极地微型底栖生物和小型底栖生物能够耐受长期光照受限的环境：在白海潮间带进行的中观生态遮荫实验

《Journal of Experimental Marine Biology and Ecology》：Polar Micro- and Meiobentos is resistant to prolonged light limitation: Mesocosm shading experiment in the white sea intertidal

白海潮间带微藻和meiofauna对光照变化的响应研究表明，大型硅藻在完全黑暗下数量减少四倍，而小型硅藻及异养生物（纤毛虫、线虫、桡足类）丰度显著下降，但多样性受影响较小。环境参数显示硝酸盐减少，氧化还原电位降低，表明缺氧条件。研究证实极地生物群落对长期黑暗有较强适应能力，硅藻通过硝酸盐还原代谢（DNRA）适应黑暗，而其他异养生物可能因食物限制或缺氧导致丰度下降。

　　### 解读：光强变化对白海潮间带微小生物群落的影响

在极地生态系统中，光强是决定生物群落结构和功能的关键因素之一。光不仅影响初级生产者（如微藻）的生长，还通过食物链间接影响整个生态系统的稳定性。本文研究了在白海潮间带中，不同光强条件对微小生物群落（包括微藻和小型底栖生物）的持续性及物种组成的影响。研究者通过为期两个月的实验，设置了四个不同的光强处理：未遮光（对照）、轻度遮光（90%光强）、半遮光（50%光强）和完全遮光（黑暗）。实验结果显示，不同生物群落对光强变化的反应存在显著差异，其中微藻和小型底栖生物在完全遮光条件下表现出不同的适应机制。

#### 光强对生物群落的影响

在光强处理中，研究人员观察到微藻（特别是硅藻）的丰度和多样性在完全遮光条件下受到显著影响，尤其是大于1000 μm3的大尺寸硅藻，其丰度减少了四倍。这一现象表明，大尺寸硅藻在黑暗条件下的生存能力较弱，可能与它们对光能的依赖程度较高有关。相比之下，较小的硅藻似乎能够通过调整代谢途径，如硝酸盐的异化还原产铵（DNRA），在低光或黑暗条件下存活。这一机制可能使硅藻在缺乏光能的情况下，仍然能够利用硝酸盐作为能量来源，从而维持其种群数量。

#### 环境参数的变化

实验过程中，研究人员记录了多种环境参数，包括硝酸盐浓度、还原电位（Eh）、pH值和有机碳含量等。结果表明，随着遮光程度的增加，硝酸盐浓度逐渐下降，而铵氮的含量则显著上升。同时，还原电位降低，表明在遮光条件下，底栖沉积物中的氧气供应减少，导致缺氧或厌氧环境的形成。这些变化与光强的减少有关，可能由于光合作用的减弱，进而影响整个生态系统的氮循环过程。此外，硅藻的类胡萝卜素与叶绿素a的比值也随着遮光程度的增加而上升，进一步支持了光合作用减弱、代谢途径转向DNRA的假设。

#### 微小生物群落的响应

除了硅藻，其他生物群落如植物性鞭毛虫（phytoflagellates）和异养鞭毛虫（heterotrophic flagellates）在完全遮光条件下也表现出显著的丰度下降。然而，这种下降并未影响到它们的多样性，说明这些生物群落对光强变化的适应能力较强。相比之下，纤毛虫（ciliates）和线虫（nematodes）则对遮光条件更为敏感。例如，在完全遮光条件下，纤毛虫的丰度减少了约3.5倍，而线虫的丰度减少了约一半。这些结果表明，异养生物的生存依赖于初级生产者的活动，因此它们对光强的依赖性更高。

#### 物种组成的变化

在实验中，不同生物群落的物种组成也发生了变化。例如，某些特定的物种如 *Trachelocerca incaudata*、*Apotrachelocerca arenicola* 和 *Histiobalantium marinum* 在完全遮光条件下丰度显著下降，而一些非光依赖性物种如 *Uronema marina* 和 *Cyclidium fuscum* 则保持稳定甚至增加。这种现象可能与不同物种的生态位和营养需求有关。例如，某些纤毛虫主要以大尺寸硅藻为食，而大尺寸硅藻在黑暗条件下的丰度下降，导致这些纤毛虫的生存受到威胁。相反，一些以细菌为食的纤毛虫由于底栖微生物的活动并未受到显著影响，因此它们的丰度保持相对稳定。

#### 生态适应与生理机制

研究还发现，不同生物群落的适应能力与其生理机制密切相关。例如，硅藻在黑暗条件下的生存能力与其代谢途径的转变有关，即从光合作用转向DNRA。这种机制使硅藻能够在缺乏光能的情况下，仍然维持一定的生存能力。然而，这种适应性并非所有硅藻都具备，特别是较大的硅藻由于其细胞体积较大，难以有效储存硝酸盐，因此在黑暗条件下的生存能力较弱。相比之下，较小的硅藻由于其细胞体积较小，能够更有效地利用硝酸盐，从而在遮光条件下维持较高的丰度。

#### 对环境变化的反应

实验结果显示，尽管遮光条件对生物群落的丰度产生了显著影响，但这些变化并未超出该地区自然时空变异的范围。这表明，极地底栖生物群落对长期的光强限制具有较强的抗性。例如，在完全遮光条件下，某些生物如纤毛虫和鞭毛虫的丰度虽然下降，但其多样性并未受到显著影响。这可能是因为这些生物能够通过改变其营养策略或觅食行为来适应环境的变化。此外，研究还发现，某些生物如线虫和异养鞭毛虫在遮光条件下表现出一定的适应能力，可能与它们对缺氧环境的耐受性有关。

#### 未来研究方向

尽管本研究提供了关于极地底栖生物群落对光强变化反应的重要信息，但仍有许多问题需要进一步探讨。例如，不同生物群落对遮光条件的适应机制是否具有普遍性，还是仅限于某些特定的物种或功能群。此外，遮光条件下的代谢途径变化是否能够持续，以及这些变化对整个生态系统的长期影响如何。这些问题的答案对于理解极地生态系统的稳定性以及其对全球气候变化的响应具有重要意义。

#### 结论

总体而言，本研究揭示了光强变化对白海潮间带微小生物群落的复杂影响。不同生物群落对遮光条件的反应存在显著差异，其中硅藻和异养生物在完全遮光条件下表现出不同的适应能力。这些结果不仅有助于理解极地生态系统的功能机制，也为预测和评估全球气候变化对这些生态系统的影响提供了重要的参考依据。