研究簡(jiǎn)介:海洋浮游生物是海洋生態(tài)系統中的關(guān)鍵組成部分，它們通過(guò)光合作用和呼吸作用參與碳的循環(huán)。浮游生物的生產(chǎn)（P）和呼吸作用（R）之間的平衡對于理解海洋的碳預算至關(guān)重要。然而，對于這種平衡的準確測量存在困難，尤其是在不同尺度上，從微生物到生物地球化學(xué)的測量結果存在分歧，導致了對海洋營(yíng)養狀態(tài)的爭議。早期的海洋生物學(xué)研究主要集中在光合作用上，而對呼吸作用的研究相對較少，部分原因是測量方法的局限性和對生產(chǎn)過(guò)程的重視。盡管隨著(zhù)新的水生食物網(wǎng)范式的出現，呼吸作用開(kāi)始受到更多關(guān)注，但其測量方法仍然是一個(gè)討論的焦點(diǎn)。最常用的方法是通過(guò)Winkler方法測量暗瓶和光瓶孵化后溶解氧的變化，但這種方法可能受到所謂的“瓶子效應”的影響，即樣本與自然環(huán)境隔離可能帶來(lái)的偏差。

為了研究孵化時(shí)間和瓶子體積對浮游生物凈代謝測量的影響，在西北伊比利亞沿海系統進(jìn)行了一系列時(shí)間序列實(shí)驗。實(shí)驗包括不同孵化時(shí)間（2至48小時(shí)）和不同瓶子體積（50、125和570毫升）的測量，以及使用氧氣微電極連續監測氧濃度的變化。研究結果表明，24小時(shí)暗瓶孵化法在125毫升體積下并不存在系統性的偏差，并且氧氣微電極是研究自然海洋浮游生物呼吸動(dòng)態(tài)的有效工具。這項研究反駁了之前關(guān)于暗瓶孵化可能存在偏差的觀(guān)點(diǎn)，并強調了在動(dòng)態(tài)海洋生態(tài)系統中測量浮游生物呼吸率時(shí)需要考慮的尺度依賴(lài)性和方法學(xué)問(wèn)題。強調了對海洋浮游生物呼吸作用更深入理解的重要性，這對于預測氣候變化對海洋生態(tài)系統的影響和制定相應的環(huán)境政策具有重要意義。

Unisense微呼吸系統的應用

Unisense微呼吸系統被用來(lái)連續監測在實(shí)驗過(guò)程中溶解氧濃度的變化，以測定海洋浮游生物的暗社區呼吸率（DCR）。使用80毫升的硼硅酸鹽玻璃呼吸室，這些呼吸室被填充來(lái)自50升大瓶的海水。呼吸室的蓋子設計有一個(gè)毛細孔，允許氧氣微傳感器進(jìn)入，同時(shí)孔的大小足夠小，以最小化樣品與水浴中的水之間的氧氣交換。在每次測量之前，使用兩點(diǎn)校準法對微電極進(jìn)行校準。校準使用的是0%飽和溶解氧濃度（抗壞血酸和氫氧化鈉的溶液）和100%飽和溶解氧濃度（過(guò)濾并劇烈通氣的海水）作為校準點(diǎn)，校準在原位溫度下進(jìn)行。將呼吸室放置在溫度控制的水浴中，并確保完全黑暗。由于傳感器對溫度變化非常敏感，水浴設定的溫度比原位溫度高0.2°C，以避免孵化開(kāi)始時(shí)可能的急劇溫度下降。在樣品穩定之后（60-90秒），將微電極插入呼吸室蓋子的毛細孔中，開(kāi)始測量。每20秒記錄一次溶解氧濃度，連續監測48小時(shí)。通過(guò)計算溶解氧濃度隨時(shí)間下降的斜率來(lái)確定氧氣消耗率。

實(shí)驗結果

研究結果表明24小時(shí)的暗瓶孵化實(shí)驗在125毫升的樣本量下，并沒(méi)有顯示出系統性的偏差，無(wú)論是由于樣本大小、所謂的“瓶子效應”還是氧氣消耗率的非線(xiàn)性變化。通過(guò)將Unisense微電級系統連續監測的數據與Winkler方法得到的離散數據進(jìn)行比較，研究發(fā)現兩種方法在測量海洋浮游生物的暗社區呼吸率（DCR）方面是一致的，且微電級系統的數據在統計上與Winkler方法的數據沒(méi)有顯著(zhù)差異。大多數情況下，從最小孵化時(shí)間到24小時(shí)，實(shí)驗觀(guān)察到的氧氣消耗保持線(xiàn)性，這支持了之前研究中關(guān)于較長(cháng)孵化時(shí)間內氧氣消耗率恒定的發(fā)現。強調了浮游生物群落結構和呼吸率變化之間的復雜關(guān)系，并表明呼吸率的變化更多地受到生態(tài)因素的影響，而不是群體的遺傳組成。

圖1、里亞德維戈地圖上的采樣點(diǎn)位置。

圖2.不同時(shí)間序列實(shí)驗中的葉綠素a濃度和細菌豐度。

圖3、不同時(shí)間序列實(shí)驗中最常見(jiàn)的微型浮游生物群落的貢獻。

圖4、每個(gè)瓶子體積內的累積呼吸量以及不同孵化周期。

圖5.使用氧氣微電極測量的暗孵化期間（TS3n-TS5n）的連續氧減少。

結論與展望

海洋中浮游生物的生產(chǎn)與呼吸平衡的準確測定對于碳預算和全球變化預測非常重要。由于在不同尺度上測量這種平衡存在分歧，導致了對海洋營(yíng)養狀態(tài)的爭議。尤其是在寡營(yíng)養的開(kāi)放海域中，24小時(shí)的孵化實(shí)驗經(jīng)常顯示出凈異養平衡，但類(lèi)似的困難也出現在沿海系統中。這些結果因為可能存在的長(cháng)期孵化時(shí)間和所謂的“瓶子效應”而受到批評。為了研究孵化時(shí)間和瓶子體積對浮游生物凈代謝測量的影響，在西北伊比利亞沿海系統進(jìn)行了一系列時(shí)間序列實(shí)驗。通過(guò)標準體外溶解氧濃度變化和(2)氧氣微傳感器每20秒測量一次的氧濃度下降，同時(shí)獲得了浮游生物群落呼吸率的測量結果。本研究結果反駁了24小時(shí)暗瓶孵化在125毫升體積下系統性偏見(jiàn)的說(shuō)法，并強調了氧氣微傳感器在研究自然海洋浮游生物呼吸動(dòng)態(tài)方面的有效性。本研究結果對支持使用unisense氧氣微呼吸系統作為測量沿海海洋生態(tài)系統中浮游生物DCR的準確工具，并表明它們是評估呼吸率線(xiàn)性的可行選項。對于改進(jìn)海洋生態(tài)系統中浮游生物呼吸作用的測量方法和理解其在全球碳循環(huán)中的作用具有重要意義。