pCO_2增加引起的海洋酸化对造礁珊瑚光合效率的影响

本研究采用叶绿素荧光技术,选取三种鹿回头珊瑚礁区常见的珊瑚种类(Acropora valida、Galaxea astreata和Favites abdita),分别设置海水环境为450μatm、650μatm(IPCC预测的2065年的水平)、和750μatm(IPCC预测的2100年的水平)的三个pCO2浓度梯度,监测珊瑚在不同CO2浓度下10天内的光合荧光参数的变化。实验结果表明,水体pCO2为650μatm时,珊瑚的总体光合效率最高,但随着时间延长,珊瑚荧光参数在三个浓度梯度下都会显示不同程度的下降趋势。虽然三种珊瑚对不同浓度CO2的响应程度不同,但均显示出在低浓度pCO2时,pH下降引起的酸化作用控制着珊瑚共生藻的光合效率;而随着pCO2浓度增加,CO2增加引起的施肥效应则愈加明显,并与酸化作用竞争,共同作用于珊瑚共生藻,使得光合荧光参数在波动中发生变化。     

pCO2增加引起的海洋酸化对造礁珊瑚光合效率的影响研究

海洋酸化是近年来人类所遇到的重大全球环境问题之一,它指的是大气CO2浓度增加引起的海水pH降低的现象。海洋酸化已经威胁到珊瑚礁及其它钙质生物的生存与发展。近期的预测模型与野外实验均表明,海洋酸化的后果可能比以前想象的更为严峻。本研究采用叶绿素荧光技术,选取3种鹿回头珊瑚礁区常见的珊瑚种类（Acropora valida、Galaxea astreata和Favites abdita）,分别设置海水环境为450 μatm、650 μatm（IPCC预测的2065年的水平）和750 μatm（IPCC预测的2100年的水平）的3个pCO2浓度梯度,监测珊瑚在不同CO2浓度背景下10天内的光合荧光参数的变化。实验结果表明,水体pCO2为650μatm时,珊瑚的总体光合效率最高,但随着时间的延长,珊瑚荧光参数在3个浓度梯度下都会显示不同程度的下降趋势。虽然3种珊瑚对不同浓度CO2响应的程度不同,但基本上显示出,在低浓度pCO2时,pH下降引起的酸化作用控制着珊瑚共生藻的光合效率;而随着浓度的增加,CO2增加引起的施肥效应愈加明显,与酸化作用竞争,共同作用于珊瑚共生藻,使得光合荧光参数在波动中变化。     

涠洲岛海域美丽鹿角珊瑚和秘密角蜂巢珊瑚的性腺发育研究

性腺发育是造礁珊瑚有性繁殖的重要过程,珊瑚会在性腺发育成熟后待环境适宜时进行大规模排卵。了解造礁珊瑚的性腺发育过程对预测其排卵时间具有重要的意义,但目前尚未有关于涠洲岛海域造礁珊瑚性腺发育的报道,且该海域造礁珊瑚的排卵时间也不明确。因此,本文于2021年9月至2022年5月,以涠洲岛海域的美丽鹿角珊瑚（Acropora formosa）和秘密角蜂巢珊瑚（Favites abdita）为研究对象,观察其在自然海域的性腺发育过程及排卵时间。结果显示,在自然海域美丽鹿角珊瑚的卵母细胞从9月开始发育,约经9个月发育成熟,精巢从11月开始发育,经2～3个月成熟;秘密角蜂巢珊瑚的卵母细胞在10–11月间开始发育,经7～8个月发育成熟,精巢发育周期为1～2个月;2种珊瑚的配子均在2022年5月份同步成熟,并于2022年5月19–22日（农历四月十九至二十二日）间观察到了室内2种珊瑚的排卵行为,与其在自然海域的排卵时间基本一致。基于上述证据,本文推测涠洲岛海域美丽鹿角珊瑚和秘密角蜂巢珊瑚主要的排卵时间在农历四月十五日前后。本研究为涠洲岛造礁珊瑚的繁殖生物学提供了宝贵的信息,为进一步利用其有性繁殖进行珊瑚礁的生态修复等提供了理论依据。     

