澳大利亚西南部的一个温带珊瑚礁系统中产生了大量的碳酸盐

《Marine Environmental Research》：Significant carbonate production on a temperate reef system in southwestern Australia

碳酸盐预算分析显示，澳大利亚南部温带岩石礁以海藻为主的生态系统年均碳酸盐净生产量为216–671克/平方米/年，较热带珊瑚礁低但具有广阔分布面积。研究表明，浅水区（5–10米）以钙化藻类为主（贡献68–96%），而深水区（18米）以珊瑚为主（贡献58–62%）。尽管生物侵蚀（8–114克/平方米/年）导致部分碳酸盐损失，但该生态系统仍为重要碳封存区域，其总碳酸盐生产量接近大堡礁水平。研究揭示了温带岩石礁在全球碳酸盐循环中的关键作用，并指出气候变化和藻类森林退化可能显著改变其碳平衡格局。

　　### 深海与温带礁石生态系统的碳酸盐预算研究

在海洋生态系统中，碳酸盐的形成和沉积是关键的地球生态功能之一。这些功能不仅支持生物多样性和生态结构，还在维持海岸线稳定性、减少波浪冲击以及促进沉积物的形成方面发挥重要作用。碳酸盐预算，即钙碳酸盐的生产与侵蚀之间的平衡，对于理解这些生态系统的健康状况和其对环境变化的响应至关重要。然而，尽管热带珊瑚礁的碳酸盐预算已被广泛研究，温带礁石生态系统的相关数据仍然相对匮乏，尤其是它们在不同空间和时间尺度上的变化特征。

本研究聚焦于澳大利亚西南部最大的冷水碳酸盐沉积系统——大南方珊瑚礁（Great Southern Reef），其中以海藻为主导的礁石生态系统是其主要组成部分。通过测量关键碳酸盐形成者（如移动无脊椎动物、珊瑚和珊瑚藻）在5米、10米和18米深度的季节性和年度碳酸盐形成率，我们首次量化了这些温带礁石生态系统的碳酸盐预算。研究结果揭示了温带礁石生态系统的碳酸盐形成能力及其与热带珊瑚礁的潜在相似性，为全球碳酸盐预算研究提供了新的视角。

### 碳酸盐形成与侵蚀的主导因素

在研究的浅水区域（5-10米深度），碳酸盐的形成主要由**片状珊瑚藻**（Crustose Coralline Algae, CCA）和**枝状珊瑚藻**（Articulated Coralline Algae）主导，它们贡献了总形成量的68-96%。这些珊瑚藻的形成率与热带研究中记录的数据相当，但它们的形成速度仅为珊瑚的2-7倍。在更深的区域（18米），珊瑚则成为碳酸盐形成的主要贡献者，占总形成量的58-62%。相比之下，移动无脊椎动物（如腹足纲和棘皮动物）对碳酸盐形成的总体贡献较小，仅占1-3%。然而，**海胆**在生物侵蚀过程中起着至关重要的作用，它们的侵蚀率在不同深度显著增加，尤其是在18米处，其生物侵蚀量达到了8-114克碳酸钙每平方米每年。

尽管温带礁石的平均净碳酸盐形成量（216-671克碳酸钙每平方米每年）低于热带珊瑚礁（1400-3880克碳酸钙每平方米每年），但这些生态系统在全球范围内的广泛分布表明，它们可能在冷水中扮演着被低估的碳酸盐生产角色。初步估算显示，澳大利亚的大南方珊瑚礁的碳酸盐形成量可能与热带珊瑚礁系统（如大堡礁）相当，这为理解全球碳酸盐循环提供了新的依据。

### 温带礁石生态系统与碳酸盐形成机制

温带礁石生态系统中的碳酸盐形成主要依赖于多种生物群落，包括珊瑚、珊瑚藻以及某些移动无脊椎动物。然而，这些生物的形成速率在温带环境中的研究仍显不足，特别是在自然条件下的形成过程。例如，虽然珊瑚和珊瑚藻在热带环境中是碳酸盐形成的主力，但在温带地区，它们的形成速率可能因环境条件的不同而有所变化。此外，移动无脊椎动物如海胆的生物侵蚀作用，虽然在热带珊瑚礁中已得到广泛研究，但在温带礁石生态系统中的影响尚未明确。

本研究中，我们发现，**海胆**是温带礁石生态系统中生物侵蚀的主要驱动力。特别是在18米深度，海胆的生物侵蚀量显著增加，这可能与其在该深度的高密度有关。海胆的侵蚀行为主要通过刮取附着在硬质基质上的藻类和其他生物实现，这表明它们在温带生态系统中具有重要的生态角色。然而，这种侵蚀作用是否会对整个碳酸盐预算产生显著影响，仍需进一步研究。

