涠洲岛浅海珊瑚礁生态系统碳代谢耦合机制：基于浮标观测的海洋酸化动态与CO2通量研究

本研究针对珊瑚礁生态系统中无机碳（NEC）与有机碳代谢（NEP）的耦合机制这一科学难题，通过涠洲岛37天连续高频浮标观测，首次揭示了短时间尺度下NEC与NEP的线性驱动关系，发现异养作用通过碳酸盐临界阈值（CCT）机制促进CaCO3溶解，为全球变化背景下珊瑚礁退化机制提供了新见解。

　　

珊瑚礁被誉为"海洋热带雨林"，仅占海底0.2%的面积却养育着25%的海洋生物。然而随着大气CO₂浓度攀升，海洋酸化(OA)正威胁着这个由碳酸钙(CaCO₃)骨架支撑的生态系统。更棘手的是，科学家们发现传统认为主导珊瑚礁钙化的碳酸盐饱和度(Ω_aragonite)指标，在短期观测中与净生态系统钙化(NEC)的相关性并不稳定。与此同时，净生态系统生产(NEP)与NEC的偶联现象在多地珊瑚礁被观测到，但二者是否存在因果关系？这种关系是否依赖光照？这些问题直接关系到我们预测珊瑚礁应对气候变化的能力。

自然资源部第三海洋研究所的研究团队选择南海北部涠洲岛珊瑚礁作为研究对象，通过自主设计的浮标观测系统，实现了37天连续高频监测海水pH、文石饱和度、CO₂通量等关键参数。研究采用时间序列分析和相关性检验方法，结合碳酸盐系统计算模型，首次在日变化和周际尺度上解析了碳代谢的耦合特征。

关键方法

1. 浮标原位观测：部署配备pH、溶解氧、温度盐度传感器的锚系浮标，每30分钟采集数据
2. 碳酸盐系统计算：基于总碱度(TA)和溶解无机碳(DIC)推算NEC和NEP
3. 昼夜周期分析：区分光照/黑暗时段验证代谢耦合的光依赖性

环境参数
观测期间海水温度28.55±1.79°C，盐度31.49±0.82，叶绿素浓度1.5±0.8μg L^-1。值得注意的是溶解氧饱和度持续低于100%，暗示整体异养状态。

代谢耦合机制
数据分析显示NEC与NEP存在显著线性相关(R²=0.72)，这种关系在单独分析夜间数据时依然成立，证明耦合机制不依赖光照。日尺度上NEC和NEP多为负值，表明礁区持续处于净溶解和净异养状态。

碳酸盐溶解驱动
通过碳酸盐临界阈值(CCT)模型验证，发现呼吸作用产生的CO₂降低周边pH，当Ω_aragonite低于临界值时触发沉积物溶解。这解释了为何异养礁区更易发生CaCO₃溶解。

CO₂通量特征
呼吸作用导致的CO₂释放速率是礁区向大气排放的主要驱动力，日均通量达4.2 mmol m^-2 d^-1。

这项发表在《Marine Chemistry》的研究具有三重意义：首先，确立了NEP驱动NEC的普适性机制，为珊瑚礁碳循环模型提供了新参数；其次，揭示了低覆盖率珊瑚礁通过沉积物溶解缓冲酸化的生态功能；最后，开发的浮标观测范式为沿岸生态系统研究提供了技术模板。Xu Dong团队指出，未来需关注营养盐输入如何通过改变代谢平衡加剧礁区溶解，这为珊瑚礁保护提供了新的干预靶点。