海洋酸化与变暖对东海沿岸浮游植物生产力及群落结构的耦合效应研究

本研究通过陆基中宇宙实验，探究了CO2浓度升高（HC, 1000 μatm）与温度上升（HT, 30°C）对东海南部浮游植物群落结构与初级生产力的影响，发现联合作用（HCHT）初期促进生物量但后期抑制，并导致硅藻比例下降6%-23%、甲藻增加9%-19%，为气候变化下近海生态系统响应机制提供关键数据。

　　

海洋作为地球气候的"调节器"，正面临双重威胁：自工业革命以来，大气CO₂浓度从278 μatm飙升至410 μatm，导致表层海水pH下降0.1单位（相当于H⁺浓度增加30%）；同时海洋吸收了93%的温室气体余热，全球海表温度已上升0.88°C。这种变化对浮游植物——贡献全球50%氧气和90%海洋初级生产力的"海洋草原"——产生深远影响。然而，近岸水域因人类活动和快速升温更易受冲击，东海沿岸作为中国重要渔业区，其生态系统响应机制亟待阐明。

厦门大学东山太古海洋站（D-SMART）的研究人员设计了创新性实验：在30升聚甲基丙烯酸甲酯中宇宙系统中，设置当前CO₂（430 μatm）与2100年预测值（1000 μatm，HC），结合环境温度（27°C）和升温组（30°C，HT），通过叶绿素荧光、碳固定速率和18S/16S rDNA测序等技术，首次揭示了复合胁迫对东海浮游植物的非线性效应。

关键技术

1. 水套式中宇宙系统维持精确的pCO₂（±5%）和温度（±0.5°C）控制
2. 脉冲振幅调制荧光仪测量光化学效率（Fv/Fm）和非光化学淬灭（NPQ）
3. ¹⁴C标记法测定光合碳固定速率
4. 高通量测序分析真核（18S）和原核（16S）微生物群落

主要发现

1. 生物量动态变化
   初期所有处理组叶绿素a浓度升高12.7-15.4 μg L^-1，但后期HC组生物量比对照降低23%，而HT和HCHT组呈现"先抑后扬"趋势，表明温度缓解了酸化抑制。

2. 光合特性转变
   HT和HCHT组单位叶绿素碳固定效率提升，伴随光化学效率增加32%；但HC组在适应期后两者均下降，揭示酸化单独作用会损害光合装置。

3. 群落结构重组
   18S数据显示：

• 硅藻比例在HC、HT、HCHT组分别下降23%、14%、6%
• 甲藻相应增加19%、9%、11%
• 升温使浮游植物丰富度增加但多样性降低，HCHT组Basidiomycota（担子菌门）丰度提升16-18%

科学意义
该研究首次证实东海近岸浮游植物对气候变化的响应存在"时间依赖性"：短期升温可能抵消酸化负面效应，但长期会导致硅藻（优质饵料基础）被甲藻（部分有毒种类）替代。这种群落结构转变可能通过生物碳泵（Biological Carbon Pump）效率降低影响碳汇功能，并为东海赤潮发生机制提供新解释。论文发表于《Marine Environmental Research》，为建立近海生态预警模型提供了关键参数。