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大量研究显示大气CO2含量增加所导致的海洋酸化对造礁石珊瑚生长有重要的影响,如造成珊瑚骨骼钙化率的下降等。本研究采用叶绿素荧光技术与珊瑚共生体虫黄藻密度的定量分析方法,通过控制实验模拟了海水酸化对珊瑚生长的影响。该实验在现场监测海南岛三亚鹿回头珊瑚礁5种典型造礁珊瑚共生藻光合效率日变化及该海域海水环境参数的基础上,建立了实验室环境本底模型;再选取2种鹿回头珊瑚礁区常见的珊瑚种类(Acroporavalida和Galaxeaastreata),分别设置海水环境为450μatm、650μatm(IPCC预测的2065年的水平)和750μatm(IPCC预测的2100年的水平)的3种pCO2浓度梯度,监测珊瑚在不同CO2浓度背景下的虫黄藻密度及光合效率的变化,室内实验的周期为10天。得出如下主要结论:
(1)鹿回头珊瑚礁区的现场监测结果显示,珊瑚在自然条件下共生藻光合效率呈现典型的日变化周期,早上9:00时最高,下午13:00降到最低。众多环境因子中,光合有效辐射强度(photosyntheticallyactiveradiation,PAR)是调控珊瑚共生藻光合效率的关键因子,其次是潮位变化。pH/pCO2虽不是影响珊瑚共生藻光合效率的普遍因子,但珊瑚的实际光量子产量(ΦPSⅡ)与pCO2呈正相关关系,说明现在海水中pCO2的变化还未影响到珊瑚共生藻的光合功能。此外,温度、溶解氧和盐度也是调控个别珊瑚光合效率的主导因子。
(2)荧光参数和虫黄藻密度分析都显示,水体pCO2为650μatm时,珊瑚的总体光合效率与共生藻平均密度都要高于水体pCO2为450和750μatm时的水平。实验期间各参数的具体变化表明,即使在平均水平最高的650μatm,随着胁迫时间的延长,珊瑚的荧光参数、虫黄藻密度及叶绿素a浓度都呈现不同程度的下降趋势。其中Galaxeaastreata仅ΦPSⅡ、最快电子传递速率(rETRmax)和最低饱和辐射(Ek)出现了明显下降,说明pCO2上升仅对电子传递链有抑制作用。而Acroporavalida除了这几个参数,最大光量子产量(Fv/Fm)、系统效率(α)和淬灭系数(qP和NPQ)也都有显著降低,说明其光合系统已经受到了影响。
(3)水体pCO2为450μatm时,Acroporavalida共生藻的ΜΦPSⅡ、Fv/Fm和α的下降幅度都要高于750μatm,而且450μatm组的Fv/Fm和NPQ与pH呈明显的正相关。随着pCO2的增加,这几个参数与pH的相关关系渐渐减弱,当升到750μatm时,Galaxeaastreata的Fv/Fm、α和rETRmax的变化与pCO2有显著的正相关关系,而与pH变化无关。说明pCO2浓度较低时,酸化作用强于CO2的施肥效应,主导着珊瑚共生藻的变化,而随着pCO2的增加,施肥效应越加明显,与酸化作用竞争,共同对珊瑚起作用,使得参数在实验过程不断的波动。
(4)在建模实验中,虽然没有见到珊瑚明显白化的现象,但2种珊瑚的触手在3种pCO2浓度梯度下都随着时间的延长而出现不同程度的收缩,尤其是Galaxeaastreata。随着pCO2增加的幅度增大,珊瑚响应的时间也缩短了,而响应程度也越趋明显与剧烈。750μatm时,珊瑚触手的变化最明显,甚至在第2天起就肉眼可辨了。说明触手收缩是珊瑚虫的一种自身防御方式,而高pCO2确实是珊瑚生存威胁。