海水酸化和碱化对斑点海链藻光合生理特性的影响

大气CO₂浓度升高引起的海洋酸化可能对浮游植物造成不同程度的影响。而近海浮游植物不仅面临着海水酸化问题,还会受到海水溶解性CO₂降低及pH升高(海水碱化)的影响。本实验以斑点海链藻(Thalassiosira punctigera)为研究对象,测定7个不同pCO₂水平(25 μatm、50 μatm、100 μatm、200 μatm、400 μatm、800 μatm、1 600 μatm)下的生长、光合作用和呼吸作用速率、细胞粒径、叶绿素a和生物硅含量以及叶绿素荧光等参数。结果表明,与400 μatm相比,在海水酸化(pCO₂ > 400 μatm)和海水碱化(pCO₂ < 400 μatm) 条件下,斑点海链藻的生长速率和叶绿素a含量都显著降低,但是碱化条件下降低的程度更大。此外,碱化处理的藻细胞光合作用速率、最大量子产量(Fv/Fm)和最大相对电子传递速率(rETR_max)都显著低于400 μatm培养下的细胞,而呼吸作用速率显著升高,但是生物硅含量和细胞大小无明显变化。研究表明海水碱化和海水酸化均会抑制其生理活动,而且海水碱化对其影响更显著。这表明正常pCO₂生长下的藻细胞具有最适的生理状态。本研究可为探究海水碳酸盐系统变化对海洋初级生产力的影响提供一定的数据支持。     

海水升温对壮实鹿角珊瑚幼虫存活和附着的影响

研究海水升温对石珊瑚幼虫存活及附着的影响有助于理解和预测海洋暖化背景下幼虫的扩散和种群补充动态.探究了海水升温(+3℃)对壮实鹿角珊瑚(Acropora robusta)幼虫存活和附着的影响.两个温度下孵育7d后幼虫的存活率均大于90%,升温对珊瑚幼虫的存活并无明显的影响;在孔水石藻(Hydrolithon onkodes)诱导下,3℃的升温使珊瑚幼虫的附着率提高了75%,同时升温改变了珊瑚幼虫的附着选择:30℃下孵育7d的幼虫中附着在塑料六孔板表面的比例是27℃条件下孵育的幼虫的13倍,然而二者中附着于珊瑚藻表面和侧面骨骼的幼虫比例相近.研究表明环境温度3℃以上7d的升温处理并不影响壮实鹿角珊瑚幼虫的存活,但会促进幼虫的附着进而缩短幼虫的浮游期,升温会限制珊瑚幼虫的扩散并对排卵型珊瑚种群间的遗传连通性产生潜在影响.     

南海表层海水Sr-U同位素记录及其环境意义

利用热电离质谱方法分析了取知南海不同海域的现代珊瑚和全新世珊瑚样品的Ｓｒ、Ｕ同位素组成。结果表明,南海珊湖代表的礁区表层海水＾８７Ｓｒ／＾８６Ｓｒ比值介于０．７０８９０２－０．７０９４０１之间,分布相当不均一,而δ＾２３４Ｕ则主要介于１７０－１８０之间,明显高于开放大洋１４４的结果,反映周边大陆物质输入对南海表层海水组成具有重要影响。     

海洋酸化、暖化对两种鹿角珊瑚幼虫附着及幼体存活的影响

大气CO₂浓度持续升高导致海洋酸化和暖化影响着造礁石珊瑚和珊瑚礁生态系统。为探明造礁石珊瑚早期生活史对海洋酸化和暖化的生理学响应,本文研究了温度(约28℃,约30℃)和pCO₂(约570μatm,约1 300μatm)以及两者协同作用对简单鹿角珊瑚(Acropora austera)和中间鹿角珊瑚(A. intermedia)早期生活史的影响。实验结果表明,升温(+约2.5℃)和酸化(约1 300μatm)对两种鹿角珊瑚幼虫的附着率和死亡率均无显著影响。酸化显著降低了简单鹿角珊瑚幼体存活率(25.87%),但并不显著影响中间鹿角珊瑚幼体的存活率;升温对两种鹿角珊瑚幼体存活率无显著影响。升温(+约2.5℃)、酸化(约1 300μatm)对简单、中间鹿角珊瑚幼虫的存活和附着过程的影响较小,但是酸化对简单鹿角珊瑚幼体存活的影响高于暖化。本文结果表明,珊瑚补充过程对海洋酸化和暖化的响应可能具有种类特异性,气候变化将逐渐改变造礁石珊瑚的群落结构。     

