珊瑚藻床如何成为海洋碳循环和缓解气候变化的关键参与者

珊瑚藻因其特有的粉红色调而常被描述为“粉红色力量”，已成为海洋碳循环研究的焦点。这些藻类会分泌碳酸钙 (CaCO₃) 结构，在海洋环境中发挥双重作用，既有助于海洋生态系统的初级生产，又影响全球碳循环。由于广泛分布于沿海和浅海环境中，珊瑚藻床被认为是海洋碳封存的重要贡献者。随着气候变化加速，二氧化碳水平上升导致海洋酸化和气温升高，了解珊瑚藻对碳储存的全面影响对于评估其缓解气候变化的潜力至关重要。

近年来，研究强调了珊瑚藻床的重要性，不仅因为它们在海洋碳循环中的直接作用，还因为它们具有更广泛的生态功能，例如提供栖息地和支持海洋生物多样性。尽管珊瑚藻床具有重要意义，但我们对珊瑚藻碳封存机制以及环境变化对其健康和功能的长期影响的理解仍存在许多空白。一项新的研究，探讨了珊瑚藻床在海洋碳循环中的作用。

珊瑚藻的生物和生态功能

珊瑚藻属于红藻门，其特点是能够在细胞壁中沉积碳酸钙 (CaCO₃)，形成坚硬的、通常呈粉红色的结构。这些结构不仅使珊瑚藻具有独特的外观，而且还具有多种生态功能，特别是在碳循环和生态系统支持方面。

珊瑚藻最重要的生态功能之一是其碳封存作用。通过光合作用，珊瑚藻将大气中的二氧化碳转化为有机碳，并储存在其生物量中。然而，它们对碳循环最重要的贡献来自钙化过程，在此过程中它们会产生碳酸钙。该过程涉及从海水中吸收碳酸氢盐 (HCO₃⁻)，然后沉淀为 CaCO₃。由此产生的碳酸盐结构可以积聚在海底，作为长期的碳汇，可能将碳锁定在碳酸盐沉积物中数千至数百万年。

因此，珊瑚藻可以在海洋碳循环中发挥重要作用，特别是在它们形成广泛藻床或促进珊瑚礁生长的地区。以 CaCO₃ 形式储存的碳不能立即重新释放到大气中，因此与生物体内储存的有机碳相比，它是一种更稳定的碳封存形式。

珊瑚藻床是许多海洋物种的重要栖息地，为各种无脊椎动物、鱼类和其他藻类提供庇护所和食物。这些藻床通常位于浅水沿海水域，增加了海洋生态系统的复杂性，并支持高水平的生物多样性。通过形成坚硬的基质，珊瑚藻为其他生物（包括其他藻类、软体动物和甲壳类动物）提供锚地。这种栖息地结构在以软沉积物或裸露岩石为主的生态系统中尤为重要，其他生物可能难以在这些生态系统中立足。

除了支持生物多样性之外，珊瑚藻床在保护沿海生态系统方面发挥着关键作用。它们有助于稳定沉积物并保护海岸线免受侵蚀，充当抵御海浪和风暴的天然屏障。面对气候变化导致的海平面上升和越来越强烈的风暴事件，这种保护功能尤为宝贵。

珊瑚藻床与海洋碳循环：复杂的关系

珊瑚藻床与海洋碳循环之间的相互作用是多方面的。除了直接参与碳封存外，这些藻类还与更广泛的海洋环境相互作用，以不同方式影响碳循环。包括海洋酸化、变暖和营养物质可用性在内的多种因素可以改变珊瑚藻生产力的动态及其封存碳的能力。

珊瑚藻和其他光合生物一样，在光合作用过程中从海水中吸收二氧化碳。这一过程有助于降低海洋中的二氧化碳浓度，从而减轻大气中二氧化碳水平上升的部分影响。虽然珊瑚藻的光合作用有助于有机碳库的形成，但它们对碳循环的主要贡献来自前面提到的钙化过程。钙化过程中 CaCO₃ 的沉淀需要能量，而能量是通过光合作用获得的，这使得这些过程紧密相连。

珊瑚藻的碳封存率会因环境条件的不同而有很大差异。水温、盐度以及光照和营养物质的可用性等因素都会影响藻类的生长率和钙化。例如，海水温度升高会导致珊瑚藻的代谢率提高，从而可能提高光合作用和钙化率。但是，如果温度超过某个阈值，珊瑚藻可能会受到压力，导致生长减缓甚至死亡。由于吸收过量的大气 CO₂ 而导致的海洋酸化也会通过降低碳酸根离子 (CO₃²⁻) 的可用性来干扰钙化，而碳酸根离子是 CaCO₃ 形成所必需的。

