海洋所量化浮游動(dòng)物季節(jié)性垂直移動(dòng)對(duì)南大洋碳封存的關(guān)鍵貢獻(xiàn)
近日,中國(guó)科學(xué)院海洋研究所海洋浮游生物與生態(tài)系統(tǒng)健康研究團(tuán)隊(duì)在南大洋生物泵研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展,首次量化了南大洋浮游動(dòng)物(包括磷蝦、橈足類、被囊類)如何通過其季節(jié)性垂直移動(dòng)增強(qiáng)碳封存,研究成果 “Seasonally migrating zooplankton strongly enhance Southern Ocean carbon sequestration”發(fā)表于海洋生態(tài)學(xué)期刊Limnology and Oceanography。
南大洋是全球重要的碳儲(chǔ)存區(qū)。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為,該區(qū)域的碳封存主要由大型浮游植食動(dòng)物(如南極磷蝦)產(chǎn)生的碎屑通過重力沉降主導(dǎo)。而這項(xiàng)新研究則聚焦于一個(gè)相對(duì)較新認(rèn)知的過程——“季節(jié)性垂直移動(dòng)泵”。該過程指浮游動(dòng)物每年從表層水域遷徙至500米以下的深海越冬,并通過其呼吸作用和死亡將碳儲(chǔ)存在深水層。

浮游動(dòng)物碳輸送的兩種機(jī)制。左圖:傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為,夏季浮游動(dòng)物攝食表層浮游植物后,其排泄物(顆粒有機(jī)碳,POC)被動(dòng)沉降至深海,實(shí)現(xiàn)碳封存。右圖:新研究揭示的“季節(jié)性垂直移動(dòng)泵”過程表明,浮游動(dòng)物在秋季向下遷徙至500米以深越冬,通過呼吸和死亡直接向深海注入碳。
研究團(tuán)隊(duì)整合了1920年以來南大洋數(shù)千次拖網(wǎng)采樣數(shù)據(jù),構(gòu)建了迄今最完整的南大洋浮游動(dòng)物生物量數(shù)據(jù)庫,并取得三項(xiàng)突破性發(fā)現(xiàn)(1)年封存6500萬噸碳:?浮游動(dòng)物季節(jié)性垂直移動(dòng)每年向500米以深輸送約6500萬噸碳,相當(dāng)于該區(qū)域通過有機(jī)顆粒物沉降碳量的50%至100%;(2)橈足類主導(dǎo)“季節(jié)性垂直移動(dòng)泵”:?中型浮游動(dòng)物(主要是橈足類)貢獻(xiàn)了該碳通量的80%,而磷蝦和被囊動(dòng)物分別貢獻(xiàn)14%和6%;(3)顯著的氣候敏感性:?南大洋是關(guān)鍵碳匯,但當(dāng)前氣候模型未考慮該機(jī)制。氣候變暖導(dǎo)致的物種組成變化(如磷蝦減少、橈足類增加)可能顯著改變碳封存格局。
南大洋吸收了人類活動(dòng)產(chǎn)生并被海洋吸收的約40%的二氧化碳,然而浮游動(dòng)物在其中發(fā)揮的作用長(zhǎng)期被低估。與沉降碎屑(會(huì)同時(shí)移除碳和鐵等關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)物質(zhì))不同,垂直遷移的浮游動(dòng)物將碳高效注入深海長(zhǎng)期儲(chǔ)存,同時(shí)在海洋表層附近循環(huán)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。隨著海洋生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng),這種“季節(jié)性垂直移動(dòng)泵”機(jī)制可能愈發(fā)重要。該研究呼吁在氣候模型中緊急納入浮游動(dòng)物驅(qū)動(dòng)的碳通量,并強(qiáng)調(diào)了對(duì)南大洋生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行管理和保護(hù)的必要性,因?yàn)樯虡I(yè)捕撈和氣候變暖正威脅著支撐碳輸出和南極獨(dú)特生物多樣性的關(guān)鍵物種——南極磷蝦。
這項(xiàng)國(guó)際合作研究匯集了中國(guó)、英國(guó)和加拿大等多國(guó)家極地科學(xué)家,整合了跨越一個(gè)世紀(jì)的南大洋浮游動(dòng)物生物量、分布、呼吸及死亡率數(shù)據(jù)。合作作者包括中國(guó)科學(xué)院海洋研究所的楊光研究員,英國(guó)普利茅斯海洋實(shí)驗(yàn)室的Angus Atkinson教授,加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)的Evgeny Pakhomov教授,英國(guó)普利茅斯大學(xué)的Katrin Schmidt教授,廈門大學(xué)的王為磊教授,英國(guó)南極局的Jennifer Freer研究員和Geraint Tarling研究員。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、自然資源部南極專項(xiàng)、泰山學(xué)者項(xiàng)目、BIOPOLE、PICCOLO、CONSEC等極地海洋生態(tài)研究相關(guān)項(xiàng)目的資助。