海洋酸化模拟控制系统及其在珊瑚生理研究中的应用

Due to the elevated atmospheric carbon dioxide, ocean acidification(OA) has recently emerged as a research theme in marine biology due to an expected deleterious effect of altered seawater chemistry on calcification. A system simulating future OA scenario is crucial for OA-related studies. Here, we designed an OA-simulated system(OASys) with three solenoid-controlled CO2 gas channels. The OASys can adjust the pH of the seawater by bubbling CO2 gas into seawaters via feedback systems. The OASys is very simple in structure with an integrated design and is new-user friendly with the instruction. Moreover, the OASys can monitor and record real-time pH values and can maintain pH levels within 0.02 pH unit. In a 15-d experiment, the OASys was applied to simulate OA in which the expected target pH values were 8.00, 7.80 and 7.60 to study the calcifying response of Galaxea fascicularis. The results showed daily mean seawater pH values held at pH 8.00±0.01, 7.80±0.01 and 7.61±0.01 over15 d. Correspondingly, the coral calcification of G. fascicularis gradually decreased with reduced pH.     

海洋酸化没有显著影响成体鹿角杯形珊瑚的钙化作用和光合能力

工业革命以来,人类活动释放的大量CO2进入大气层,不仅产生严重的温室效应,也使得全球海洋出现酸化的现象。造礁珊瑚被认为是受海水酸化影响最大的类群。本研究以鹿角杯形珊瑚(Pocillopora damicornis)为研究对象,通过气体交换法模拟未来的酸化环境(2100年)研究鹿角杯形珊瑚的钙化率和光合能力(Fv/Fm)对酸化的响应。实验设置两个pH组(分别为7.8和8.1),自然光下进行4周的实验,水温控制在(27.5±1)℃。由于珊瑚等生物的代谢过程(主要是呼吸作用),实验系统的pH昼夜变化显著,酸化处理组和对照组的pH分别介于7.69~7.91和7.99~8.29。鹿角杯形珊瑚的生长率介于1.15%~2.09%/周,酸化对鹿角杯形珊瑚的钙化率和光合效率没有显著的影响,鹿角杯形珊瑚对酸化的敏感度低。对比历史研究数据,本研究的结果进一步表明酸化对造礁珊瑚的影响存在种的特异性。推测鹿角杯形珊瑚对酸化的抗性可能与该珊瑚在有光的条件下能够利用HCO-3以及能够上调钙化位点的pH有关。这种特异性的pH缓冲能力使得珊瑚能维持钙化位点钙质基质高的文石饱和度(Ωarag),因此能以小的额外能耗提高造礁珊瑚的钙化率。     

海南岛南岸三亚湾海水Sr/Ca、Mg/Ca变化及对珊瑚微量元素温度计的响应

本文对海南岛南岸三亚湾2008~2009年海水的周间隔取样,用全谱直读等离子体原子发射光谱(ICP-AES)分析方法对其Sr/Ca、Mg/Ca比值进行了测定。结果显示其比值（Sr/Ca=8.558~9.227mmol/mol,Mg/Ca=4.924~5.403 mol/mol）与全球各大洋和主要珊瑚礁区有明显地高异常偏差,而且在春末夏初和秋末冬初两个过渡期,三亚湾海水Sr/Ca比值波动幅度比Mg/Ca相对较大,且体现了一定的差异性。在此基础上,结合海水的Sr/Ca、Mg/Ca比值在时间和地域空间上的变化对珊瑚温度计标定的影响,及对不同站点建立的珊瑚Sr/Ca温度计进行了重新校正,并与分配系数法对比分析,我们认为利用珊瑚的Sr/Ca、Mg/Ca比值重建古SST记录时必须综合考虑包括海水微量元素比值变化在内的各种影响因素对温度计标定的干扰。     

