海洋酸化对珊瑚礁生态系统的影响及研究进展报告人：安宇小组成员：罗伟成朱凯峰2017.03.10目录\CONTENTS1.海水酸化
？2.对珊瑚生态系统的影响？3.研究不足之处及对策？1.1什么是海洋酸化？在工业革命之前的42万年间，大气CO2浓度基本在180
—300μL/L之间波动，工业革命以来的200多年间(尤其是近几十年来)却持续攀升了近40%。目前约为390μL/
L(根据NOAA在MaunaLoa的观测数据)，全球变化随之发生———全球升温、海洋酸化等。大气中CO2通过水-气交换
溶于海洋以达到水-气平衡，而持续升高的大气CO2浓度改变了海洋水化学系统，尤其是打破了原有的碳酸盐平衡体系，降低了海水中的pH值
、碳酸根离子浓度(［CO3－2］)、碳酸钙(包括文石和方解石)饱和度，从而导致海洋酸化。在海洋酸化背景下发生变动的海水碳
酸盐平衡体系对珊瑚礁生态系统的影响，它对珊瑚礁生态系统的影响远比单一pH值的降低的影响更重要，其中变动较大的几个参数分别是:
pH值、P(CO2)、溶解态CO2和碳酸钙(包括文石和方解石)饱和度。1.2关于海洋酸化对珊瑚礁生态系统影响的本质海水
碳酸盐体系参数工业革命以来的改变对珊瑚礁生态系统生物活动的影响海水P(CO2)约升高了40%;表层海水P(CO2)与大
气变化趋势基本一致可能促进海草等的光合作用，但对珊瑚虫黄藻的光合作用无显著影响pH降低了0．1左右，到本世纪中叶将比现在再下降
0．14左右影响营养盐和微量元素的存在形式与其生物地球化学循环，从而间接影响海洋生物的生命活动［CO3－2］降低了16%海洋
钙化生物钙化率降低［HCO3－］升高了约5%增加幅度较小，对海洋生物生理活动影响不大文石饱和度降低了16%，到本世纪中叶，其在全球
大部分珊瑚礁海域将降到3以下导致珊瑚及珊瑚藻等海洋钙化生物钙化率降低方解石饱和度降低了16%导致颗石藻类及有孔虫等海洋钙化生物钙
化率降低总溶解无机碳升高了约3%其增加幅度较小，对海洋生物生理活动的影响不大总碱度基本不变(除非发生大规模的溶解现象)无显著影
响2.1海洋酸化对造礁石珊瑚的影响造礁石珊瑚钙化率降低来自“生物圈2号”对滨珊瑚等开展的胁迫实验进一步表明:钙化率与［CO3－
2］或文石饱和度是成正相的;钙化率的变化和［HCO3－］没有显著的相关关系;当［CO3－2］从工业革命前的272μmo
l/kg降低177μmol/kg(P(CO2)为560μL/L)时，珊瑚礁钙化率将下降49%。总之，随
着海洋酸化的加剧，造礁石珊瑚的钙化率将会随之降低。2.1海洋酸化对造礁石珊瑚的影响珊瑚-虫黄藻共生体系将受到破
坏“共生藻吸收光能和营养盐，进行光合作用，为珊瑚体提供其代谢所需营养物质和能量的95%以上。正是由于共生藻的这种供给，珊瑚才能够维
持较高的钙化率。Anthony等人研究表明，海洋酸化可能导致造礁石珊瑚白化，使珊瑚－虫黄藻共生体系受到破坏。但是，目前关于造礁石珊
瑚钙化活动与光合作用之间的相互关系还存在较大争议，在海洋酸化背景下，珊瑚－虫黄藻共生体系将会受到怎样的影响还需要更多的实验研究。2
.1海洋酸化对造礁石珊瑚的影响造幼体补充和群落恢复将更加困难珊瑚藻(Corallinealga)对造礁石珊瑚幼体附着起着非常
关键的作用［33-34］，但其对海洋酸化很敏感，以现有的海水酸化趋势计算，大部分珊瑚藻将在未来二三十年内消失［35］。因此，海洋酸
