弥合野外研究与实验室之间的差距：Sylt中观生态系统设施在模拟潮间带底栖生物群落气候变化情景方面的适用性与性能

《Limnology and Oceanography》：Bridging the gap between field and lab: Applicability and performance of the Sylt mesocosms facility to simulate climate change scenarios on intertidal benthic communities

气候变化显著威胁近海生态系统，有效保护策略需依赖准确数据。本研究通过 Sylt 实验生态舱模拟单因素及复合压力（如温度升高、海洋酸化），监测 pH、温度、营养及叶绿素a浓度，评估蓝贻贝 Mytilus edulis 和太平洋牡蛎 Magallana gigas 的生长速率及体况。结果表明，生态舱在温度控制方面有效，与野外条件匹配；叶绿素a浓度因设施设计略低于野外，但未显著影响滤食性生物的生长。该设施为研究近海生态系统对气候变化的响应提供了可靠平台，特别适用于多压力因子综合效应分析。

　　全球气候变化对沿海生态系统造成了深远的影响，使得生态系统的稳定性和功能面临严峻挑战。为了更好地理解这些变化对海洋生物群落的影响，科学家们正在采用多种实验方法，其中“mesocosms”（中尺度实验系统）成为一种重要的研究工具。这类实验系统介于实验室和自然环境之间，能够在较为受控的条件下模拟复杂的生态过程，同时保持一定的自然性。本文以德国威悉湾（Wadden Sea）的Sylt站点的中尺度实验设施为研究对象，探讨了该设施在模拟海洋环境变化方面的有效性，并分析了其对蓝贻贝（*Mytilus edulis*）和太平洋牡蛎（*Magallana gigas*）等关键滤食性双壳类动物的生长和生理状态的影响。

Sylt中尺度实验设施自2013年起由阿尔弗雷德·魏格纳研究所（Alfred Wegener Institute, AWI）建立，近年来得到了显著扩展。该设施包含24个户外实验舱和6个室内实验舱，通过先进的技术手段模拟多种气候压力，如温度升高、酸化、营养富集等。实验舱的设计考虑了潮汐变化和水流模拟，从而更贴近自然海洋环境。实验系统配备了多参数测量装置，能够实时监测水温、电导率、pH值和溶解氧等关键环境指标，为研究提供可靠的数据支持。

在2022年和2023年的实验中，研究人员将采集的蓝贻贝和太平洋牡蛎放入实验舱内，以评估其在不同温度条件下的生长情况和生理状况。实验中，水温被严格控制，与自然环境中的变化趋势保持一致。然而，pH值和营养物质的浓度在实验舱内与自然环境相比有所波动，这可能是由于实验舱的物理结构和运行机制所导致。例如，实验舱中的海水需要先经过一个中转水箱，使得部分营养物质和浮游植物被过滤掉，从而影响实验舱内的pH值和营养水平。此外，实验舱中浮游植物的浓度低于自然环境，这在一定程度上可能限制了滤食性动物的生长潜力。

尽管如此，实验结果显示，蓝贻贝和太平洋牡蛎在实验舱内的生长速率和生理状况与自然环境相比并无显著差异。这表明，Sylt中尺度实验设施在模拟自然条件方面表现良好，能够有效地用于研究海洋生态系统对气候变化的响应。特别是在2022年的实验中，蓝贻贝在实验舱内的生长速率略高于自然环境中，这可能与实验舱内更稳定的环境条件有关。而在2023年的实验中，尽管浮游植物浓度较低，但蓝贻贝和太平洋牡蛎的生长速率和生理状况仍然保持稳定，说明它们在实验舱内并未受到显著的营养限制。

研究人员还关注了这些实验对生态系统功能的影响。蓝贻贝和太平洋牡蛎作为重要的滤食性生物，在维持水体清洁、促进营养循环以及为其他生物提供食物来源方面发挥着关键作用。因此，实验舱内这些物种的生长和健康状况不仅影响其自身的生存，还可能对整个生态系统产生连锁反应。实验中，研究人员通过定期采样和测量，记录了这些生物的生长速率和身体状况，以评估实验舱的环境是否能够支持其正常的生理活动。

此外，实验舱内的环境变化与自然环境中发生的生态现象保持一致。例如，实验舱内的溶解氧浓度随时间变化，反映了生物活动和光合作用对水体的影响。在春季浮游植物大量繁殖期间，实验舱内的溶解氧浓度下降，而在夏季则因水温升高而进一步降低。这些变化模式与自然环境中的趋势相似，说明实验舱能够有效地模拟自然生态过程。

为了进一步验证实验舱的性能，研究人员还比较了实验舱与自然环境中的营养物质浓度变化。在2022年和2023年的实验中，实验舱内的营养物质浓度变化趋势与自然环境基本一致，表明实验舱能够有效地再现自然水体的动态变化。然而，由于实验舱的结构限制，部分营养物质可能在传输过程中被去除，这可能影响某些生物的生长。但实验结果表明，这种影响并未显著改变实验对象的生长速率和身体状况，说明实验舱在一定程度上仍然能够满足研究需求。

研究还发现，实验舱内的pH值波动较小，而自然环境中的pH值变化更为剧烈。这种差异可能是由于实验舱的封闭性和环境控制机制所致。然而，实验舱仍能模拟自然环境中的基本变化模式，如每日的pH值波动，这为研究海洋生物对pH变化的响应提供了可靠的基础。

总体而言，Sylt中尺度实验设施在模拟自然环境方面表现良好，能够有效地用于研究气候变化对海洋生态系统的影响。尽管存在一些限制，如浮游植物浓度较低和pH值波动较小，但这些因素并未显著影响实验对象的生长和生理状况。因此，该设施在未来的气候研究中具有重要的应用价值。此外，实验结果还表明，mesocosms作为一种研究工具，能够帮助科学家更好地理解海洋生态系统在气候变化背景下的复杂动态，为制定有效的保护策略提供科学依据。