protokolls17. Die Mikrobioerosion wurde aus der prozentualen Bedeckung mit totem Korallensubstrat berechnet, die mit einer aus der Literatur abgeleiteten Rate17 von − 0,240 kg CaCO3 m−2 pro Jahr multipliziert wurde. Die Makroborierung wurde als prozentuale Bedeckung durch Clionidenschwämme multipliziert mit der durchschnittlichen Erosionsrate aller karibischen/atlantischen Clionidenschwämme17 (-6,05 kg CaCO3 m−2 Jahr−1) berechnet. Die externe Bioerosion durch Seeigel wurde anhand der Diadema-Seeigel-Häufigkeit berechnet, die bei den benthischen Untersuchungen ermittelt wurde. Aufgrund des Mangels an Testgrößendaten aus den benthischen NCRMP-Erhebungen wurde die Häufigkeit von Seeigeln mit der Bioerosionsrate eines durchschnittlichen Diadema-Seeigels der Testgröße36 (66 mm) (-0,003 kg CaCO3 m-2 Jahr−1) multipliziert. Während die Verwendung eines durchschnittlichen Diadema-Seeigels für diese Analyse möglicherweise zu einer Unter- oder Überschätzung der Seeigel-Erosion geführt hat, war die Häufigkeit der in den Untersuchungen gemessenen Diadema-Seeigel minimal, da sie im gesamten FRT funktionell irrelevant zu sein schienen.

Da die in dieser Analyse verwendeten Erhebungsmethoden und Datenquellen von denen des Standardansatzes von ReefBudget17 abgeändert wurden, entschieden wir uns, unser Modell durch einen feinskaligen zeitlichen Vergleich der jährlichen ReefBudget-Erhebungen, die von der NOAA in Cheeca Rocks (UK) durchgeführt wurden, mit drei nahegelegenen NCRMPs zu validieren Websites, die in unserer Analyse verwendet wurden. Da die NCRMP-Erhebungen in den Jahren 2014, 2016 und 2018 durchgeführt wurden, konzentrierte sich diese Studie ausschließlich auf diese drei Erhebungsjahre aus dem NOAA-Cheeca-Rocks-Datensatz. Zeitliche Trends im Zusammenhang mit Riffwachstum/-erosion wurden visuell verglichen, um festzustellen, ob Erhebungstypen vergleichbare Ergebnisse lieferten (SI-Abbildung S6).

Alle Modellberechnungen und statistischen Analysen wurden mit R37 mit der R Studio-Erweiterung38 durchgeführt. Generalisierte lineare Modelle (GLMs) wurden auf Antwortvariablen angewendet, die an der Habitatproduktion beteiligt sind (d. h. Nettokarbonatproduktion, Bruttokarbonatproduktion und Bruttokarbonaterosion), um räumliche Trends im Zusammenhang mit der Riffentwicklung über Subregionen und Rifftypen hinweg zu bewerten. Bei jedem GLM wurde der Rifftyp innerhalb der Unterregion verschachtelt. Die beste Anpassungsverteilung für jede Variable wurde mit dem fitdistrplus R-Paket39 ermittelt. Eine lineare Regressionsanalyse wurde verwendet, um die Beziehung zwischen der Nettokarbonatproduktion und der lebenden Korallenbedeckung sowie der Papageienfischbiomasse zu bewerten. Alle Plots wurden mit dem Paket ggplot2 R40 erstellt und mit Adobe Illustrator41 stilistisch bearbeitet.

Die während der aktuellen Studie generierten und/oder für die Analyse verwendeten Datensätze sind bei NCEI und ERDDAP öffentlich verfügbar: https://coastalscience.noaa.gov/project/national-coral-reef-monitoring-program-biological-socioeconomic/.

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Wir sind dankbar für die Unterstützung des National Coral Reef Monitoring Program der NOAA bei der Datenerfassung und Unterstützung während der Analyse. Die Finanzierung erfolgte durch das NOAA Coral Reef Conservation Program Project Nr. 743.

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John T. Morris, Ian C. Enochs und Nicole Besemer

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John T. Morris & Nicole Besemer

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Jeremiah Blondeau und Laura Jay W. Grove

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Jeremiah Blondeau

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Erica K. Towle

Coral Reef Watch, Zentrum für Satellitenanwendungen und -forschung, Abteilung Satellitenozeanographie und Klimatologie, US National Oceanic and Atmospheric Administration, College Park, MD, 20740, USA

Derek P. Manzello

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JM, EI und NB haben die Studie entworfen. JM und NB führten die Datenanalyse durch. JM, EI und DM haben das Manuskript verfasst. Eine kritische Überarbeitung erfolgte durch alle Co-Autoren.

Korrespondenz mit John T. Morris.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Morris, JT, Enochs, IC, Besemer, N. et al. Eine geringe Nettokarbonatakkretion zeichnet das Korallenriff Floridas aus. Sci Rep 12, 19582 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-23394-4

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Eingegangen: 01. Juni 2022

Angenommen: 31. Oktober 2022

Veröffentlicht: 15. November 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-23394-4

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