温度升高对附生海草叶际生物膜中NO、N2O和H2S产生动态的影响及其生态意义

本研究针对全球变暖背景下海草生态系统功能退化问题，通过微传感器技术揭示了温度升高(14→24°C)显著促进附生生物膜中H2S产量(增加7.8倍，Q10=8.78)和NO侵入叶组织现象，首次证实NO经通气组织转运至基部分生组织的毒性传递路径，同时发现N2O排放量增加2.2倍。该成果为理解富营养化与气候变暖协同作用下海草衰退机制提供了新视角，发表于《Aquatic Botany》。

　　

在应对气候变化的全球行动中，海草 meadows（海草床）作为"蓝色碳汇"的重要成员，每年可封存约18.9 mmol CO₂ m^-2 d^-1的碳量。然而这些水下草原正面临双重威胁：沿海富营养化促使附生生物过度生长，而海洋热浪(MHW)导致水温持续升高。更令人担忧的是，夜间附生生物呼吸会耗尽叶际氧气，创造出的缺氧环境可能成为温室气体N₂O（全球增温潜势是CO₂的250倍）和有毒物质H₂S、NO的"生产车间"。

为揭示这一生态危机机制，奥胡斯大学（Aarhus University）海洋生物研究团队选取丹麦Limfjorden海域的Zostera marina（大叶藻）为研究对象，创新性地采用多参数微传感器系统，首次量化了温度升高对叶际生物膜中气体代谢的动态影响。研究人员通过定制流动培养系统模拟自然环境，结合O₂、H₂S、NO和N₂O微传感器同步监测技术，在黑暗条件下测量了14°C与24°C时叶际微环境的化学梯度，并首次追踪到NO在植物体内的运输路径。

叶际O₂浓度动态

在40%空气饱和度的模拟夜间条件下，所有样本均形成厚度100-1900 μm的缺氧区。温度升高虽未改变缺氧区范围，但显著改变了其中化学物质的分布格局。

H₂S产量激增

24°C时叶表H₂S浓度最高达4.6 μmol L^-1，较14°C提升29.4倍。硫酸盐还原菌活性增强导致净产量升至2.5±0.4 nmol cm^-2 h^-1（Q₁₀=8.78），这种剧增与缺氧区厚度直接相关。

NO的隐秘入侵

温度升高使叶际NO峰值浓度翻倍至0.25±0.05 μmol L^-1。更关键的是，在40%空气饱和度下，微传感器首次捕捉到NO通过通气组织向基部分生组织运输的证据，该区域NO浓度骤增0.05 μmol L^-1，伴随O₂水平波动暗示可能的NO₂转化反应。

N₂O排放加剧

虽然叶际N₂O浓度保持0.32±0.07 μmol L^-1稳定，但其排放通量增加至0.18±0.06 nmol cm^-2 h^-1，可能抵消海草碳汇功能的9.3%。

这项研究揭示了气候变暖通过改变叶际微生物代谢威胁海草生存的新机制：温度升高优先刺激硫酸盐还原途径而非反硝化过程，导致H₂S成为主要毒性威胁。虽然NO侵入浓度(80 nmol L^-1)远低于H₂S的致毒阈值，但其7倍于H₂S的毒性当量不容忽视。研究结果警示，在富营养化海域，海洋热浪可能通过"化学窒息"途径加速海草衰退，同时削弱其气候调节功能。该成果为海岸带生态管理提供了重要科学依据，强调控制陆源营养盐输入对维持海草生态系统服务功能的必要性。