海洋酸化和变暖是海洋生态系统面临的两大最紧迫威胁。两者都有可能显著影响珊瑚藻固碳的能力。海洋酸化降低了碳酸盐离子的可用性，而碳酸盐离子对于碳酸钙的沉淀至关重要。因此，珊瑚藻的钙化率可能会降低，这可能会限制它们对碳封存的贡献。此外，较低的 pH 值可以增加碳酸盐沉积物的溶解度，可能导致储存的碳被释放回水柱中。

另一方面，水温升高可以提高珊瑚藻的代谢率，从而可能增强其光合作用和钙化过程。但是，如果温度上升过快或超过珊瑚藻的耐受极限，则可能导致白化、压力和死亡。在极端情况下，这可能会导致整个珊瑚藻床消失，从而减少碳封存并改变当地生态系统。

新的研究发现

珊瑚藻在海洋碳循环中发挥着关键作用，既是碳汇，又是沿海生态系统稳定性的贡献者。尽管它们非常重要，但其生物学、生态学和对环境变化的反应的许多方面仍不太为人所知。

一项新的研究，利用大范围地理和水深范围的广泛数据收集，其中包括对碳吸收率和碳酸盐沉积物进行取样和测量，数据涵盖广阔的地理范围（53°N至27 ° S）和水深范围（2-51米）。对收集的数据进行分析，以确定珊瑚藻床的生产力和碳吸收率，以及它们对海洋碳循环的贡献。

研究发现，珊瑚藻床是高生产力的栖息地，具有相当大的碳吸收能力。该研究量化了各种珊瑚藻床的碳封存率，碳吸收率范围为28至1347 g C m⁻² day⁻¹，这一生产力超过了其他主要大型藻类栖息地的估计值。这种广泛的碳吸收范围受到多种因素的影响，包括水温、营养物质的可用性以及存在的特定珊瑚藻种类。

在某些地区，珊瑚藻床对沿海生态系统总碳封存的贡献超过 10%，此外这种高生产力，加上它们大量的碳酸盐沉积物（0.4-38 千吨），使珊瑚藻床成为当前和未来海洋碳循环的高度相关贡献者。

该研究还揭示了珊瑚藻床易受海洋酸化影响。随着大气中二氧化碳水平的上升，海洋吸收更多的二氧化碳，导致海水pH值下降。这种酸化会显著影响珊瑚藻的钙化过程，可能降低其固碳能力。该研究强调，海洋酸化可能会阻碍珊瑚藻床的生长，特别是在pH值已经较低的地区。这一发现强调了保护这些生态系统以维持其在碳封存中的作用的重要性。

不同地区的珊瑚藻床的碳封存潜力存在显著差异。水温、营养物质可用性和盐度等因素会影响珊瑚藻的生长率及其相关的碳吸收。例如，较温暖的水域往往会增加钙化率，而营养水平较高的地区则支持更强劲的藻类生长，从而导致更高的碳封存。然而，在营养贫乏的地区，珊瑚藻生产力较低，其碳封存潜力也降低。

这项关于珊瑚藻床的研究为珊瑚藻床在海洋碳循环中的重要作用及其对气候变化的脆弱性提供了新的见解。

思考

环境变量如何影响珊瑚藻床的碳封存？ 虽然已知珊瑚藻可以封存大量碳，但影响其碳吸收效率的具体环境因素仍在研究中。温度、盐度、光照和海洋酸化都有可能改变藻类的生产力及其封存碳的能力。海洋温度升高和 pH 值降低对这些过程的影响，尤其是在多重压力下，如何影响碳封存？

参考文献：Nadine Schubert, Fernando Tuya, Viviana Peña, Paulo A. Horta, Vinícius W. Salazar, Pedro Neves, Cláudia Ribeiro, Francisco Otero-Ferrer, Fernando Espino, Kathryn Schoenrock, Federica Ragazzola, Irene Olivé, Thalassia Giaccone, Matteo Nannini, M. Cristina Mangano, Gianluca Sará, Francesco Paolo Mancuso, Mario Francesco Tantillo, Mar Bosch-Belmar, Sophie Martin, Line Le Gall, Rui Santos & João Silva ，“Pink power”—the importance of coralline algal beds in the oceanic carbon cycle.  Nature Communications  volume 15, Article number: 8282 (2024) ，doi. s41467-024-52697-5

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