研究簡介:北極地區是全球變暖的熱點區域，氣溫和海洋溫度的上升對生態系統產生了深遠影響。在北極峽灣中，底棲生物的氧氣消耗（總吸氧量，TOU）是衡量生態系統功能的重要指標。TOU反映了底棲生物對有機物的分解和能量流動的貢獻。本研究選擇了斯匹次卑爾根島西岸的兩個峽灣——霍恩松德（受寒冷北極水影響）和康斯峽灣（受較暖的北大西洋水影響），通過對比這兩個不同水文環境下的峽灣，研究沉積物的氧氣消耗情況及其與底棲生物群落的關系。研究團隊在2013年7月和8月分別對霍恩松德和康斯峽灣進行了采樣。使用箱式采樣器收集未受干擾的沉積物核心樣本，并在實驗室中進行孵化實驗。通過測量孵化過程中水樣中的溶解氧濃度變化，計算出沉積物的總吸氧量。同時研究團隊還對沉積物中的小型底棲生物（meiofauna）和大型底棲生物（macrofauna）進行了分類、計數和稱重，以評估它們對氧氣消耗的貢獻。研究發現，康斯峽灣的總吸氧量顯著高于霍恩松德，分別為12.86 mmol/m2·d和8.11 mmol/m2·d。這種差異主要歸因于康斯峽灣中細菌和底棲生物群落（小型和大型底棲生物）的生物量相對較高。康斯峽灣的有機物主要來源于海洋，而霍恩松德的有機物則主要來自陸地。海洋來源的有機物質量較高，更容易被底棲生物利用，從而導致康斯峽灣的氧氣消耗率更高。研究表明，有機物的質量而非數量是影響沉積物氧氣消耗率的關鍵因素。康斯峽灣的底棲生物群落由于獲得了高質量的海洋有機物，其生物量和氧氣消耗率都顯著高于霍恩松德。這一發現對于理解北極峽灣生態系統在氣候變化背景下的響應具有重要意義。隨著北極地區溫度的升高和冰層的融化，海洋與陸地之間的物質交換可能會發生變化，進而影響底棲生物群落的結構和功能。

Unisense微電極測量系統的應用

Unisense微電極被用于測量沉積物中的氧氣濃度和氧氣濃度梯度的測試。在樣本采集后，立即使用Unisense微電極測量沉積物表面層（30毫米厚）中的氧氣濃度梯度。這些測量結果有助于了解沉積物中氧氣的分布情況，以及氧氣在沉積物中的擴散和消耗情況。通過分析氧氣濃度梯度，可以推斷出沉積物中生物活動和化學反應對氧氣消耗的影響。

實驗結論

研究發現供給海洋沉積物的有機物質量而非數量是影響底棲生物氧氣消耗率的關鍵因素。康斯峽灣的有機物主要來源于海洋，質量較高，因此其底棲生物群落的生物量和氧氣消耗率顯著高于霍恩松德，后者的有機物主要來源于陸地，質量較低。康斯峽灣的底棲生物群落，包括細菌、小型底棲生物（meiofauna）和大型底棲生物（macrofauna），其生物量顯著高于霍恩松德。這種差異導致康斯峽灣的總吸氧量（TOU）比霍恩松德高出50%以上。康斯峽灣的總吸氧量顯著高于霍恩松德，分別為12.86 mmol/m2·d和8.11 mmol/m2·d。這種差異主要歸因于康斯峽灣中細菌和底棲生物群落（小型和大型底棲生物）的生物量相對較高。康斯峽灣的有機物主要來源于海洋，而霍恩松德的有機物則主要來自陸地。海洋來源的有機物質量較高，更容易被底棲生物利用，從而導致康斯峽灣的氧氣消耗率更高。有機物的質量而非數量是影響沉積物氧氣消耗率的關鍵因素。康斯峽灣的底棲生物群落由于獲得了高質量的海洋有機物，其生物量和氧氣消耗率都顯著高于霍恩松德。這一發現對于理解北極峽灣生態系統在氣候變化背景下的響應具有重要意義。隨著北極地區溫度的升高和冰層的融化，海洋與陸地之間的物質交換可能會發生變化，進而影響底棲生物群落的結構和功能。

圖1、斯瓦爾巴群島受調查峽灣的位置（右側面板）以及康斯峽灣（左上側面板）和霍恩松德（左下側面板）的采樣區域。

圖2、霍恩松德（左側面板）和康斯峽灣（右側面板）在兩個區域環境溫度下，沉積物總耗氧量[mg/m2]隨孵化時間的變化；計算的總耗氧量（TOU）。

圖3、霍恩松德和康斯峽灣的總耗氧量—Kruskal–Wallis檢驗。

圖4、霍恩松德（左側面板）和康斯峽灣（右側面板）30毫米厚沉積物表層的氧氣濃度剖面。

圖5、霍恩松德和康斯峽灣的采樣站——地理位置、底層水溫和含氧量

結論與展望

在斯匹次卑爾根西北大陸架的兩個具有不同水文狀況的北極峽灣——霍恩松德（受“寒冷”的沿海北極水影響）和康斯峽灣（受“溫暖”的大西洋架水影響）中，測量了底棲總吸氧量（TOU）。康斯峽灣的TOU速率比霍恩松德高出50%以上。這可能與康斯峽灣相對較高的細菌和底棲生物（小型底棲生物和大型底棲生物）群落生物量有關，而霍恩松德則較低。這種差異可能是由于有機物的來源不同。康斯峽灣主要受海洋有機物影響，而霍恩松德則主要受陸源有機物影響。供給海洋沉積物的有機物質量影響了底棲生物的生物量和氧氣消耗速率。因此康斯峽灣的海底具有更高的氧氣吸收量，進而具有更大的碳需求，而霍恩松德則較低。Unisense微電極被用于測量沉積物中的氧氣濃度和氧氣濃度梯度。微電極可以實時監測沉積物氧氣濃度的變化，通過測量沉積物中的氧氣濃度和濃度梯度，微電極提供的數據支持了研究假設，即不同水文條件下峽灣沉積物的氧氣消耗率存在顯著差異。未來的研究需要進一步探討這些變化對北極生態系統的影響，以及如何通過保護和管理措施來維持生態系統的穩定性和生物多樣性。