研究简介:北极地区是全球变暖的热点区域，气温和海洋温度的上升对生态系统产生了深远影响。在北极峡湾中，底栖生物的氧气消耗（总吸氧量，TOU）是衡量生态系统功能的重要指标。TOU反映了底栖生物对有机物的分解和能量流动的贡献。本研究选择了斯匹次卑尔根岛西岸的两个峡湾——霍恩松德（受寒冷北极水影响）和康斯峡湾（受较暖的北大西洋水影响），通过对比这两个不同水文环境下的峡湾，研究沉积物的氧气消耗情况及其与底栖生物群落的关系。研究团队在2013年7月和8月分别对霍恩松德和康斯峡湾进行了采样。使用箱式采样器收集未受干扰的沉积物核心样本，并在实验室中进行孵化实验。通过测量孵化过程中水样中的溶解氧浓度变化，计算出沉积物的总吸氧量。同时研究团队还对沉积物中的小型底栖生物（meiofauna）和大型底栖生物（macrofauna）进行了分类、计数和称重，以评估它们对氧气消耗的贡献。研究发现，康斯峡湾的总吸氧量显著高于霍恩松德，分别为12.86 mmol/m²·d和8.11 mmol/m²·d。这种差异主要归因于康斯峡湾中细菌和底栖生物群落（小型和大型底栖生物）的生物量相对较高。康斯峡湾的有机物主要来源于海洋，而霍恩松德的有机物则主要来自陆地。海洋来源的有机物质量较高，更容易被底栖生物利用，从而导致康斯峡湾的氧气消耗率更高。研究表明，有机物的质量而非数量是影响沉积物氧气消耗率的关键因素。康斯峡湾的底栖生物群落由于获得了高质量的海洋有机物，其生物量和氧气消耗率都显著高于霍恩松德。这一发现对于理解北极峡湾生态系统在气候变化背景下的响应具有重要意义。随着北极地区温度的升高和冰层的融化，海洋与陆地之间的物质交换可能会发生变化，进而影响底栖生物群落的结构和功能。

Unisense微电极测量系统的应用

Unisense微电极被用于测量沉积物中的氧气浓度和氧气浓度梯度的测试。在样本采集后，立即使用Unisense微电极测量沉积物表面层（30毫米厚）中的氧气浓度梯度。这些测量结果有助于了解沉积物中氧气的分布情况，以及氧气在沉积物中的扩散和消耗情况。通过分析氧气浓度梯度，可以推断出沉积物中生物活动和化学反应对氧气消耗的影响。

实验结论

研究发现供给海洋沉积物的有机物质量而非数量是影响底栖生物氧气消耗率的关键因素。康斯峡湾的有机物主要来源于海洋，质量较高，因此其底栖生物群落的生物量和氧气消耗率显著高于霍恩松德，后者的有机物主要来源于陆地，质量较低。康斯峡湾的底栖生物群落，包括细菌、小型底栖生物（meiofauna）和大型底栖生物（macrofauna），其生物量显著高于霍恩松德。这种差异导致康斯峡湾的总吸氧量（TOU）比霍恩松德高出50%以上。康斯峡湾的总吸氧量显著高于霍恩松德，分别为12.86 mmol/m²·d和8.11 mmol/m²·d。这种差异主要归因于康斯峡湾中细菌和底栖生物群落（小型和大型底栖生物）的生物量相对较高。康斯峡湾的有机物主要来源于海洋，而霍恩松德的有机物则主要来自陆地。海洋来源的有机物质量较高，更容易被底栖生物利用，从而导致康斯峡湾的氧气消耗率更高。有机物的质量而非数量是影响沉积物氧气消耗率的关键因素。康斯峡湾的底栖生物群落由于获得了高质量的海洋有机物，其生物量和氧气消耗率都显著高于霍恩松德。这一发现对于理解北极峡湾生态系统在气候变化背景下的响应具有重要意义。随着北极地区温度的升高和冰层的融化，海洋与陆地之间的物质交换可能会发生变化，进而影响底栖生物群落的结构和功能。

图1、斯瓦尔巴群岛受调查峡湾的位置（右侧面板）以及康斯峡湾（左上侧面板）和霍恩松德（左下侧面板）的采样区域。

图2、霍恩松德（左侧面板）和康斯峡湾（右侧面板）在两个区域环境温度下，沉积物总耗氧量[mg/m²]随孵化时间的变化；计算的总耗氧量（TOU）。

图3、霍恩松德和康斯峡湾的总耗氧量—Kruskal–Wallis检验。

图4、霍恩松德（左侧面板）和康斯峡湾（右侧面板）30毫米厚沉积物表层的氧气浓度剖面。

图5、霍恩松德和康斯峡湾的采样站——地理位置、底层水温和含氧量

结论与展望

在斯匹次卑尔根西北大陆架的两个具有不同水文状况的北极峡湾——霍恩松德（受“寒冷”的沿海北极水影响）和康斯峡湾（受“温暖”的大西洋架水影响）中，测量了底栖总吸氧量（TOU）。康斯峡湾的TOU速率比霍恩松德高出50%以上。这可能与康斯峡湾相对较高的细菌和底栖生物（小型底栖生物和大型底栖生物）群落生物量有关，而霍恩松德则较低。这种差异可能是由于有机物的来源不同。康斯峡湾主要受海洋有机物影响，而霍恩松德则主要受陆源有机物影响。供给海洋沉积物的有机物质量影响了底栖生物的生物量和氧气消耗速率。因此康斯峡湾的海底具有更高的氧气吸收量，进而具有更大的碳需求，而霍恩松德则较低。Unisense微电极被用于测量沉积物中的氧气浓度和氧气浓度梯度。微电极可以实时监测沉积物氧气浓度的变化，通过测量沉积物中的氧气浓度和浓度梯度，微电极提供的数据支持了研究假设，即不同水文条件下峡湾沉积物的氧气消耗率存在显著差异。未来的研究需要进一步探讨这些变化对北极生态系统的影响，以及如何通过保护和管理措施来维持生态系统的稳定性和生物多样性。