海洋所量化浮游動物季節(jié)性垂直移動對南大洋碳封存的關鍵貢獻
近日,中國科學院海洋研究所海洋浮游生物與生態(tài)系統(tǒng)健康研究團隊在南大洋生物泵研究領域取得新進展,首次量化了南大洋浮游動物(包括磷蝦、橈足類、被囊類)如何通過其季節(jié)性垂直移動增強碳封存,研究成果 “Seasonally migrating zooplankton strongly enhance Southern Ocean carbon sequestration”發(fā)表于海洋生態(tài)學期刊Limnology and Oceanography。
南大洋是全球重要的碳儲存區(qū)。傳統(tǒng)觀點認為,該區(qū)域的碳封存主要由大型浮游植食動物(如南極磷蝦)產生的碎屑通過重力沉降主導。而這項新研究則聚焦于一個相對較新認知的過程——“季節(jié)性垂直移動泵”。該過程指浮游動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存在深水層。

浮游動物碳輸送的兩種機制。左圖:傳統(tǒng)觀點認為,夏季浮游動物攝食表層浮游植物后,其排泄物(顆粒有機碳,POC)被動沉降至深海,實現(xiàn)碳封存。右圖:新研究揭示的“季節(jié)性垂直移動泵”過程表明,浮游動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。
研究團隊整合了1920年以來南大洋數(shù)千次拖網采樣數(shù)據,構建了迄今最完整的南大洋浮游動物生物量數(shù)據庫,并取得三項突破性發(fā)現(xiàn)(1)年封存6500萬噸碳:?浮游動物季節(jié)性垂直移動每年向500米以深輸送約6500萬噸碳,相當于該區(qū)域通過有機顆粒物沉降碳量的50%至100%;(2)橈足類主導“季節(jié)性垂直移動泵”:?中型浮游動物(主要是橈足類)貢獻了該碳通量的80%,而磷蝦和被囊動物分別貢獻14%和6%;(3)顯著的氣候敏感性:?南大洋是關鍵碳匯,但當前氣候模型未考慮該機制。氣候變暖導致的物種組成變化(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產生并被海洋吸收的約40%的二氧化碳,然而浮游動物在其中發(fā)揮的作用長期被低估。與沉降碎屑(會同時移除碳和鐵等關鍵營養(yǎng)物質)不同,垂直遷移的浮游動物將碳高效注入深海長期儲存,同時在海洋表層附近循環(huán)營養(yǎng)物質。隨著海洋生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應,這種“季節(jié)性垂直移動泵”機制可能愈發(fā)重要。該研究呼吁在氣候模型中緊急納入浮游動物驅動的碳通量,并強調了對南大洋生態(tài)系統(tǒng)進行管理和保護的必要性,因為商業(yè)捕撈和氣候變暖正威脅著支撐碳輸出和南極獨特生物多樣性的關鍵物種——南極磷蝦。
這項國際合作研究匯集了中國、英國和加拿大等多國家極地科學家,整合了跨越一個世紀的南大洋浮游動物生物量、分布、呼吸及死亡率數(shù)據。合作作者包括中國科學院海洋研究所的楊光研究員,英國普利茅斯海洋實驗室的Angus Atkinson教授,加拿大英屬哥倫比亞大學的Evgeny Pakhomov教授,英國普利茅斯大學的Katrin Schmidt教授,廈門大學的王為磊教授,英國南極局的Jennifer Freer研究員和Geraint Tarling研究員。研究得到了國家自然科學基金、自然資源部南極專項、泰山學者項目、BIOPOLE、PICCOLO、CONSEC等極地海洋生態(tài)研究相關項目的資助。
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物是碳封存的無名英雄。其季節(jié)性垂直遷移產生了巨大的、此前未被量化的碳通量,模型必須將其納入考量。后續(xù)我們將依托中國南大洋秋冬季國際聯(lián)合航次,對此生態(tài)過程開展更深入的現(xiàn)場驗證”。合作作者Angus?Atkinson教授(大英帝國MBE勛章獲得者)表示“這項研究首次估算出了該碳儲存機制的總量級,凸顯了大型數(shù)據庫匯編在揭示新見解、全面評估各類碳儲存機制的相對重要性方面的關鍵價值”。合作作者Katrin?Schmidt教授認為“該研究表明季節(jié)性垂直移動泵是極地地區(qū)一種重要的自然碳封存途徑,保護這些垂直移動生物及其棲息地將有助于減緩氣候變化”。合作作者Jennifer?Freer研究員總結道“南極磷蝦因其在南極食物網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存方面明顯占主導地位。隨著海洋變暖及其棲息地可能遷移,這一點意義重大”。
該研究發(fā)表后引發(fā)國際媒體廣泛報道,BBC以《微小生物大快朵頤、增肥、助力對抗全球變暖》(Tiny creatures gorge,get fat,and help fight global warming)為題進行專題解讀。普利茅斯海洋實驗室、英國南極局、普利茅斯大學、Limnology and Oceanography雜志、ScienceDaily 、EURekAlert!(AAAS主辦)、Geographycal(英國皇家地理學會主辦)、AOL(美國在線)、Phys.org、Oceanographic、Earth、Ground News、Mirage News、Environmental News Network等多家國際權威研究機構與媒體進行了聯(lián)合報道。評論指出,該研究“重新定義了對海洋碳匯的認知,將推動全球海洋碳循環(huán)模型的重大更新”。
相關成果及鏈接:
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
部分媒體報道鏈接:
BBC:?https://www.bbc.com/news/articles/c628nnz3rp9o
普利茅斯海洋實驗室:?https://pml.ac.uk/news/tiny-ocean-migrants-play-a-massive-role-in-southern-ocean-carbon-storage/
英國南極局:?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:?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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