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材料和方法
實(shí)驗性海洋OA研究的主要特征
我們在Web of Science核心合集Science Citation Index Expanded(SCI-EXPANDED)中檢索了調查海洋酸化、pH值變化或pCO2變化對海洋生物的影響的研究。使用了以下搜索條件:TI?('二氧化碳'OR CO2 OR CO2 OR pCO2 OR pCO2 OR高碳酸血癥或'海洋酸化')AND TS?(效應*OR影響*OR影響*OR壓力*)AND TS?(海洋或海水)AND TS?(有機體*或群落*或物種)不是TS?(湖泊或淡水)。應用了以下Web of Science類(lèi)別:生態(tài)學(xué)或海洋、淡水生物學(xué)、海洋學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生理學(xué)、生物學(xué)、植物科學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、環(huán)境研究、微生物學(xué)。檢索了1945年至2014年3月期間發(fā)表的所有論文。該搜索配置文件產(chǎn)生了527個(gè)命中,其中324個(gè)包含在現場(chǎng)、中宇宙或實(shí)驗室中的實(shí)驗工作,因此用于我們的薈萃分析(所有324個(gè)參考文獻均作為補充材料的表S1提供)。其他研究要么是純粹的海洋學(xué)、純水化學(xué)、觀(guān)察性研究或描述性原位研究,因此不適合這種分析。從研究中提取的信息具有以下實(shí)驗設計特征:(1)研究是在實(shí)驗室、中觀(guān)還是野外進(jìn)行,(2)考慮了哪個(gè)個(gè)體發(fā)育階段,(3)有多少個(gè)連續的個(gè)體發(fā)育階段考慮,(4)考慮了多少連續世代,(5)應用了多少(交互)因素,(6)處理水平是恒定還是波動(dòng),以及在多少(7)個(gè)地理區域,(8)季節實(shí)驗運行的年份或(9)個(gè)不同年份。每項研究的分類(lèi)見(jiàn)補充材料的表S1。
pH值的原位波動(dòng)
我們只考慮了在天然底棲棲息地中至少測量了碳酸鹽化學(xué)描述詞之一(即pCO2、pH、CO2(aq)、HCO3–、CO3 2-)的研究。僅記錄二氧化碳的海氣交換(例如通過(guò)浮鐘)或人工圍欄內變化的研究被排除在外。我們將搜索范圍限制在海洋系統并排除了河口,但包括了波羅的?;蚝诤5认趟吘壓?。過(guò)去四年中總共有54篇出版物符合上述標準(見(jiàn)補充材料中的表S2)。
我們將其中至少一個(gè)碳酸鹽化學(xué)參數以小于30分鐘的采樣頻率進(jìn)行測量的任何系列視為“連續的”?!皺M斷面”對應于在沿環(huán)境非生物(例如深度、潮汐帶)或生物(生態(tài)帶)梯度的至少兩個(gè)位置同時(shí)進(jìn)行測量的研究?!皬椭啤睂谠谥辽賰蓚€(gè)具有相似非生物和生物特征的位置同時(shí)進(jìn)行測量的研究。
圖1.從300項關(guān)于OA對海洋生物影響的近期調查中提取的OA研究工作的特征分布(見(jiàn)表S1)。黑條表明實(shí)驗方法的特征顯然是首選,因為它們的簡(jiǎn)單性或提供清晰和顯著(zhù)結果的潛力。在x軸上給出的實(shí)驗設計的每個(gè)方面,出版物的總和為100%。
藻類(lèi)擴散邊界層的表征
2013年9月,使用pH微傳感器在新鮮收集的Fucus vesiculosus葉片(n=3)上研究了藻類(lèi)表面的擴散邊界層。在流通系統中,Fucus葉片水平固定在尺子上,這允許在藻類(lèi)表面上定向流動(dòng)。水溫恒定在208℃,流速由閥門(mén)調節。使用尖端直徑為10毫米的pH微傳感器、萬(wàn)用表和電動(dòng)微操作器(均來(lái)自丹麥Unisense)以40-100毫米的步長(cháng)測量靠近藻類(lèi)表面的pH。操縱速度(停滯、緩慢(0.5 cm s-1)和高(1.5 cm s-1))和光照條件(亮或暗),產(chǎn)生六種不同的處理,每種處理都應用于所有刀片。在每次處理之間,持久的擴散邊界層首先被破壞(用注射器噴水),然后在新條件下放置5分鐘以建立起來(lái)。試驗分析表明,這個(gè)時(shí)間滯后足以在非停滯條件下建立穩定的邊界層。在停滯條件下,邊界層的穩定需要更長(cháng)的時(shí)間(取決于溫度),但我們的首要任務(wù)是讓藻類(lèi)生理學(xué)適應新條件的時(shí)間相同。因此,在停滯條件下測量的輪廓可能是保守的。