研究簡(jiǎn)介:本研究探討了海洋酸化和升溫對珊瑚骨骼微生物侵蝕的影響。由于人類(lèi)活動(dòng)導致的二氧化碳增加，海洋表面吸收了更多的二氧化碳，導致海水pH下降，即海洋酸化。這種變化降低了碳酸根離子的濃度，減少了鈣碳酸鹽礦物相的飽和度，進(jìn)而減少了珊瑚礁的沉積潛力。同時(shí)，溫室氣體的增加也導致海表溫度上升，可能對珊瑚礁生物的健康造成負面影響，導致珊瑚礁退化。研究中，珊瑚骨骼暴露于不同的二氧化碳濃度和溫度情景下，以模擬未來(lái)海洋環(huán)境。結果顯示，骨骼的溶解主要由光合微生物驅動(dòng)，且在升高的二氧化碳-溫度情景下溶解率增加。特別是對于Porites cylindrica，其溶解率在高處理下的月溶解率顯著(zhù)高于Isopora cuneata。此外，未來(lái)的二氧化碳-溫度情景對內生群落結構的影響僅在P.cylindrica中被識別，主要與綠色藻類(lèi)Ostreobium spp.的豐度增加相關(guān)。增強的骨骼溶解與升高的二氧化碳-溫度情景下內生生物量和呼吸作用的增加相關(guān)，表明未來(lái)海洋酸化和升溫可能導致微生物侵蝕速率的增加，對珊瑚礁碳酸鹽損失具有廣泛影響。研究強調了珊瑚骨骼結構特性在決定海洋酸化和升溫影響中的重要性，并指出了保護珊瑚礁生態(tài)系統面臨的挑戰。

Unisense微電極系統的應用

為了探索間隙水和體積海水之間pH的變異性，使用unisense快速響應pH微電極和unisense實(shí)驗室系統在P.cylindrica骨架內進(jìn)行pH剖面測量。使用直徑0.5毫米的鉆頭在骨架表面鉆孔（在剖面之前3周），深度為5毫米。參考電極和pH微傳感器（500微米尖端直徑）連接到微傳感器放大器，再連接到計算機。使用三種NIST認證的pH緩沖液進(jìn)行線(xiàn)性校準。在實(shí)驗結束時(shí)，采用手動(dòng)微操縱器在黑暗和光照條件下進(jìn)行pH深度剖面測量。

實(shí)驗結論

研究表明在預計的海洋酸化和變暖情景下，內生微生物在珊瑚骨骼溶解中起著(zhù)主要作用。在升高的pCO2-溫度條件下，光合微生物對珊瑚骨骼的溶解作用可能比之前預測的更為變化，因為特定的珊瑚骨骼對未來(lái)情景的反應不同。盡管如此，內生微生物的影響在“照常營(yíng)業(yè)”情況下將大于“減少”pCO2排放情景在實(shí)驗進(jìn)行期間的影響。未來(lái)海洋的條件似乎影響了內生微生物的生物學(xué)和生態(tài)反應，導致珊瑚骨骼的溶解增加。這通過(guò)內生藻類(lèi)的生物量增加、群落結構的變化和呼吸速率的提升得到了證明。

圖1、pCO2-溫度情景對（a）微生物侵蝕/鈣化（%）和（b）內生藻類(lèi)生物量（mg/cm2）在Isopora cuneata和Porites cylindrica骨骼中的影響。數據對應于均值±標準誤。鈣化數據對應于在全暗條件下暴露的骨骼（每種處理n=20個(gè)樣本）。微生物侵蝕數據對應于在自然光下的樣本（每種處理n=25個(gè)樣本）以及內生藻類(lèi)的生物量（每種處理n=15個(gè)樣本）。pCO2-溫度處理對應于當前條件（對照：約400μatm-24°C）和兩種IPCC預測情景（中等/B2：+230μatm+2°C和高/A1FI：+610μatm-+4°C）。

圖2、在三種CO2-溫度情景下，棲息在Isopora cuneata和Porites cylindrica最近死亡的珊瑚骨骼上的內生藻類(lèi)和表生藍細菌的相對豐度（%）。數據對應于均值±標準誤（每種處理n=10個(gè)切片）。pCO2-溫度處理對應于當前條件（對照：約400μatm-24°C）和兩種IPCC預測情景（中等/B2：+230μatm+2°C和高/A1FI：+610μatm+4°C）。

