通過掩埋有機物，海草生態(tài)系統(tǒng)已被認(rèn)為是大氣中碳的重要匯聚區(qū)。許多研究人員調(diào)查了各種條件下海草的長期生產(chǎn)力，但是所使用的技術(shù)（例如海草生物量添加技術(shù)）是費時破壞性的，并且不包括地下生產(chǎn)或沉積物代謝。本論文的研究人員利用歐拉控制體積、渦流協(xié)方差和生物量添加技術(shù)，研究了佛羅里達(dá)灣海草的營養(yǎng)和生產(chǎn)力梯度下的凈生態(tài)系統(tǒng)代謝。原位氧氣通量由一個側(cè)面長250 m的三角形歐拉控制體和中心的渦流協(xié)方差儀測定。生物質(zhì)添加技術(shù)通過凈添加生物質(zhì)來評估地上海草的生產(chǎn)力。比較了每種方法的時空分辨率，準(zhǔn)確性和適用性。

在這項研究中，研究人員比較了生物量添加技術(shù)，歐拉控制容積技術(shù)和EC（渦動）技術(shù)，以監(jiān)測美國佛羅里達(dá)海灣營養(yǎng)和生產(chǎn)力梯度上的海草生態(tài)系統(tǒng)代謝。比較了這些方法在分辨率和準(zhǔn)確性上的差異，以及揭示出在不同時空尺度上測量的海草生態(tài)系統(tǒng)原位代謝的差異。發(fā)現(xiàn)渦流協(xié)方差技術(shù)（unisense水底渦動系統(tǒng)）具有最高的時間分辨率，同時產(chǎn)生準(zhǔn)確的長期通量率，超越了在淺海海灣中使用的生物量添加和歐拉控制體積技術(shù)的能力。

unisense水底渦動系統(tǒng)的應(yīng)用

渦動協(xié)方差（EC）技術(shù)通過使用unisense水底渦動系統(tǒng)中的關(guān)聯(lián)垂向速度和O2濃度的瞬時變化并整合這些變化隨時間的變化來確定底棲生物與上層水之間的O2交換。原位渦動協(xié)方差技術(shù)時間分辨率高（<1 h），能夠在大面積上整合（10s-100s m2），并且對各種不同的底棲系統(tǒng)具有適應(yīng)性。EC儀器使用的是聲學(xué)多普勒測速儀，并通過皮安放大器與快速響應(yīng)（<0.3 s）的Clark型O2微電極傳感器（unisense）結(jié)合。渦動系統(tǒng)儀器部署于海底，用于捕獲海底沉積物表面以上0.35-0.55 m（大約是海草冠層高度的兩倍）處的晝夜（24小時）波動，EC系統(tǒng)測試的底棲O2通量是由垂直速度和氧濃度瞬時變化的時間平均乘積在0.25小時間隔內(nèi)確定的。

研究結(jié)果

盡管渦流協(xié)方差技術(shù)（unisense水底渦動系統(tǒng)）和歐拉控制體積方法都可能非常適合測量底棲O2通量和每日總代謝率的日變化，但EC方法可能更適合于估算整個晝夜周期內(nèi)的凈O2通量。與渦流協(xié)方差技術(shù)（unisense水底渦動系統(tǒng)）技術(shù)相比，歐拉控制體積法仍然具有一些顯著的優(yōu)點，包括能夠在更大的空間和更長的時間尺度上采樣，以及適用于幾乎任何可以在幾分鐘到幾小時內(nèi)測量的溶質(zhì)（相比之下，渦流協(xié)方差技術(shù)技術(shù)所需的時間不到一秒）。渦流協(xié)方差技術(shù)和歐拉法都將受益于新的傳感器，這些傳感器是專門設(shè)計的，具有高精度、高分辨率和快速響應(yīng)時間的要求的原位測試方法，以及具有對生物淤積物的彈性的損傷。最后，對低流量沿海系統(tǒng)的水柱結(jié)構(gòu)進行仔細(xì)的評估將大大提高對將來從EC或歐拉控制體積數(shù)據(jù)得出的凈產(chǎn)量的測量進行評估的能力。而歐拉控制體積法則具有一些例如能夠在更大的空間和更長的時間尺度上采樣，以及適用于幾乎任何可以在幾分鐘到幾小時內(nèi)測量的溶質(zhì)的顯著的優(yōu)點。

實驗過程

圖1、美國佛羅里達(dá)州南端的佛羅里達(dá)灣的RKB、BA、Duck區(qū)域的位置圖。

圖2、所有渦度協(xié)方差（A、B和C）和歐拉控制體積（D、E和F）的逐時盒圖，每個站點在一天中的每小時O2通量數(shù)據(jù)。圖3e和3f中的數(shù)據(jù)減少是由于低電流速度減少了歐拉技術(shù)的響應(yīng)時間（BA和DUCK監(jiān)測點在3h間隔的通量率）。圖中的方框表示上四分位數(shù)和下四分位數(shù)，每個框中的線表示中位數(shù)，線表示第一個離群值，圓表示離群值。圖3e和圖3f中減少的數(shù)據(jù)是由于低流速減少了歐拉技術(shù)的響應(yīng)時間(BA和Duck站點每隔3小時的通量率)。n是個體通量估計值的數(shù)量。PAR是測量期間內(nèi)的平均光合有效輻射。

圖3、左圖顯示了通過渦度協(xié)方差技術(shù)和歐拉控制體積法得出的各部分的呼吸（R）速率。右圖通過渦度協(xié)方差和歐拉方法顯示了各個站點的總初級生產(chǎn)（GPP）率。從圖中可以看出，在對24小時內(nèi)的EC（渦度協(xié)方差技術(shù)）通量進行積分顯示，GPP和R的速率在各個位點之間存在顯著變化。

