热带化珊瑚礁中海鞘丰度增加促进底栖氧化亚氮(N2O)排放及其气候效应

这篇研究揭示了澳大利亚东部亚热带珊瑚礁生态系统中，大型海鞘(Herdmania grandis)种群随水温升高呈现四倍增长，并通过温度控制实验证明其氧化亚氮(N2O)排放量在25°C时较18°C提升2.6倍。研究创新性地量化了从碳捕获型海藻林向N2O排放型海鞘群落的生态转变，估算其单位面积N2O产量已达邻近河口区的2倍，为全球温室气体预算提供了关键海洋数据。

　　

研究背景与生态转变

澳大利亚东部孤岛海域的亚热带珊瑚礁正经历显著生态重构。历史监测数据显示，过去二十年中大型滤食性海鞘Herdmania grandis的丰度增长四倍，恰逢该区域优势碳捕获物种——昆布(Ecklonia radiata)因水温上升和热带鱼类北迁而衰退。这种从"碳汇"到"温室气体源"的生态系统转型，引发了研究者对沿海N₂O排放的重新评估。

温度驱动的N₂O产生机制

通过控制实验发现，海鞘在模拟夏季水温(25°C)下的N₂O产生速率(16.64 μmol m^-2 d^-1)显著高于冬季(18°C)的6.45 μmol m^-2 d^-1。值得注意的是，当温度升至28°C（模拟海洋热浪）时，N₂O产量呈现平台效应，暗示微生物氮循环过程可能存在温度阈值。同位素示踪显示，硝化和硝化菌反硝化可能是主要产N₂O途径，这与溶解氧消耗20%及铵盐排泄增加的现象相符。

生态与气候效应的量化

空间建模显示，海鞘占据的17.17 km²礁石区年N₂O产量达1.78-4.59吨，远超邻近河口区(0.85吨)和海洋沉积物(0.04吨)。这种排放强度源于海鞘的三重特性：个体N₂O产率比已知海洋生物高1-2个数量级、成体直径可达16 cm的生物量优势、以及每平方米28只的高密度分布。

全球变化背景下的启示

该研究首次将底栖无脊椎动物种群动态与温室气体预算直接关联。鉴于海鞘类在澳大利亚35000公里海岸线的广泛分布，以及全球范围内Herdmania属物种在变暖海域的扩张趋势（如地中海H. momus、巴西H. pallida），这类被忽视的"生物源N₂O"可能重塑沿海碳氮循环模型。研究者建议将滤食性无脊椎动物纳入IPCC评估体系，并为"蓝碳"策略提供更全面的生态基线数据。

未来研究方向包括：精确测定海鞘覆盖区海-气N₂O通量、解析其共生微生物组的代谢网络、评估不同热带化情景下的正反馈效应。这些工作将有助于预测海洋生态系统服务功能在气候变化下的转型轨迹。