海水酸化对小型底栖生物群落结构和生物多样性的驱动性

Potential ecological harm of climate change on marine ecosystems is quite a hot research topic under the background of global warming. However, acidification and its results on fluctuations of sedimental physical and chemical factors is quite a complex problem. Benthos is a response group who can reflect the perturbation and pollution directly in the sedimentary environment, especially the research on meiofauna applied to indicate and monitor organic pollution and heavy metal pollution have been carried out and reported both at home and abroad. Furthermore, it is quite interesting in terms of the use of meiofauna community parameters for evaluation of ocean acidification. To proof the ecological response of meiofauna community structure, biodiversity, dominant abundance and distribution on ocean acidification under the background of climate change, this study will carry out both in situ and in laboratory concurrently and seasonally, comparing potential effects of ocean acidification on meiofauna community among groups of different sea water pH, groups between the short-term experiment (25 days) and long-term (50 days), and further analysis should be carried out on the effects of different water pH value and different exposure time on meiofauna community to reveal the driven effect of ocean acidification on meiofauna community. Also, it would be a significant complement for meiofauna interaction with the physical and chemical factors referring to water temperature, Eh, dissolved oxygen, organic matter, total nitrogen and sediment particle size.

气候变化对海洋生态系统的潜在生态危害是全球变暖背景下的一大研究热点。其中海水酸化及由此引发的沉积物理化因子的波动是个复杂的问题。底栖动物是沉积环境中受扰动及污染的最直接响应群体，小型底栖生物应用于有机污染和重金属污染的指示和监测方面在国内外已有开展并有相关报道。利用小型底栖生物群落参数对气候变化特别是海水酸化的评价是个十分有趣的课题。为了验证小型底栖生物群落结构、生物多样性、优势类群丰度、分布等对海水酸化的生态响应，本研究将同时开展4个季度的野外现场和实验室内控制的研究，比较不同海水pH值组之间、比较短期实验（25天）和长期实验（50天）处理组之间，海水酸化对小型底栖生物群落的影响，进一步分析不同海水pH值和不同暴露时间对小型底栖动物群落的潜在作用，以期揭示海水酸化对小型底栖生物群落的驱动作用，同时也有利于补充其与水温、Eh、溶解氧、有机质、底质粒径和总氮等环境理化因子之间相互作用的资料。

本研究分别于2017年4月、6月、9月和12月在福建省九龙江口海门岛红树林区进行小型底栖动物采集和沉积物采集，其中采集的小型底栖生物样品在实验室内鉴定获得小型底栖生物数据；采集的沉积物样品一部分用于室内分析有机质含量、总有机碳、硫化物、总氮和碳氮比等理化参数，另一部分沉积物通过10cm直径的PVC管采集并用于实验室内进行海水酸化控制实验。研究结果表明，海门岛红树林区4个季度野外小型底栖线虫平均丰度为104.8个/10cm²，室内不同酸化海水处理后小型底栖线虫丰度平均为64.1个/10cm²，可见海水酸化对小型底栖线虫的丰度具有一定的抑制作用。野外组与实验室处理组线虫丰度的季节变化皆为秋季最低。在垂直分布上，线虫丰度随深度增加有逐渐降低的趋势。小型底栖动物生物量平均为51.5μg/10cm²。室内淋溶实验结果表明，海水的酸化处理会导致沉积物中总氮的进一步减少，尤其是在沉积物深度为2～5cm的层次中；有机碳含量随淋溶海水pH的提高而增加，且随深度的增加而增加；硫化物的含量随处理海水pH的提高而降低，随深度的增加而提高；沉积物盐度整体随着pH值的增高呈波浪状上下波动，趋势特征不显著。氧化还原电位测定结果显示表层沉积物为弱还原性环境和若氧化性之间。在同一研究区域开展了大型底栖动物的群落结构研究，结果显示海门岛红树林区获得大型底栖动物共计112种，年平均生物量为77.58g/m²，年平均栖息密度为991.0ind/m²。Shannon-Wiener多样性指数（H'）、丰富度指数（d）和均匀度指数（J）分别为2.42、5.02和0.70，其中春季生物多样性指数和均匀度指数均最低，与春季生物的繁殖有关。ABC曲线表明该区域有三分之一采样点其大型底栖动物群落受到中等到严重程度的扰动，主要集中在春季站位，这与该季节渔民滩涂养殖作业活动有关。经过野外与实验室内酸化海水淋溶实验研究，可以揭示底栖生物群落多样性和沉积物环境的变化与海水酸化的关系，预测和评估全球海水酸化背景下沉积物生物与非生物过程的变化，也可以为海洋生态系统环境质量的变化提供评估依据。