圖4、通過渦動協(xié)方差，生物量添加和歐拉控容積法計算的各部位的凈代謝率。渦度協(xié)方差和生物量添加技術(shù)顯示了佛羅里達(dá)灣生產(chǎn)率梯度上的預(yù)期趨勢。生物質(zhì)添加和渦流技術(shù)之間的比率&gt;2：1是因為生物質(zhì)添加技術(shù)僅包含海草呼吸作用和地上生產(chǎn)，而渦旋協(xié)方差技術(shù)包含海草草甸中存在的所有生物。用歐拉技術(shù)測定的NEM速率有顯著差異，但在佛羅里達(dá)灣的營養(yǎng)梯度范圍內(nèi)未顯示出預(yù)期趨勢。

圖5、渦流協(xié)方差測量主要受電流（左）和波動（右）的影響。垂直速度的光譜表明，這兩個電流流動為主的條件下（圖5A）和波為主的條件下（圖5 B）存在在不同的時間，這也與O2光譜一致（圖5 c和5 d）。所有光譜均顯示出定義明確的慣性子范圍，其特征是-5/3斜線。波浪主導(dǎo)的周期在0.5-1 Hz頻帶內(nèi)顯示出明顯的波浪信號，表明表面波較小。電流主導(dǎo)周期中的累積共譜表明，在更寬的頻帶（0.002-0.9 Hz；圖5E）中，通量貢獻較大；而在波浪頻率中，以波浪為主的周期中，通量貢獻更大（圖5E、圖5

結(jié)論與展望

本論文主要討論了應(yīng)用利用歐拉控制體積、渦流協(xié)方差（unisense渦動系統(tǒng)）和生物量添加技術(shù)，研究佛羅里達(dá)灣海草的營養(yǎng)和生產(chǎn)力梯度下的凈生態(tài)系統(tǒng)代謝。研究發(fā)現(xiàn)，在以往在各種條件下海草的長期生產(chǎn)率研究所使用的技術(shù)（例如海草生物量添加技術(shù)）是費時破壞性的，并且不包括地下生產(chǎn)或沉積物代謝。研究人員為了將短期生理反應(yīng)與長期生理變化區(qū)分開，以最大可能的時間分辨率檢查這些變量及其之間的相互作用非常有用。因為較高的采樣頻率可以實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)密度可以在同一研究期間內(nèi)在更廣泛的各種環(huán)境條件下測量海草新陳代謝的獨立速率。因此在原位條件下以快速測量的技術(shù)的應(yīng)用有利于確定海草群落的代謝如何響應(yīng)快速變化的環(huán)境條件。歐拉控制容積技術(shù)和渦度協(xié)方差（EC）技術(shù)是可以在相對較高的時間分辨率下（小時或更少的時間）測量原位條件下海草生態(tài)系統(tǒng)新陳代謝速率的兩種方法。但是歐拉技術(shù)必須部署在多個一晝夜周期中才能確定準(zhǔn)確的凈新陳代謝速率，因為它會受到深度和/或流量限制所帶來的誤差和信號損失的困擾，很難確定空氣中氧氣（O2）的交換速度、高或極低的O 2飽和度，以及流量和光的快速變化。而渦度協(xié)方差技術(shù)（unisense渦動系統(tǒng)）具有最高的時間分辨率，同時產(chǎn)生準(zhǔn)確的長期通量率的優(yōu)勢。

渦動協(xié)方差（EC）技術(shù)主要是通過應(yīng)用unisense水底渦動系統(tǒng)關(guān)聯(lián)垂向速度和O2濃度的瞬時變化并整合這些變化隨時間的變化來確定底棲生物與上層水之間的O2交換。原位渦度協(xié)方差技術(shù)（unisense渦動系統(tǒng)）的優(yōu)點是時間分辨率高（<1 h），能夠在大面積上整合（10s-100s m2），并且對各種不同的底棲系統(tǒng)具有適應(yīng)性。原位渦度協(xié)方差技術(shù)（unisense渦動系統(tǒng)），并與底棲腔和微剖面測量進行了比較，顯示出比這些標(biāo)準(zhǔn)方法更高的分辨率和準(zhǔn)確性。通過對比這些方法，研究人員準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)了不同方法的分辨率和準(zhǔn)確性上的差異，實現(xiàn)關(guān)于在不同時空尺度上測量的海草生態(tài)系統(tǒng)原位代謝的差異。

從整篇的論文研究內(nèi)容因此可以看出，原位渦度協(xié)方差技術(shù)（unisense渦動系統(tǒng)）和歐拉控制體積方法都可能非常適合測量底棲O2通量和每日總代謝率的日變化，但是原位渦度協(xié)方差技術(shù)（unisense渦動系統(tǒng)）方法可能更加適合于估算整個晝夜周期內(nèi)的凈O2通量。而歐拉控制體積法則具有一些例如能夠在更大的空間和更長的時間尺度上采樣，以及適用于幾乎任何可以在幾分鐘到幾小時內(nèi)測量的溶質(zhì)的顯著的優(yōu)點。

這說明渦流協(xié)方差（unisense渦動系統(tǒng)）在海底海草床的氧通量研究方面具有非常好的應(yīng)用前景，因為渦流協(xié)方差（unisense渦動系統(tǒng)）受益于新的傳感器，這些傳感器是專門設(shè)計的，可以滿足高精度、高分辨率和快速響應(yīng)時間的要求的實驗方案的測試。