圖3、在三種pCO2-溫度情景下，內生群落的響應的主坐標排序（PCO）（對照=圓圈；中等=方塊；高=三角形）在Isopora cuneata和Porites cylindrica的珊瑚骨骼中。pCO2-溫度處理對應于當前條件（對照：約400μatm-24°C）和兩種IPCC預測情景（中等/B2情景：+230μatm+2°C和高/A1FI：+610μatm+4°C）。兩個(gè)PCO軸解釋的方差的高百分比表明良好的二維排序。與兩個(gè)軸最好相關(guān)的分類(lèi)群的斯皮爾曼相關(guān)系數（僅顯示R>0.5）作為矢量覆蓋顯示。

圖4、Isopora cuneata和Porites cylindrica骨骼的微生物侵蝕與內生藻類(lèi)的不同變量之間的關(guān)系。兩種類(lèi)型的骨骼都暴露于三種pCO2-溫度情景（對照=圓圈；中等=方塊；高=三角形）。完整的數據集被繪制并由實(shí)線(xiàn)表示。微生物侵蝕率（mg/cm2·月）與內生藻類(lèi)的生物量（mg/cm2）之間的關(guān)系對于I. cuneata（R2 = 0.3094，P < 0.001）和P. cylindrica（R2 = 0.3560，P < 0.0001）。對于I. cuneata，中等和高情景的回歸在統計上顯著(zhù)（R2 = 0.4009，P < 0.05 和 R2 = 0.3219，P < 0.05），而對于P. cylindrica（R2 = 0.2904，P < 0.05 和 R2 = 0.4790，P < 0.01）。微生物侵蝕（%）與Ostreobium spp.的相對豐度（n = 5個(gè)水箱）之間的關(guān)系，對于I. cuneata（R2 = 0.0696，P ns）和P. cylindrica（R2 = 0.3869，P < 0.05）。

圖5、在對照pCO2-溫度情景下測量的P.cylindrica骨骼內pH的深度剖面（200μm步長(cháng)），分別在黑暗（0μmol量子/m2·s=黑色圓圈）和光照條件下（900量子/m2·s=灰色圓圈）。實(shí)驗流速約為0.02 L/s。水平虛線(xiàn)標記骨骼表面（0 mm深度），灰色區域對應于骨骼內部的測量（從0到2.4 mm），白色區域代表體積海水（從0到2.4 mm）。

結論與展望

生物介導的碳酸鹽溶解是珊瑚礁生態(tài)系統遭受破壞的重要組成部分。雖然海洋酸化可以增加碳酸鹽基質(zhì)的溶解，但海洋酸化與升溫對珊瑚骨骼微生物侵蝕的綜合影響尚不清楚。在本研究中將建造珊瑚（Porites cylindrica和Isopora cuneata）的骨骼暴露于現今（對照：400μatm–24°C）和未來(lái)二氧化碳濃度-溫度情景（中等：+230μatm–+2°C；高：+610μatm–+4°C）。骨骼還在完全黑暗中經(jīng)歷了初始的次氯酸鈉浸泡和自然光下沒(méi)有次氯酸鈉浸泡，以隔離酸性海水的環(huán)境效應（即，Ωaragonite<1）與光合微生物的生物效應。結果表明，骨骼的溶解主要由光合微生物驅動(dòng)，因為在黑暗中保持的樣本并未發(fā)生去鈣化。相反暴露于光下的骨骼在升高的二氧化碳-溫度情景下溶解率增加，P.cylindrica在高處理下的月溶解率（89%）高于I.cuneata（46%）。未來(lái)的二氧化碳-溫度情景對內生群落結構的影響僅在P.cylindrica中被識別，主要與綠色藻類(lèi)Ostreobium spp.的豐度增加相關(guān)。增強的骨骼溶解也與升高的二氧化碳-溫度情景下內生生物量和呼吸作用的增加相關(guān)。

未來(lái)的海洋酸化和升溫預測將導致微生物侵蝕速率的增加。然而生物侵蝕反應的幅度可能取決于珊瑚骨骼的結構特性，這對于在更溫暖和更酸性的海洋中珊瑚礁碳酸鹽損失具有廣泛的影響。

本研究中，Unisense微電極起到了關(guān)鍵作用，主要用于測量珊瑚骨骼內部的pH變化，以評估微生物侵蝕過(guò)程中的化學(xué)條件，并提供了直接的pH測量數據，幫助研究人員深入理解了海洋酸化和升溫對珊瑚骨骼微生物侵蝕作用的影響，以及這些環(huán)境變化如何改變珊瑚骨骼內部的化學(xué)條件。這些信息對于預測和理解全球氣候變化對珊瑚礁生態(tài)系統的長(cháng)期影響至關(guān)重要。