化对珊瑚有性繁殖过程将有可能造成重大影响。另外，在全球变化和人类活动的影响下，造礁石珊瑚死亡以后，为大型藻类入侵留出了空间。大型藻
类的附着生长制约了珊瑚繁殖和生长，因为藻类会与珊瑚竞争光和生存空间，而且它们还会释放化学毒素阻止其它生物附着。2.2海洋酸化促进珊
瑚礁系统的溶解现象海洋酸化不仅能导致珊瑚礁系统中钙化生物钙化率的降低，还会促进珊瑚礁系统内的溶解现象。研究表明，即使是在健康的珊瑚
礁区，溶解现象也是伴随钙化同时发生的，只是由于钙化率大于溶解率，整个礁区通常表现为净钙化。但是，随着海洋酸化的加剧，珊瑚礁的溶解速
率不断升高，当溶解速度达到或超过其钙化速度，某些珊瑚礁将可能出现负生长。此类现象在一些退化的边缘礁上已经被观测到了。例如，Suzu
ki等人在日本西南部海域通过对野外珊瑚礁的观测发现，珊瑚礁在夜间有净溶解现象。。2.3对珊瑚礁区其它关键功能生物的影响底栖生物群
落珊瑚礁鱼类珊瑚藻珊瑚藻是珊瑚礁生态系统中的关键成。同时壳状珊瑚藻也为珊瑚幼虫提供重要的硬质附着底质但近年来的研究表明，海洋酸化会
对导致珊瑚藻钙化率显著降低，对该种群的未来可能产生致命的影响。珊瑚礁区的底栖软体动物、苔藓虫与棘皮动物对维持珊瑚礁立体结构至关重要
。有研究表明双壳类动物的钙化率会受海洋酸化的影响而下降。另外，由于生物早期生命阶段比成熟期对环境干扰更加敏感，大多数底栖钙化生物会
经历浮游幼虫期中的幼虫波动期，因此海洋酸化可能对它们的幼体阶段影响较大珊瑚礁鱼类是珊瑚礁生态系统中重要的组成部分，对珊瑚礁生态系统
物质循环起着十分重要的作用，对维护珊瑚礁的系统健康具有非常重要的意义。海水CO2分压升高会导致海洋生物包括鱼类的组织及体液酸中毒，
从而影响动物的生理行为。2.4海洋酸化与其它关键因子对珊瑚礁生态系统的协同作用海洋酸化与光照因子的协同作用光照是维持造礁石珊瑚钙化
生长所必须的因子。在适当光照条件下，虫黄藻进行光合作用，为造礁石珊瑚的钙化生长提供重要的能量来源。Gattuso总结以往大量的实验
结果表明，造礁石珊瑚在光照条件下的钙化率是在黑暗条件下的3倍。Schneider等人的实验表明，在无光照条件下，造礁石珊瑚更容易
出现净溶解现象。因此，在海洋酸化和光照衰减的共同胁迫下，造礁石珊瑚更可能出现负增长。2.4海洋酸化与其它关键因子对珊瑚礁生态系统的
协同作用海洋酸化与温度因子的协同作用全球变暖导致全球海洋表层水体升温。过去50a里在热带亚热带海域的升温过程使得海水温度已经接近
造礁石珊瑚的耐热极限。海水升温对造礁石珊瑚的生理会产生重大影响，表现在生产率、生长率、钙化率和白化等方面。当海洋酸化和海水升温协同
作用时，造礁石珊瑚会在更低的温度发生白化。海洋酸化和海水升温都会显著降低珊瑚礁鱼类的有氧代谢能力，而在二者的协同作用下，珊瑚礁鱼类
将可能受到更大的胁迫，这种联合效应对珊瑚礁区的无脊椎动物(海蛇尾)的生存可以构成致命的威胁。2.4海洋酸化与其它关键因子对珊瑚
礁生态系统的协同作用海洋酸化与富营养化的协同作用营养盐加富和海水酸化对造礁石珊瑚的胁迫实验表明，单一的营养盐加富或海水酸化胁迫后，
造礁石珊瑚生长效率的恢复明显比二者联合胁迫后的要好。如果该实验结果与自然环境下的造礁石珊瑚的响应一致，那么沿岸河口珊瑚礁区不断加剧
