Picarro G2201-i（熱帶紅樹林中微型底棲生物對碳通量的重要作用）

樣本采集和野外原位測量在香港的兩處紅樹林進(jìn)行。香港受亞熱帶季風(fēng)氣候影響，夏季和冬季的氣溫差異很大。從香港的米埔自然保護(hù)區(qū)（MP）和汀角濕地（TK）收集MPB，用于測定生物量（以葉綠素a濃度為指標(biāo)）、分類豐富度和組成。在夏季（2021年6月至9月）進(jìn)行了九次采樣，從每個地點（即TK紅樹林、TK灘涂、MP紅樹林、MP灘涂）采集了十個樣本；在冬季（2021年12月至2022年3月）進(jìn)行了五次采樣，也采集了同樣的樣本。然而，實際重復(fù)次數(shù)通常少于10次，因為MPB的回收率在某些樣品中低于預(yù)期，這些樣品被從分析中剔除。

從TK的紅樹林中收集沉積物，干燥后使沉積物通過1mm的篩網(wǎng)，以獲得均勻的沉積物并排除大型底棲生物。篩過的沉積物轉(zhuǎn)移至塑料容器（71 cm×54 cm×38 cm）中，填充到約15 cm的深度。該容器的側(cè)面分別設(shè)有入口和出口，由計時器控制，以半日潮汐循環(huán)，形成模擬野外紅樹林條件的潮汐過程。中尺度實驗是在一個幾乎沒有干擾的室外區(qū)域建立的。水源為淡水和從吐露港抽取的海水混合而成。將鹽度維持在約10以促進(jìn)胚軸的生長。遵循析因設(shè)計，即富集（是/否）×幼苗密度（高/低）×富集時間（即一個月內(nèi)每10天一次），在潮汐中尺度中種植秋茄幼苗的胚軸。每種處理的富集度和幼苗密度分別有三個重復(fù)。在富集時間內(nèi)對每個中尺度重復(fù)取樣。幼苗密度包括兩個水平，即每個中尺度有四到八個幼苗。當(dāng)胚軸生長到具有三片或三片以上完全展開的葉片的幼苗時，開始富集實驗。該實驗旨在通過使用同位素標(biāo)記的示蹤劑來測試紅樹林幼苗和MPB之間是否發(fā)生了C和N的顯著耦合。用富集的C和N穩(wěn)定同位素對紅樹林幼苗進(jìn)行標(biāo)記。通過溶解250mg 99atom%¹³C和5mg 98atom%¹⁵N尿素制備97atom%¹⁵C和2atom%¹⁵N脲溶液在125毫升MilliQ水中的溶液。為了促進(jìn)富含C和N的溶液與幼苗葉片的接觸，添加了30μl潤濕劑。對于對照溶液，255 mg未富集尿素溶于125 ml MilliQ水中，加入30μl潤濕劑。每天用刷子將少量富集和未富集尿素溶液分別涂抹在配對處理中。

從中尺度采集葉片、根系、沉積物和孔隙水樣本，每10天取樣一次。在低潮期，用剪刀從幼苗上剪下少量的葉子和根。用一把小鏟子收集表層沉積物。使用50 ml注射器收集孔隙水樣品，然后將其儲存在40ml高密度聚乙烯玻璃瓶中，在450°C下預(yù)燃燒三小時，并加入HgCl₂溶液。返回實驗室后，用Milli-Q純水沖洗根部，以去除表面的沉積物。將葉、根和少量沉積物在60°C下干燥，直到重量不變。按照前面描述的方法將MPB與其余沉積物分離。它們的C和N含量、δ¹³C和δ¹⁵N通過EuroVector元素分析儀-Nu Perspective IRMS測量，并使用iACET標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制檢查?？紫端腥芙鉄o機碳（DIC）的δ¹³C分析：使40ml孔隙水通過玻璃纖維過濾器（Whatman GF/F過濾器，0.7mm孔徑，47mm直徑），通過島津TOC分析儀測量孔隙水DIC和總氮（N）濃度；向小瓶注入N₂氣以置換10ml孔隙水并產(chǎn)生10ml頂部空間，然后通過進(jìn)樣針向小瓶注入2ml磷酸（>99%純度），將樣品混合并在4°C下保存一晚，抽取小瓶中的頭部空間空氣樣本，并通過Picarro G2201-i碳同位素分析儀測量δ¹³C-CO₂。