海洋酸化之时间序列研究进展

本文简要总结了海洋酸化时间序列研究的主要方法，重点综述了时间序列研究在揭示海洋酸化长期变化方面的重要进展。大气中 CO2 不断溶解进入海洋，导致海水 pH 与碳酸钙饱和度 （Ω） 降低，这一过程即为海洋酸化。海洋酸化时间序列研究主要关注 pH 与Ω的实时、动态、长期变化。在海洋酸化时间序列研究中，pH 一般通过锚泊浮标所搭载的传感器现场获得，而Ω则需借助相关参数间接计算得到。目前全球共有 21 套正在运行的锚泊浮标，分别布设在大洋、近岸和珊瑚礁等海域，记录了近十几年来全球典型区域海洋酸化的长期变化过程。受上升流、生产力、陆源输入等因素的协同影响，近岸海域的酸化现象极具季节/年际变化，pH 和Ω 的变化范围较大，分别为 7.780~8.723，1.07~9.25。大洋的 pH 变化范围为 7.890~8.238，珊瑚礁的 pH 变化范围为 7.837~8.273，大洋的Ω变化范围为 1.93~4.19，珊瑚礁的Ω 变化范围为 2.06~5.22。海洋酸化时间序列研究表明，受人为活动与气候变化的共同影响，北半球近岸典型海域的Ω在冬季和春季已出现低于生物耐受阈值的现象，将产生十分严重的生态危害，需要尽快采取应对措施。     

Responses of two temperate sponge species to ocean acidification

There are still major gaps in our understanding of the impact of ocean acidification (OA) on some groups of organisms within different geographic regions. We investigated the effect of OA on two common and ecologically important temperate sponge species in New Zealand (Tethya bergquistae and Crella incrustans). Sponges were kept at pH 8 (control) and 7.6 for 4 weeks. Responses of the two species varied, with T. bergquistae kept at pH 7.6 showing some mortality in response to reduced pH and evidence of tissues necrosis. In contrast, only one C. incrustans died in the pH 7.6 treatment and showed little evidence of any tissue degradation. Only T. bergquistae showed evidence for physiological effects of reduced pH as respiration rates were generally higher in the pH 7.6 treatment. Our results provide preliminary evidence to support a general tolerance of temperate sponges to reduced pH, but that some species-specific responses may exist.     

Biogeographic variability in the physiological response of the cold‐water coral Lophelia pertusa to ocean acidification

While ocean acidification is a global issue, the severity of ecosystem effects is likely to vary considerably at regional scales. The lack of understanding of how biogeographically separated populations will respond to acidification hampers our ability to predict the future of vital ecosystems. Cold‐water corals are important drivers of biodiversity in ocean basins across the world and are considered one of the most vulnerable ecosystems to ocean acidification. We tested the short‐term physiological response of the cold‐water coral Lophelia pertusa to three pH treatments (pH = 7.9, 7.75 and 7.6) for Gulf of Mexico (USA) and Tisler Reef (Norway) populations, and found that reductions in seawater pH elicited contrasting responses. Gulf of Mexico corals exhibited reductions in net calcification, respiration and prey capture rates with decreasing pH. In contrast, Tisler Reef corals showed only slight reductions in net calcification rates under decreased pH conditions while significantly elevating respiration and capture rates. These differences are likely the result of environmental differences (depth, pH, food supply) between the two regions, invoking the potential for local adaptation or acclimatization to alter their response to global change. However, it is also possible that variations in the methodology used in the experiments contributed to the observed differences. Regardless, these results provide insights into the resilience of L. pertusa to ocean acidification as well as the potential influence of regional differences on the viability of species in future oceans.     

海洋酸化对浮游植物生理生态影响的研究进展

当前全球气候变化下的上层海洋变暖与酸化对以浮游植物为主的海洋生态系产生了重大影响,理解此背景下的海洋浮游植物生理生态响应,对我们理解和抑制全球气候变化具有重要意义。在全球大气二氧化碳分压(p CO2)升高情景下,浮游植物通过光合作用、微生物循环等过程,通过不同功能群对海洋生源要素循环模式的改变,进而影响区域及全球海洋的生物地球化学循环。研究全球浮游植物对海洋酸化生理生态的响应使得我们对生物地球化学系统的认识更加全面、系统。     