的富营养化将与海洋酸化一起对造礁石珊瑚的造礁能力和生存能力产生严重负面影响。2.5海洋酸化可能导致珊瑚礁生态系统群落结构的改变和系
统的退化鉴于珊瑚礁生物对海洋酸化的胁迫具有较大的种间差异性，随着海洋酸化的加剧，珊瑚礁群落结构无疑将发生相应的变化，珊瑚礁群落结构
更可能朝着种类单一、结构简单、生产力低下的方向变化。另外，只有当钙化率大于溶解率时，珊瑚礁体才能正常增长，反之，珊瑚礁体将出现溶解
。而目前在全球变化的背景下，世界范围内的珊瑚礁都出现了退化趋势，钙化能力下降，而溶解速率上升。由此将产生严重的生态后果:(1)
珊瑚礁的增长赶不上海平面的上升，导致珊瑚礁被“淹死”;(2)不能为其它生物创造生存空间，导致某些生物种群的丧失。所以海洋酸
化将加剧珊瑚礁系统的退化。虽然珊瑚礁生态系统内的生物大多经过了至少几百万年的进化，具有一定的抵御环境扰动的能力，然而，近年来全球范
围内珊瑚礁的迅速退化和死亡表明，近期环境因子波动的强度和频度已经远远超过了珊瑚礁生物的承受范围。3.1理论不知之处海洋酸化对珊瑚礁
生态系统的影响的研究还处于起步阶段，实验方法和测量技术都不完善;大尺度实验开展的较少;很多模拟实验所控制的条件与自然条件不一样
，实验结果不能准确地反映真实情况。21而目前的大多数实验是将pH值(或P(CO2))固定在一定水平进行实验，这本身和自
然条件下P(CO2)处于波动状态的情况不相一致，所以，实验方法等方面还需进一步的改善。关于海洋酸化影响珊瑚礁和珊瑚礁生物的各
种生理过程和机制，所了解的还很少;所形成的理论尚不完善。一些关键的过程和机制都停留在假说阶段，缺乏有力的实验证明。343.2对策
及将来研究方向对珊瑚礁区海水碳酸盐体系进行长期系统的监测零星的海水碳酸盐体系的观测研究，不利于探讨和归纳珊瑚礁区海水碳酸盐体系的变
动特征、影响因素、生物活动和受海洋酸化影响的现状等，因此需要在时间和空间尺度上有所加强。珊瑚礁区(尤其是近岸河口区)海水碳酸盐
体系受诸多复杂因素的影响，在探讨其变动特征和影响因素时，需要结合水质环境、生物群落(浮游生物和底栖生物群落)分布状况、水交换量
、水体来源、上升流等调查数据进行系统分析。3.2对策及将来研究方向开展实验室和原位海洋酸化胁迫实验纵观国际上的相关研究，目前主要集
中在海洋酸化对造礁石珊瑚钙化率的影响方面，缺乏长期胁迫实验验证，有必要开展海洋酸化对造礁石珊瑚其它生理过程或珊瑚礁其它生物活动的影
响的研究。例如，探讨海洋酸化胁迫下，珊瑚礁生物体内脂肪含量和蛋白酶含量等生化指标的变化，以验证海洋酸化的胁迫效应;利用分子生物学
手段探讨海洋酸化胁迫下，相关基因片段的表达，从生物学角度检验海洋酸化对实验对象的胁迫作用。同时，可以从个体、种群、群落和系统层面进
行实验研究，探索不同种类对酸化响应的共同性与特异性，以期更全面认识珊瑚礁生态系统的响应。与室内模拟实验相比较，原位围隔实验与自然生
态更加接近，更能反映实际可能的影响结果和变化趋势。。科普与宣传加强珊瑚礁的科普与宣传，加强人们对珊瑚礁的保护意识，呼吁人们加入保护
珊瑚礁的大家庭。参考文献张成龙,黄晖,黄良民,刘胜.??海洋酸化对珊瑚礁生态系统的影响研究进展[J].?生态学报.?2012(05
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