环境DNA宏条形码技术为研究环绕南极地区的鱼类群落动态提供了独特的视角

《Marine Environmental Research》：Environmental DNA metabarcoding offers a unique perspective on circum-Antarctic fish community dynamics

本研究通过沉积柱培养实验，比较了海苔Ulva prolifera在泥沙与砂质沉积物中的降解动力学及溶解碳（DOC/DIC）和总碱度（TA）输出特征。结果表明，泥沙沉积物中降解速率显著更高（2.3-3.0倍），但DOC输出减少（4-10% vs 26-60%），同时DIC和TA输出增加7.3-11倍，并伴随CO?排放增加。差异源于泥沙中微生物丰度更高，促进厌氧有机碳矿化，而低DOC释放可能降低水体缺氧需求。研究揭示了沉积物质地对海苔碳命运的调控作用，对海岸带碳循环研究具有重要意义。

　　在海洋生态系统中，海藻的分解过程对于碳循环和生物地球化学过程具有重要影响。尤其是形成赤潮的海藻，如Ulva prolifera，其在不同沉积环境中的分解速率和代谢产物的释放特性，对于理解沿海地区的碳动态具有重要意义。尽管已有大量研究探讨了常见海藻（如海带和海藻）在海水和沉积物中的分解过程，但关于U. prolifera在沿海沉积物中分解的具体机制及其对溶解有机碳（DOC）、溶解无机碳（DIC）和总碱度（TA）等关键参数的影响，仍然存在许多未解之谜。

U. prolifera是导致“绿潮”现象的主要海藻之一，其在黄海南部海域的持续爆发自2007年以来引起了广泛关注。绿潮的形成通常与沿海富营养化密切相关，而其大规模的繁殖会对沿海生态系统造成显著影响，包括破坏生态平衡和改变空气-海水交换过程。尽管U. prolifera的大部分生物量在水体中不会迅速降解，而是沉积到海底，但由于强烈的潮汐和沿海水流作用，这些海藻残骸会被频繁地重新悬浮，最终埋藏在沉积物中。然而，关于这些海藻残骸在不同沉积物类型中的分解过程及其代谢产物的释放，研究仍较为有限。

在研究中，科学家们发现，U. prolifera在黏性沉积物中的分解速率明显高于在砂质沉积物中的分解速率。黏性沉积物中的分解速率常数达到了砂质沉积物的2.3至3.0倍。这一差异主要归因于黏性沉积物中微生物群落的丰富度较高，而砂质沉积物由于其颗粒较大，水分渗透性较强，微生物的分布和活动受到一定限制。此外，黏性沉积物中的分子扩散主导了物质的传输，使得有机质的分解更加倾向于厌氧过程，从而增加了DIC和TA的释放量，同时减少了DOC的释放比例。

黏性沉积物中DOC的释放量较低，仅占生物量碳损失的4%至10%。相比之下，砂质沉积物系统中DOC的释放比例较高，达到26%至60%。这一现象可能与黏性沉积物中微生物对DOC的降解效率较低有关，但同时也可能由于DOC在黏性沉积物的孔隙水中被更长时间地保留，从而减少了其向水体的扩散。然而，黏性沉积物中DIC和TA的释放量却显著增加，是砂质沉积物的7.3至11倍。这种变化表明，在黏性沉积物中，U. prolifera的分解过程更倾向于产生和释放无机碳，这可能是由于微生物在黏性沉积物中更活跃地参与了厌氧分解过程，导致更多的有机质被转化为无机碳。

同时，黏性沉积物中pCO₂的值超过了4800 μatm，显示出显著的CO₂释放。这进一步表明，黏性沉积物中的分解过程可能更倾向于产生CO₂，从而对局部的水体酸碱度和氧气浓度产生影响。研究还推测，黏性沉积物中较低的无机还原物和易降解DOC的释放，可能会导致上层水体中的氧气需求较低，这在一定程度上可能缓解某些环境压力。

在实验设计上，研究采用了与Gan等人（2025）在砂质沉积物中研究U. prolifera分解的方法相似的沉积物核心培养法。实验持续了30天，旨在系统地比较U. prolifera在黏性沉积物和砂质沉积物中的分解动力学及其代谢产物的释放特性。通过这种方法，研究者能够更好地理解不同沉积物类型对海藻分解过程的影响，以及这些过程如何塑造沿海地区的碳循环模式。

实验结果显示，U. prolifera在黏性沉积物中的分解速率明显高于砂质沉积物。这一发现不仅揭示了沉积物类型对分解过程的影响，还强调了微生物群落结构在这一过程中的关键作用。黏性沉积物中微生物的丰富度较高，可能与其较高的有机质含量和更稳定的物理结构有关。这些微生物在分解过程中可能更有效地将有机质转化为无机碳，从而影响了DIC和TA的释放。

此外，研究还指出，U. prolifera在黏性沉积物中的分解可能受到两种相互竞争机制的影响。一方面，细粒沉积物可能通过吸附作用保护DOC，减少其被微生物降解的机会；另一方面，由于DOC在黏性沉积物中停留时间较长，可能会有更多机会与沉积物中的微生物接触，从而促进其降解。这种复杂的相互作用使得DOC的可降解性在不同沉积物类型中存在显著差异，进而影响了沉积物的生化过程和水体中的生物地球化学循环。

总的来说，这项研究提供了关于U. prolifera在黏性沉积物和砂质沉积物中分解过程的重要见解。通过实验数据的对比分析，研究者不仅揭示了不同沉积物类型对分解速率和代谢产物释放的影响，还强调了沉积物质地在塑造沿海碳循环中的关键作用。这些发现对于理解沿海生态系统中碳的动态变化、评估海洋碳汇能力以及制定有效的环境管理措施具有重要的参考价值。