近日，厦门大学海洋与地球学院、海洋生物地球化学全国重点实验室高坤山教授团队在海洋酸化对原位大型海藻效应方面取得新进展，相关成果以“Brown algae as winners: divergent resilience to high light under acidified conditions shapes macroalgal communities around a carbon dioxide vent”为题，发表于国际期刊Limnology and Oceanography。
该研究通过CO₂喷口附近的野外调查与室内控制实验，揭示了海洋酸化对大型海藻光合生理影响的深层机制。在太阳辐射强烈的浅海区域，高光与酸化双重胁迫是导致海藻丰度和多样性下降的主要驱动力，仅有高光耐受型褐藻在酸化海区维持了相对较高的丰度（图1）。该研究为预测海洋酸化情景下近岸底栖生态系统的演变提供了科学依据，对评估近海海藻多样性变化趋势及固碳潜力具有重要参考价值。
图1 自然海区与CO₂喷口区大型海藻群落与多样性变化：仅耐受高光胁迫的褐藻在CO₂喷口附近维持较高的丰度，酸化与高光叠加降低了海藻多样性与丰富度
研究背景
大型海藻广泛分布于近岸浅海，在近海生态系统功能和渔业经济中扮演重要角色。近岸水域因昼夜及季节变化，pH波动本就较大，海洋酸化对其碳酸盐体系的影响远甚于开阔大洋，因此亟需研究酸化对大型海藻的影响。既往研究多集中于单一物种成体阶段的受控实验，揭示了单一物种响应机制，但难以反映原位复杂环境下种群的真实趋势。为此，研究团队利用日本式根岛CO₂喷口这一天然“酸化模拟器”，系统探究了酸化对底栖大型海藻群落的综合效应。
研究方法与结果
该研究联合中、英、日三国科研人员，在日本伊豆群岛式根岛（34°19′12″N，139°12′11″E）近岸的天然CO₂喷口周边，沿海水pH梯度开展原位调查，同时辅以系列控制实验。
研究团队在式根岛近岸选取了5个站位，海水pCO₂分别为约360、433、571、661和1170 μatm，依次对应reference和RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5及超RCP8.5的未来酸化情景。潜水采集到13种定生大型海藻（包括10种红藻、1种绿藻和2种褐藻）。随着pCO₂升高（pH降低），群落整体的光能利用效率（α，代表弱光下利用光能的能力）和最大电子传递速率（ETRmax）均呈上升趋势，而达到光饱和所需的光强（Ek）下降，表明高CO₂一定程度上提升了群落的光合潜能（图2）。
图2. 五个站位大型海藻群落的固有光合活性变化
但在种群层面，不同藻类响应各异。例如，雅致石花菜（Gelidium elegans）在靠近喷口、高pCO₂站位表现出较高的光饱和固碳速率，同时其CO₂半饱和常数（K₀.₅，即光合固碳达到最大速率一半时所需的CO₂浓度）增大，说明其无机碳浓缩机制（主动吸收胞内浓缩CO₂的功能）下调，碳获取方式发生了改变。钙化红藻圆果胞藻（Tricleocarpa cylindrica）的固碳速率变化不明显；而常见于高CO₂区的锯齿藻（Prionitis elata）和优势褐藻波状网翼藻（Dictyopteris undulata）也呈现各自独特的碳利用特征（图3）。它们有一个共同点：酸化胁迫导致无机碳浓缩效率降低（K₀.₅增大），这通常伴随光呼吸增强，从而加重高光胁迫的损害。
图3. 不同站位几种大型海藻的CO₂半饱和常数（K₀.₅）与最大固碳速率（Vmax）
一个看似矛盾的现象是：靠近喷口时，部分海藻的光合与固碳指标升高，但群落整体多样性和物种丰富度却显著下降。研究团队推测，关键不在于CO₂是否充足，而在于酸化海水与浅海强光协同作用时，海藻能否保护光系统免于受损。为验证这一假设，研究者从参照站位和“RCP4.5”站位分别取雅致石花菜、圆果胞藻和波状网翼藻，在高光（300 μmol photons m⁻² s⁻¹）下进行交互培养。结果显示，高CO₂处理降低了石花菜的光系统II有效量子产量（YII，反映光合效率）和电子传递速率（ETR），并加剧了非光化学淬灭（NPQ，即热耗散过程）；圆果胞藻变化不明显；而褐藻波状网翼藻则表现出较强的适应能力（图4）。
图4. 三种海藻（红藻G. elegans、红藻T. cylindrica和褐藻D. undulata）在强光下YII、ETR和NPQ的变化。YII，反映光合效率；ETR，光合电子传递速率，NPQ，非光化学淬灭（热耗散效率）
进一步的光损伤与恢复动力学分析表明，酸化条件下生长的红藻（G. elegans）光损伤加剧，修复速率降低；而褐藻（D. undulata）则显示出较高的光保护潜能。总之，酸化和高光叠加时，部分红藻的光合电子传递链更容易过载，受损后修复缓慢；褐藻则擅长将多余光能以热的形式释放，从而耐受双重胁迫。
研究意义及展望
该研究为预测未来海洋酸化情景下近岸底栖生态系统的演变提供了科学依据和实测参数，对于评估近海海藻多样性变化趋势及固碳潜力具有重要参考价值。但研究尚未涉及海藻微观生活史阶段（如配子、孢子、合子）的响应，未来需进一步探究海洋酸化对大型海藻不同生活史阶段的影响，以全面评估其生态后果。
研究团队及资助
论文第一作者为厦门大学2021届博士毕业生张迪，通讯作者为厦门大学高坤山教授，共同作者还包括广岛大学Shigeki Wada教授和塞浦路斯理工大学Jason Hall-Spencer教授。该研究获得国家自然科学基金（42361144840，41720104005，42306139）和山东省自然科学基金（ZR2022QD134）的联合资助。
论文来源及链接
Di Zhang, Shigeki Wada, Jason Hall-Spencer, Kunshan Gao. 2026. Brown algae as winners: Divergent resilience to high light under acidified conditions shapes macroalgal communities around a carbon dioxide vent. Limnology and Oceanography, 71: e70435.
https://doi.org/10.1002/lno.70435
供稿 | 高坤山教授团队
编辑 | 房月 苏颖
排版 | 陈蕾
审核 | 郑强 曹知勉
