气温升高如何加剧波罗的海沿岸缺氧，探究微生物生长和氧气的关系
尽管营养物质输入减少，但缺氧状况几乎每年都会在波罗的海西南部出现，这句话概括了这个独特生态系统中令人震惊的环境变化，这种变化是由气候变暖加剧和细菌生物量增加所驱动的。
令人惊讶的是，波罗的海的缺氧面积已从1950 年前的不到10,000平方公里大幅扩大到2000年以来的60,000平方公里以上，这主要是由于来自陆地和大气的营养物质输入增加。为什么会出现这种情况呢？
沿海缺氧是指沿海水域氧气耗尽，可能危害海洋生物。缺氧通常发生在深水中，那里氧气消耗的速度比补充的速度快。
当较温暖的地表水在较冷、密度较大的水面上形成稳定的层时，就会发生分层，而这些分层的存在，他们之间的混合减少，限制了地表水中的氧气到达更深的缺氧区域，会加剧了水中的缺氧状况。
波罗的海的水分层会形成不同温度和盐度的水层，从而显著影响氧气含量，这会导致形成一道屏障，阻止氧气在表层和深层水域之间混合。在夏季，温暖的表层水会形成一个稳定、密度较低的层，从而抑制垂直混合，氧气在有机物质分解的下层被消耗，但无法从上层得到补充，从而导致深层水域出现缺氧甚至无氧状况。
由于分层导致的水混合减少，加上海洋中的细菌活动，缺氧情况通常会进一步加剧，在沿海缺氧的背景下，细菌在分解有机物时会消耗氧气，从而导致氧气耗尽。
细菌生物量在沿海缺氧中起着关键作用，特别是通过参与有机物分解，随着细菌种群的增加，它们会加速有机物的分解，从而消耗氧气。这种氧气消耗导致底层水中溶解氧的消耗，加剧缺氧状况。总之，细菌生物量通过增加有机物分解过程中的氧气消耗来加速缺氧，而气候变化通过变暖和改变水柱动态来放大这种影响。
此外，着全球气温上升，海面温度升高，这不仅加剧了分层，而且还为细菌生物量的增加和藻类的大量繁殖创造了条件，这些会在全球气温变暖的情况下，海洋缺氧会变得更加严重。
隆德大学地球生物圈科学中心早期的一项研究，探讨了缺氧在营养循环中的作用，特别是沉积物中磷的释放。研究发现，由于营养物质输入导致的人为富营养化，缺氧的空间范围和强度有所增加。缺氧调节水柱和沉积物中磷( P )和氮(N)的生物地球化学循环。研究结论表明，缺氧会加剧营养富集，进一步促进水体的富营养化，使波罗的海的状况恶化。
瑞典卡尔马林奈大学微生物模型系统生态与进化中心在2022年开展的一项研究，探讨了变暖如何影响微生物群落和生物地球化学过程。研究发现，长期变暖导致底层水中细菌多样性的丧失，但表层沉积物的多样性却有所增加 ，受热海湾表面沉积物中的细菌群落几乎没有季节性变化，但由于长期变暖，可能会发生变化。代谢基因的预测表明，靠近沉积物-水界面的厌氧过程会增加。研究表明，温度升高可能会改变微生物群落，延长藻华期，提高呼吸速率，导致波罗的海缺氧加剧和氧气含量降低。
芬兰环境研究所海洋研究中心也对此类问题有研究，研究探讨了全球气候变化将如何改变波罗的海的微生物季节性和多样性，从而可能增加有害藻类的繁殖并加剧缺氧。研究表明，气候变暖可能会改变微生物群落的时间和组成，从而影响沿海地区的氧气动态。
近日，亥姆霍兹基尔海洋研究中心在Nature上发表的一项研究，揭示了沿海缺氧威胁日益加剧，气候变化加剧了这一问题，并强调了微生物活动在加速这场危机中发挥的不可或缺的作用。
研究人员采用了复杂的数据收集技术，包括长期监测氧气水平、细菌生物量和温度。利用这些数据，研究人员追踪了几十年来缺氧和微生物生长的变化模式。
研究发现，随着浮游植物春季大量繁殖，细菌生物量产量在夏季会增强，尽管营养输入长期减少，但夏季的极高温度会增强分层和细菌生物量的生产，缺氧已成为一种近乎每年都会发生的现象。由于水温升高而增强的分层阻止氧气到达更深的层，而更深的层中缺氧最为明显。由于气候变暖加剧，缺氧现象也更频繁发生。
研究表明，即使在人类活动减少营养输入的情况下，温度升高和随之而来的细菌生物量的增加也直接导致了缺氧区的加剧。
思考
变暖、分层和营养动态在缺氧形成过程中有何相互作用？虽然人们认识到变暖对分层和缺氧的影响，但营养负荷和微生物过程如何相互作用以放大或减轻缺氧事件?细菌生物量在缓解或加剧缺氧方面起什么作用？不同的沿海生态系统对变暖和缺氧的反应有何不同？
参考文献：Helmke Hepach, Judith Piontek, Hermann W. Bange, Theresa Barthelmeß, Anabel von Jackowski & Anja Engel ，Enhanced warming and bacterial biomass production as key factors for coastal hypoxia in the southwestern Baltic Sea. Scientific Reports volume 14, Article number: 29442 (2024) ，doi. s41598-024-80451-w
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