天津近岸浮游植物群落对海洋酸化和硝酸盐加富的响应

为了评估海洋酸化和富营养化耦合作用对近海浮游生态环境的影响,本研究以天津市近岸海域浮游植物群落的生物地球化学指标为研究对象,分别采用一次性及连续培养的方式模拟自然水华及稳态条件,探究其对二氧化碳(CO₂)和硝酸盐浓度变化及二者耦合作用的响应。实验条件设置如下:1)对照:二氧化碳分压p(CO₂)40.53 Pa、无硝酸盐添加;2)酸化:p(CO₂)101.3 Pa、无硝酸盐添加;3)加N:p(CO₂)40.53 Pa、添加硝酸盐50 μmol·L^–1;4)酸化加N:p(CO₂)101.3 Pa、添加硝酸盐50 μmol·L^–1。实验结果表明,硝酸盐加富比酸化更加显著地促进浮游植物群落总叶绿素(Chl a)生物量及颗粒有机碳(POC)和颗粒有机氮(PON)积累,酸化和加N使浮游植物群落粒径大小升高。连续培养实验表明,酸化和N加富对Chl a、生物硅(BSi)、PON浓度、PON与颗粒有机磷(POP)比值(N/P)、POC与BSi比值(C/BSi)及沉降速率有协同交互作用,对POP和POC浓度及POC与PON比值(C/N)有拮抗性交互作用。在一次性培养后,酸化显著降低了浮游植物群落的沉降速率;而在连续培养后,酸化和N加富使浮游植物群落沉降速率显著升高。这些结果表明酸化和N加富对与近岸浮游植物相关的生物地球化学循环及在不同生长阶段的种群碳沉降存在不同的潜在影响及交互效应。     

海洋酸化和低氧及其节律性变化对海蜇碟状幼体的影响

人类生产活动引起的全球气候变化加剧作为重要的环境问题,海洋中pCO₂和溶解氧的失衡及富营养化加剧了许多沿海生态系统的酸化和低氧现象。海蜇(Rhopilema esculentum)为我国重要的渔业资源之一,具有食用价值及潜在药用价值。本研究评估了海蜇碟状幼体在海洋酸化和低氧及其昼夜节律变化胁迫下的生理响应:碟状幼体暴露于两个pH水平(酸化pH 7.6,正常pH 8.1)和两个溶解氧水平(低氧2mg·L^–1,常氧7mg·L^–1)维持7d,胁迫因素维持恒定或昼夜节律性变化,测定其伞部直径、收缩频率及酸碱平衡、免疫和抗氧化相关酶活力。研究表明,海洋酸化和低氧在不同程度上影响海蜇碟状幼体的生理代谢和生长发育,且酸化和低氧之间表现出部分拮抗作用,昼夜波动的暴露模式对海蜇碟状幼体的损伤程度大于恒定的暴露模式。     

海洋酸化对海水青鳉胚胎骨骼发育的影响

本文在实验室模拟近期海洋酸化水平,对海洋酸化对海水青鳉鱼(Oryzia melastigma)胚胎骨骼发育的影响进行了初步研究。实验中,通过往实验水体中充入一定浓度CO2气体酸化海水。对照组CO2分压为450×10-6,两个处理组CO2浓度分别为1 160×10-6和1 783×10-6,对应的水体pH值分别为8.14,7.85和7.67。将海水青鳉鱼受精卵放入实验水体中至仔鱼孵化出膜,对初孵仔鱼经骨骼染色、显微拍照,挑取了仔鱼头部、躯干及尾部骨骼染色清晰的28个骨骼参数的长度进行了显微软件测量及数据统计分析。结果发现,酸化处理对实验鱼所测量的骨骼长度影响均不显著。因此推测,未来100~200年间海洋酸化对海水青鳉鱼的胚胎及初孵仔鱼的骨骼发育没有显著影响。     

全球变暖和海洋酸化背景下珊瑚礁生态响应的研究进展

生物礁是由珊瑚虫、藻类等造礁生物组成、具有抗浪结构的海相碳酸盐岩,是全球主要碳库之一,也是观察热带海洋影响中-高纬度环境过程的重要窗口。近二、三十年以来,伴随着海洋水体的显著酸化和增温,全球热带海洋生物礁的主体——珊瑚礁系统遭受了不同程度的影响。其中,对于高温强迫而言,海水温度上升诱发珊瑚白化、抑制珊瑚的自我修复;海洋酸化可以显著改变珊瑚钙化率、抑制珊瑚幼虫发育、引发珊瑚礁的溶解;两大因素均可改变珊瑚礁的群落结构。针对这些环境要素的改变,珊瑚自身可以通过共生藻的种类转换以及调控基因表达等手段在一定程度上抵抗高温胁迫;但若温室气体的排放不受控制,绝大多数珊瑚礁到21世纪末都将遭受灾难性打击。为应对未来不同场景下的珊瑚礁变化,还需要对高温、酸化等关键因子响应特征进行更深入的研究;珊瑚礁长序列研究有可能为珊瑚的长周期演化特征提供关键认识,也为现代观测提供有益补充。