铵负荷胁迫下Acropora珊瑚氮碳通量的化学计量调控及其生态意义

《Ecosphere》：Stoichiometric regulation of nitrogen and carbon fluxes in Acropora coral facing short-term stress of ammonium loading

【编辑推荐】本研究通过短期铵负荷实验，揭示了人工养殖与野生Acropora珊瑚对氮输入的差异化代谢响应。研究发现人工养殖珊瑚的初级生产（GPP）和呼吸随NH4+增加而显著提升，而野生珊瑚则表现出抗性，表明珊瑚对氮富集的响应存在种间差异和生态适应性，为珊瑚礁生态系统氮循环调控提供新见解。

　　

【研究背景】

造礁石珊瑚在氮限制条件下演化，而人类活动导致的氮输入增加正威胁珊瑚健康。本研究聚焦关岛海域的Acropora珊瑚，通过短期铵负荷实验探究氮碳通量调控机制。珊瑚与虫黄藻（Symbiodiniaceae）的共生关系使其能在贫营养水域生存，但氮富集可能破坏这种脆弱的化学计量平衡。

【材料与方法】

实验设计包含两部分：实验室条件下的人工养殖Acropora sp.片段实验（6个NH₄⁺浓度梯度）和野外采集的A. pulchra实验（0/9.8/98 μmol NH₄⁺处理）。采用定制代谢舱测定呼吸（ER）、总初级生产量（GPP）和净初级生产量（NPP），并利用¹⁵N同位素标记技术量化NH₄⁺吸收速率。珊瑚表面积通过锡箔包裹法测定，水体氮循环参数包括再矿化（R）、硝化作用（N*）等均通过标准方法计算。

【结果分析】

1. 1.
   代谢响应差异：人工养殖珊瑚的GPP和ER随NH₄⁺负荷增加显著上升（p<0.05），但组织C:N比和氮吸收速率无显著变化。野生A. pulchra则对所有处理均无显著响应，表现出抗性特征。
2. 2.
   氮循环动力学：同位素稀释校正显示，再矿化速率约为珊瑚直接吸收速率的两倍。硝化作用在两组实验中均保持稳定，野生珊瑚实验记录到更高背景NH₄⁺浓度（西哈加尼亚湾3.3μM vs 卢米瑙6.7μM）。
3. 3.
   空间异质性：来自不同采集点的野生珊瑚呼吸速率存在差异（西哈加尼亚湾0.08±0.08 μmol O₂cm^-2min^-1vs 卢米瑙0.13-0.14），但未达到统计显著性。

【机制探讨】

1. 1.
   化学计量稳态：人工养殖珊瑚通过同步提升GPP和ER维持C:N稳定，表明其具备短期氮负荷缓冲能力。野生珊瑚的抗性可能源于其对自然氮波动的适应性进化。
2. 2.
   微生物贡献：珊瑚相关微生物（如Endozoicomonas）可能通过DMSP代谢参与氮再循环，但本研究未直接量化微生物功能。
3. 3.
   磷限制假说：关岛珊瑚礁较高的可溶性活性磷浓度（0.7-1.2μM）排除了磷限制的可能性，支持氮作为主要限制因子的结论。

【生态意义】

本研究首次同步量化珊瑚特异性氮吸收与整体代谢响应，揭示Acropora珊瑚对短期铵负荷的韧性。然而，长期氮富集可能通过改变虫黄藻群落结构或引发氧化应激导致生态失衡。关岛珊瑚对高本底氮浓度的适应性提示局部进化可能增强珊瑚对营养盐胁迫的耐受性。

【研究局限与展望】

实验未表征共生微生物群落组成，可能掩盖关键功能群落的响应差异。未来需结合分子生物学技术，延长处理时间并纳入硝酸盐对比实验，以全面解析珊瑚holobiont的氮循环调控网络。