上圖表示MPB的δ¹³C、δ¹⁵N、Vc和VN與孔隙水或沉積物性質(zhì)之間的關(guān)系。TN表示總N。陰影區(qū)域表示回歸關(guān)系的9%置信區(qū)間。

上圖表示MPB的δ¹³C與孔隙水DIC濃度和DIC-δ¹³C的關(guān)系。

中尺度實驗的結(jié)果表明存在通過葉根孔隙水MPB連續(xù)體獲取MPB養(yǎng)分的流動路徑，而微生物DOM分解為溶解性營養(yǎng)物質(zhì)可能存在，這一過程主要發(fā)生在孔隙水中。葉片、根系、孔隙水和MPB的δ¹³C和/或δ¹⁵N值均為在富含¹³C-和¹⁵N-的中尺度中高于未富含的中尺度。在富集的中尺度中，只有紅樹林葉片直接富集了¹³C和¹⁵N。因此，其他成分（包括根、孔隙水和MPB）只能通過葉根孔隙水MPB連續(xù)體富集¹³C-和¹⁵N-。

此外，MPB的δ¹³C和/或δ¹⁵N值與孔隙水的DIC濃度和δ¹³C值密切負(fù)相關(guān)。在中尺度中，MPB的利用沉積物孔隙水DIC的減少導(dǎo)致DIC濃度降低，從而降低孔隙水DIC的δ¹³C。當(dāng)MPB的δ¹³C值較高時，DIC的δ¹³C值也較高，反之亦然。MPB的δ¹³C和δ¹⁵N值也與MPB C/N密切負(fù)相關(guān)，來自較高DIC的同化，這可能會降低MPB對無機C的親和力，并降低CO₂濃縮機制的表達(dá)，隨后導(dǎo)致較低的MPBδ¹³C值。在局部DIC濃度較高且同時缺乏CO₂濃縮機制的河口，也觀察到較高的MPBδ¹³C值。本研究結(jié)果表明，MPB的N吸收率與孔隙水TN濃度呈正相關(guān)，藻類吸收可占MPB溶解有機氮吸收的約55%至90%，無機氮（即氨）是比有機氮更優(yōu)選的氮源。當(dāng)銨濃度最高時，MPB在沉積物表面大量含有溶解的無機氮。此外，MPB的δ¹³C值與沉積物C/N呈負(fù)相關(guān)。藻類對溶解有機氮的吸收可能在沉積物的透光區(qū)占主導(dǎo)地位。沉積物N的同化也伴隨著沉積物C的同化。

研究發(fā)現(xiàn)，紅樹林中的微型底棲植物群落（MPB）生物量與相鄰的灘涂相當(dāng)，甚至在某些情況下更高，這反駁了紅樹林下光限制環(huán)境不利于MPB生長的普遍觀點。

MPB群落的屬種豐富度在不同季節(jié)有所變化，冬季的屬種豐富度高于夏季，表明季節(jié)性因素對MPB群落結(jié)構(gòu)有顯著影響。

紅樹林MPB在營養(yǎng)循環(huán)中扮演著重要的角色，它們與紅樹林衍生的碳和氮之間存在緊密的耦合，這一過程通過葉-根-孔隙水-MPB連續(xù)體進(jìn)行。

本研究提出了一個新的關(guān)于MPB如何通過紅樹林衍生的營養(yǎng)物質(zhì)獲取碳和氮的途徑，這對全球概念模型中關(guān)于紅樹林中碳和氮循環(huán)的理解提供了新的視角。

紅樹林MPB作為一個重要的功能群落，應(yīng)當(dāng)被納入紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的管理和保護(hù)策略中。

盡管本研究提供了關(guān)于紅樹林MPB的重要見解，但在自然環(huán)境中MPB對碳和氮循環(huán)的具體貢獻(xiàn)還需要進(jìn)一步的實地實驗來驗證。