### 碳酸盐形成与生物群落动态

研究还发现，**片状珊瑚藻**和**珊瑚**在不同深度和地点的形成速率存在显著差异。片状珊瑚藻的形成速率在浅水区较高，但随着深度增加，其形成速率并未明显下降，这可能与其对低光照条件的适应能力有关。相比之下，珊瑚的形成速率在夏季达到高峰，而在其他季节则相对稳定，这种季节性变化可能与水温、光照强度和营养供应等因素有关。

在温带礁石生态系统中，**移动无脊椎动物**如**Turbo torquata**对碳酸盐形成的贡献相对有限，但其在某些区域仍扮演重要角色。这种现象可能与这些生物的分布和生长速率有关，例如，**Turbo torquata**在浅水区的高密度使其成为碳酸盐形成的次要贡献者，而在深水区，其贡献则显著降低。此外，**海胆**虽然在生物侵蚀中起着关键作用，但其对碳酸盐形成的直接影响较小，因为它们的形成速率较低。

### 碳酸盐形成与侵蚀的生态影响

温带礁石生态系统的碳酸盐预算不仅影响其自身的结构和功能，还对全球碳循环和海洋生态系统具有重要意义。碳酸盐的形成和侵蚀过程在一定程度上调节了海水的碱度和pH值，进而影响碳的储存和释放。例如，碳酸盐的形成会释放二氧化碳，而侵蚀则可能将这些二氧化碳重新引入海洋系统。因此，碳酸盐预算的变化可能对海洋生态系统的碳平衡产生深远影响。

此外，温带礁石生态系统中的生物群落动态也值得关注。随着全球气候变化，一些热带和亚热带珊瑚物种正在向温带地区扩展，这可能导致温带礁石生态系统中的碳酸盐形成量增加。同时，由于海藻森林的减少，一些移动无脊椎动物如**海胆**的密度可能上升，进而加剧生物侵蚀。这种变化可能对碳酸盐预算产生显著影响，特别是在海藻森林向海胆荒漠转变的区域。

### 温带礁石生态系统的全球意义

尽管温带礁石生态系统的碳酸盐形成量相对较低，但它们在全球范围内的广泛分布意味着其对全球碳酸盐循环的贡献可能被低估。研究发现，澳大利亚的温带礁石生态系统中，海藻森林覆盖了大面积的碳酸盐形成区域，其形成量可能与热带珊瑚礁相当。这种发现表明，温带礁石生态系统在全球碳循环中可能扮演着更为重要的角色，尤其是在冷水中。

此外，研究还指出，碳酸盐的形成不仅依赖于特定的生物群落，还受到环境因素的影响。例如，水温、光照强度、流速和营养供应等都会影响碳酸盐的形成和侵蚀速率。因此，了解这些环境因素对碳酸盐预算的影响，对于预测未来气候变化对温带礁石生态系统的影响至关重要。

### 研究的局限性与未来展望

尽管本研究提供了温带礁石生态系统碳酸盐预算的重要数据，但仍存在一些局限性。首先，研究中未包括所有可能的碳酸盐形成者，如**有孔虫**（Foraminifera）等，这可能导致形成量的低估。其次，研究中使用的数据主要基于文献值，而对某些珊瑚藻种类的形成速率的实地测量尚未完成。因此，未来的研究需要进一步探讨这些生物在自然条件下的形成和侵蚀速率，以更全面地了解温带礁石生态系统的碳酸盐预算。

此外，研究还强调了**海藻森林**在全球碳酸盐循环中的重要性。由于海藻森林的面积远大于其他已知的碳酸盐形成区域（如珊瑚礁和海草床），它们可能在未来的全球碳酸盐生产中发挥更大的作用。因此，深入研究这些生态系统及其对环境变化的响应，将有助于更好地理解全球碳循环的动态变化，并为海洋生态保护和管理提供科学依据。

### 结论与意义

本研究首次量化了澳大利亚温带礁石生态系统的碳酸盐预算，揭示了其在不同深度和地点的形成和侵蚀特征。结果表明，虽然温带礁石生态系统的平均碳酸盐形成量低于热带珊瑚礁，但其广泛的分布和潜在的形成能力使其在全球碳循环中具有重要地位。研究还指出，海藻森林和珊瑚的相互作用对碳酸盐预算有显著影响，特别是在气候变化背景下，这些生态系统的动态变化可能对全球碳酸盐循环产生深远影响。

因此，未来的研究应进一步关注温带礁石生态系统的碳酸盐预算，特别是在气候变化和生物群落变化的背景下。通过更全面的实地测量和模型预测，可以更好地评估这些生态系统在全球碳循环中的作用，并为海洋生态保护和可持续管理提供科学支持。