論文第一及通訊作者楊光研究員指出“我們的工作揭示南大洋浮游動(dòng)物是碳封存的無名英雄。其季節(jié)性垂直遷移產(chǎn)生了巨大的、此前未被量化的碳通量,模型必須將其納入考量。后續(xù)我們將依托中國(guó)南大洋秋冬季國(guó)際聯(lián)合航次,對(duì)此生態(tài)過程開展更深入的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證”。合作作者Angus?Atkinson教授(大英帝國(guó)MBE勛章獲得者)表示“這項(xiàng)研究首次估算出了該碳儲(chǔ)存機(jī)制的總量級(jí),凸顯了大型數(shù)據(jù)庫匯編在揭示新見解、全面評(píng)估各類碳儲(chǔ)存機(jī)制的相對(duì)重要性方面的關(guān)鍵價(jià)值”。合作作者Katrin?Schmidt教授認(rèn)為“該研究表明季節(jié)性垂直移動(dòng)泵是極地地區(qū)一種重要的自然碳封存途徑,保護(hù)這些垂直移動(dòng)生物及其棲息地將有助于減緩氣候變化”。合作作者Jennifer?Freer研究員總結(jié)道“南極磷蝦因其在南極食物網(wǎng)中的核心作用而聞名,但我們發(fā)現(xiàn),在越冬期間橈足類在碳儲(chǔ)存方面明顯占主導(dǎo)地位。隨著海洋變暖及其棲息地可能遷移,這一點(diǎn)意義重大”。
該研究發(fā)表后引發(fā)國(guó)際媒體廣泛報(bào)道,BBC以《微小生物大快朵頤、增肥、助力對(duì)抗全球變暖》(Tiny creatures gorge,get fat,and help fight global warming)為題進(jìn)行專題解讀。普利茅斯海洋實(shí)驗(yàn)室、英國(guó)南極局、普利茅斯大學(xué)、Limnology and Oceanography雜志、ScienceDaily 、EURekAlert?。ˋAAS主辦)、Geographycal(英國(guó)皇家地理學(xué)會(huì)主辦)、AOL(美國(guó)在線)、Phys.org、Oceanographic、Earth、Ground News、Mirage News、Environmental News Network等多家國(guó)際權(quán)威研究機(jī)構(gòu)與媒體進(jìn)行了聯(lián)合報(bào)道。評(píng)論指出,該研究“重新定義了對(duì)海洋碳匯的認(rèn)知,將推動(dòng)全球海洋碳循環(huán)模型的重大更新”。
相關(guān)成果及鏈接:
Guang Yang*, Angus Atkinson, Evgeny A. Pakhomov, Katrin Schmidt, Weilei Wang, Jennifer J. Freer, Geraint A. Tarling (2025) Seasonally migrating zooplankton strongly enhance Southern Ocean carbon sequestration. ?Limnology and Oceanography,doi: 10.1002/lno.70120.
http://doi.org/10.1002/lno.70120
部分媒體報(bào)道鏈接:
BBC:?https://www.bbc.com/news/articles/c628nnz3rp9o
普利茅斯海洋實(shí)驗(yàn)室:?https://pml.ac.uk/news/tiny-ocean-migrants-play-a-massive-role-in-southern-ocean-carbon-storage/
英國(guó)南極局:?https://www.bas.ac.uk/media-post/tiny-ocean-heroes-play-a-massive-role-in-southern-ocean-carbon-storage/
普利茅斯大學(xué):?https://www.plymouth.ac.uk/news/tiny-ocean-migrants-play-a-massive-role-in-southern-ocean-carbon-storage
ScienceDaily:?https://www.sciencedaily.com/releases/2025/06/250627021851.htm
EURekAlert!:?https://www.eurekalert.org/news-releases/1089054
AOL:?https://www.aol.com/news/tiny-creatures-gorge-fat-help-231058684.html
Geographical:?https://geographical.co.uk/science-environment/tiny-zooplankton-play-a-major-role-in-carbon-storage-new-study-finds
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