原位测量结果显示，冷温带海草草甸会释放碱性物质

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：In-situ measurements reveal alkalinity release from cold-temperate seagrass meadows

蓝碳生态系统中的总碱度（TA）和溶解无机碳（DIC）通量研究。在瑞典冷温带Zostera marina海草床中，通过24小时原位培养发现白天TA净生成（16±45 mmol/m2/d），夜间转为DIC负通量（-43±35 mmol/m2/d），日变化与光合作用-呼吸作用周期一致。与热带/地中海海草床相比，冷温带TA生成量相当但仅为红树林的1/16和盐沼的1/5，因低厌氧代谢和弱潮汐驱动。TA通量是土壤有机碳积累的4倍，显示冷温带海草床碳封存潜力，建议纳入蓝碳预算评估。

　　在当前的全球气候变化背景下，海洋生态系统在碳循环中的作用日益受到关注。其中，蓝色碳生态系统（Blue Carbon Ecosystems）因其在碳储存和固碳方面的独特能力而备受瞩目。蓝色碳生态系统主要包括红树林、盐沼和海草床，这些生态系统通过自然过程能够高效地将大量有机碳储存于其沉积物中，从而在全球碳循环中发挥关键作用。然而，近年来研究者逐渐意识到，除了有机碳的埋藏，无机碳的动态变化同样对蓝色碳生态系统的碳平衡和海洋酸化缓解能力具有重要影响。尤其是海草床，其在无机碳循环中的作用尚未得到充分研究，尤其是在冷温带地区的海草床。本文通过实地实验和数据分析，揭示了冷温带海草床在无机碳循环中的关键角色，为蓝色碳生态系统的碳预算和海洋酸化缓解潜力提供了新的视角。

海草床是海洋生态系统中重要的碳汇之一，其通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，同时通过根系和沉积物中的生物地球化学过程促进无机碳的转化。然而，这些过程在不同气候条件下的表现存在显著差异。冷温带地区的海草床，如本文研究的瑞典Gullmar峡湾的两个海草床，其生产力和碳储存能力通常低于热带和亚热带海草床。因此，研究冷温带海草床的无机碳动态，有助于更全面地理解其在全球碳循环中的地位和潜力。本文通过24小时原位实验，测量了两个冷温带海草床的总碱度（TA）和溶解无机碳（DIC）通量，结果表明，尽管冷温带海草床的有机碳积累速率较低，但其在无机碳方面的贡献却相当显著。

研究结果显示，这两个海草床在高生产力季节的末期表现出相似的总碱度通量，均为正值，表明它们是局部的碱度来源。具体而言，Smalsund海草床的日均碱度通量为16 ± 45 mmol m?2 d?1，而B?kevik海草床的日均碱度通量为17 ± 16 mmol m?2 d?1。相比之下，DIC通量则表现出较大的变化范围，Smalsund为34 ± 59 mmol m?2 d?1，而B?kevik则为-43 ± 35 mmol m?2 d?1，表明其在某些时间段可能成为DIC的汇。这种通量的昼夜变化模式与光合作用和呼吸作用的周期性变化相一致，表明海草床在白天通过光合作用吸收二氧化碳，从而增强海水的缓冲能力，减轻海洋酸化的影响；而在夜间，由于呼吸作用释放二氧化碳，海草床的缓冲能力减弱，甚至可能成为酸化加剧的来源。

此外，研究还发现，冷温带海草床的总碱度通量是其有机碳积累速率的四倍，这一结果表明，尽管冷温带海草床的有机碳储存能力有限，但其在无机碳方面的贡献却可能对整体碳固存具有重要意义。总碱度和溶解无机碳的通量在海草床中表现出显著的昼夜差异，白天的高碱度通量有助于维持较高的海水pH值，从而为依赖碳酸钙的生物提供更适宜的生存环境。而在夜间，由于呼吸作用释放的二氧化碳，这些海草床的pH值下降，降低了其对海洋酸化的缓解能力。

从更广泛的视角来看，冷温带海草床的总碱度通量与热带和亚热带海草床相比并不逊色，甚至与地中海和热带海草床的通量相当，但显著低于红树林和盐沼的通量。这一发现意味着，虽然冷温带海草床的碳固存能力相对较低，但其在无机碳方面的贡献仍然不容忽视。特别是在全球碳预算的构建过程中，这些冷温带海草床的无机碳通量应被纳入考虑范围，以更准确地评估其在碳循环中的作用。

