加勒比海保护海湾热带红藻床碳酸盐系统的时空动态及其对海洋酸化的缓冲作用

这篇研究揭示了哥伦比亚Tayrona国家自然公园Gairaca湾热带红藻床（rhodolith bed）碳酸盐系统的季节性变化规律。通过2023-2024年对红藻床（1-15米）、湾口（outer bay）和浅滩区（inner bay）的采样，发现上升流期（upwelling）具有低温（25.9±1.14°C）、高盐（34.48±0.46）、高总碱度（TA）和溶解无机碳（DIC）特征，pHT和文石饱和度（Ωarag）较低；非上升流期则呈现高温（30.0±0.76°C）、低盐（33.36±0.28）及高pHT/Ωarag特征。红藻床底部表现出pHT和Ωarag稳定性，提示其在酸化环境中可能发挥生物地球化学避难所作用。

　　

1 引言

加勒比海沿岸的碳酸盐系统在全球碳循环中扮演关键角色，但热带红藻床的时空动态研究仍存空白。Gairaca湾作为受保护的上升流影响海湾，其碳酸盐化学受季节性上升流（输送低温、高CO₂的北大西洋副热带水下团SUW）和淡水输入（马格达莱纳河径流）双重调控。红藻床作为自由生活的珊瑚藻群落，具有稳定沉积物、维持生物多样性和调节碳循环的功能，其光合-钙化作用可能缓解局部酸化压力。本研究旨在揭示三种生境（红藻床、湾口、浅滩区）碳酸盐参数（TA、DIC、pH_T、pCO₂、Ω_arag）的时空格局，并探讨红藻床对自然酸化胁迫的缓冲潜力。

2 材料与方法

研究区域位于哥伦比亚加勒比海岸（11°15'33"N, 73°24'06"W），采用SCUBA和尼斯科瓶在2023-2024年采集水样。现场测定温度、盐度、总pH（pH_T），通过开放滴定法测TA，利用CO2SYS计算DIC、pCO₂、HCO₃^-、CO₃^2-和Ω_arag。采用PERMANOVA分析时空差异，并通过Δ值（偏离均值程度）量化季节性波动。

3 结果

环境变量：上升流期（1-4月）水温最低（24.7±0.7°C），风速最大（10.1±1.2 m/s）；非上升流期（8-11月）降水最多（单日峰值102.4 mm），盐度降低1.08。

碳酸盐参数：上升流期TA（2428±29 μmol/kg）和DIC（2123±41 μmol/kg）最高，pH_T（7.94±0.05）和Ω_arag（3.13±0.31）最低；非上升流期反之。红藻床底部TA变幅最大（Δ182 μmol/kg），而浅滩区Ω_arag波动最剧烈（Δ2.18）。

驱动因素：温度解释39%的DIC变异（R2=0.39, p<0.001），而pCO₂受温度、盐度和DIC/TA比共同调控（R2=0.96）。硝酸盐（NO₃^-）与磷酸盐（PO₄^3-）呈正相关（r=0.53），但营养盐与碳酸盐参数无显著关联。

4 讨论

季节性调控：上升流输入高DIC水体导致Ω_arag下降，而淡水径流稀释作用使非上升流期pH_T升高0.1单位。这种"双峰式"动态区别于单一上升流主导体系（如巴拿哥湾）。

红藻床稳定性：尽管全湾TA和DIC变异显著（p<0.001），红藻床底部pH_T（7.96±0.04）和Ω_arag（3.36±0.28）保持相对稳定，可能源于：①藻体光合作用消耗CO₂；②钙化过程释放TA；③沉积物-水界面碱度通量。

生态启示：红藻床的化学缓冲能力或为邻近珊瑚礁等钙化生物提供避难所，但其长期韧性可能受气候变化导致的上升流强化和径流模式改变威胁。

5 结论

Gairaca湾碳酸盐系统的时空动态主要由上升流-径流相互作用驱动，红藻床表现出显著的pH和Ω_arag缓冲能力。该研究为理解热带海岸带碳循环的微尺度调控提供了新视角，强调保护红藻床生态系统对维持海洋酸化背景下生物地球化学稳态的重要性。未来需结合代谢速率测量和微生物组分析，深入解析其缓冲机制。