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为探究海带（Eisenia bicyclis）柄在分解过程中的碳留存情况，东北大学研究人员通过野外分解实验，发现水温影响海带柄分解速率，低温利于碳留存，研究结果对评估海带在海洋碳汇中的作用意义重大。
在全球变暖的大背景下，海洋生态系统对缓解气候变化的作用愈发关键。其中，沿海大型藻类因高碳固定效率备受关注。它们不仅是重要的初级生产者，构建了丰富的栖息地，增加了岩石海岸生态系统的生物多样性，还与沿海植物共同同化了 70% 的沿海碳，有力地支持了社会经济活动 。
然而，以往研究发现，大型藻类的碳汇功能存在诸多限制因素。比如，个体植物的寿命和藻类的耐久性影响其碳汇能力 。而且，大型藻类的叶状体由叶片、柄和固着器组成，各部分的刚性和耐久性不同，附生植物和动物的定植对它们的影响也不一样。在具柄海带中，柄相较于叶片和固着器格外坚硬，虽能抵御食草动物的啃食，但过大时会因水流冲击从固着器脱落，脱落后又面临底栖食草动物的威胁。更为重要的是，此前很少有研究关注大型藻类的碳留存情况。因此，探究海带柄在分解过程中的碳留存情况，以及影响其碳留存的因素，对准确评估海带在海洋碳汇中的作用至关重要。
日本东北大学（Tohoku University）的 Delta Putra、Haruka Suzuki 和 Masakazu N. Aoki 等研究人员，针对上述问题展开研究。他们通过在不同时间进行野外分解实验，测量海带柄在分解过程中的生物量、碳和氮含量变化，探究海带柄的碳留存能力以及水温等因素对其的影响。研究结果发表在《Journal of Applied Phycology》上，为理解海带在海洋碳循环中的作用提供了重要依据。
研究人员采用了以下关键技术方法：
- 野外实验：在 2021 年 6 月至 2022 年 6 月期间，于日本本州东北海岸的 Kitsunezaki 沿海区域开展了三次实验。每次实验选取 36 个海带柄，将其悬挂在距岩石基质约 1 米深的支架上，避免底栖食草动物干扰。
- 测量分析：定期测量海带柄的重量和长度；对干燥后的海带柄进行粉碎，使用元素分析仪测定碳和氮含量。
- 数据分析：对生物量损失和元素数据进行正态性和同质性检验后，运用重复方差分析（ANOVA）、Bonferroni 事后检验、单因素方差分析和 Tukey’s HSD 检验等统计方法进行分析。
研究结果
- 海带柄损失情况：实验 I 和实验 II 中出现海带柄损失现象。实验 I 中，第 52 天 6 个海带柄仅剩 5 个，第 69 天仅剩 2 个；实验 II 中，第 74 天 6 个海带柄仅剩 2 个。实验 III 中，海带柄直至第 4 次调查（第 65 天）仍存在，且重量和长度无显著差异。
- 分解速率：所有实验中均发生海带柄分解。实验 I 和实验 II 的分解速率（k）相较于实验 III 下降更快（单因素方差分析：F2,15=4.67，p<0.05）。
- 碳氮含量：分解后海带柄的碳和氮浓度无统计学差异，但实验 I 中的碳和氮含量低于实验 II 和实验 III。实验间的 C/N 比无统计学差异，但调查间存在显著差异（F3,54=2.99，p=0.04），最后一次调查（实验 I 第 52 天、实验 II 第 74 天、实验 III 第 65 天）C/N 比记录值较低。
- 水温差异：实验 I 水温持续高于 20°C，峰值达 29.8°C；实验 II 水温从 22.3°C 降至 13.1°C ；实验 III 水温从 8.8°C 升至 17.9°C。
研究结论与讨论
研究表明，海带柄在分解过程中能够发挥碳汇功能，且低温有助于碳留存。实验 III 中较低的生物量减少和无海带柄脱落现象，表明低温支持海带柄碳留存。而实验 I 和实验 II 在较高水温下，海带柄分解更快，碳和氮含量较低，可能是因为温暖水温使海带柄难以保留或同化碳和氮。
海带柄分解初期，中心核心组织率先损失，这可能与内部组织在切割面暴露于周围海水有关，也可能是由于海带产生的酚类化合物在内外组织中的含量差异导致。实验 III 中，海带柄作为碳汇的估计分解时间最长，达 800 天，而实验 I 和实验 II 最短，仅 62 天。考虑到浅海环境的温度变化，这一最长估计时间在浅海难以验证，但在无光、低温且缺氧的区域可能实现。
总体而言，该研究证实了分解的海带柄具有碳汇功能，且低温时其利用效率更高。然而，随着沿海地区变暖加剧，海带柄的碳汇功能可能会减弱。这一研究结果为进一步理解海洋生态系统在全球碳循环中的作用提供了重要参考，也为应对全球气候变化背景下海洋碳汇的研究和保护提供了有价值的信息。未来还需对海带柄内外组织在分解过程中的特异性，以及海带柄分解与局部水流、悬浮生物的关系展开深入研究。