海草床的无机碳动态不仅影响其自身的碳固存能力，还对周边生态系统的健康和稳定性产生深远影响。总碱度和溶解无机碳的通量变化直接关系到海水的化学组成，进而影响到碳酸盐系统的平衡。这一平衡对于维持海洋生态系统的功能至关重要，尤其是在酸化加剧的背景下。研究显示，冷温带海草床在白天的缓冲能力显著优于夜间，这与光合作用的增强有关。光合作用不仅吸收二氧化碳，还通过改变碳酸盐的组成，提高海水的碱度水平，从而增强其对酸化的抵抗能力。然而，夜间呼吸作用的释放则导致海水pH值下降，使得海草床在夜间对酸化的缓解作用减弱。

在分析不同海草床的无机碳通量时，研究还发现，这些通量的变化与多个因素相关，包括光照、温度、水体流动和生物地球化学过程。例如，光合作用和呼吸作用是影响DIC和TA通量的主要生物过程，而沉积物中的厌氧代谢和碳酸钙的溶解与沉淀则可能对无机碳的通量产生间接影响。此外，有机碱度的贡献也不容忽视，尤其是在海草床的沉积物中，有机物的分解和转化可能释放出一定量的碱度，从而影响整体的碳平衡。然而，有机碱度的具体作用仍需进一步研究，以区分其在碳循环中的不同命运，如是否快速被分解还是被长期储存。

从全球范围来看，海草床的无机碳通量研究仍然较为有限，尤其是在冷温带地区。相比之下，红树林和盐沼的无机碳通量研究更为丰富，其通量通常高于海草床。这一差异可能与两种生态系统之间的物理和生物特性有关。例如，红树林和盐沼的潮汐作用较强，有助于将沉积物中的无机碳输送到水体中，而海草床由于潮汐作用较弱，其无机碳的通量可能受到更多限制。此外，海草床的沉积物通常含有较少的碳酸钙，这可能进一步降低其无机碳的通量。因此，在构建全球碳预算时，应充分考虑不同生态系统之间的差异，以确保评估的准确性。

研究还指出，尽管海草床的无机碳通量相对较低，但其在海洋酸化缓解中的作用不容忽视。特别是在某些情况下，海草床的无机碳通量可能对局部环境的酸碱平衡产生重要影响。例如，在白天，海草床通过光合作用吸收二氧化碳，提高了海水的pH值，从而为依赖碳酸钙的生物提供更适宜的生存条件。而在夜间，由于呼吸作用释放二氧化碳，海草床的缓冲能力下降，可能加剧局部的酸化现象。因此，在考虑海草床的碳汇功能时，应综合评估其昼夜变化的特性，以更全面地理解其在海洋生态系统中的作用。

此外，研究还强调了海草床在碳循环中的多维影响。一方面，海草床通过光合作用和呼吸作用调节水体中的二氧化碳浓度，另一方面，其沉积物中的生物地球化学过程，如厌氧代谢和碳酸钙的溶解与沉淀，也可能对无机碳的通量产生重要影响。这些过程共同作用，使得海草床在无机碳的循环中扮演着复杂而关键的角色。特别是在冷温带地区，由于光照和温度条件的限制，这些过程可能表现出不同的特征，从而影响海草床的碳固存能力。

为了更好地理解海草床的无机碳动态，本文采用了原位实验的方法，结合多种测量手段，如总碱度和溶解无机碳的通量分析，以及相关的碳酸盐化学参数（如pH值、碳酸钙饱和度和缓冲因子）的测量。这些实验不仅揭示了海草床在无机碳循环中的重要作用，还为未来的全球碳预算研究提供了重要的数据支持。研究还指出，尽管当前的研究方法在不同生态系统中存在一定的差异，但通过采用一致的实验设计和分析方法，可以更好地比较不同海草床的无机碳通量，从而提高全球碳预算的准确性。

总的来说，本文的研究揭示了冷温带海草床在无机碳循环中的重要角色，以及其在缓解海洋酸化方面的潜力。尽管其有机碳的积累速率较低，但其在无机碳方面的贡献可能被低估。因此，在未来的海洋碳循环研究中，应更加重视冷温带海草床的无机碳通量，以更全面地评估其在全球碳预算中的作用。同时，进一步的研究还应关注海草床的无机碳通量在不同季节和不同环境条件下的变化，以及其与周围生态系统之间的相互作用。只有通过更深入的研究，才能更准确地评估海草床在应对气候变化和海洋酸化方面的潜力，从而为全球气候政策和海洋生态保护提供科学依据。