未来南大洋升温3°C，浮游植物还能继续“吃碳”吗？|海潮天下讯

上图：最新记录的南极中爪鱿。这是施密特海洋研究所（Schmidt Ocean Institute）的研究船“法尔科”号在海洋普查（Ocean Census）旗舰考察期间，于3月9日在南大西洋南桑威奇群岛（South Sandwich Islands）附近600米的深处，利用其遥控潜水器“苏巴士安”（SuBastian）拍摄到这条长约30厘米的南极中爪鱿。2025年同时也是南极中爪鱿被鉴定的100周年，据估计，它们的最大体长可达7米。图源：施密特海洋研究所（图文无关）

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在气候变化日益加剧的背景下，南大洋（Southern Ocean, SO）作为全球碳循环的重要调节者，其生态系统的未来走向引发了广泛关注。特别是作为海洋初级生产者的浮游植物群落，其对多重环境变化的响应关系着全球生物碳泵的效率。不过，迄今为止，我们对南大洋浮游植物如何应对日益增强的尘土输入、海水升温以及酸化等多重压力的联合影响仍缺乏深入理解。

近日，海潮天下（Marine Biodiversity）小编注意到，2025年6月4日发表在《Earth’s Future》上的一项研究（由Clément Demasy等人主导），通过在2022年南半球夏季开展的海上原位实验，系统评估了巴塔哥尼亚尘土输入增强、海水升温（+3°C）与海洋酸化（pH下降0.3）这三种关键环境变化，如何影响南大洋印度洋扇区中两个典型生物地球化学区域——极地锋区（Polar Frontal Zone, PFZ）与高营养低叶绿素区（High-Nutrient Low-Chlorophyll, HNLC）——中的天然浮游植物群落的生长、组成及有机碳生产。

上图：在南大洋极地锋面区（PFZ）和高营养低叶绿素区（HNLC）采集的浮游植物扫描电镜图像。包括：HNLC区域的链状（a）和单细胞（b）脆弱脆杆藻（Fragilariopsis kerguelensis），PFZ区域的Thalassiosira属硅藻（c），HNLC区域的Corethron属硅藻（d）与叉刺角毛藻（Chaetoceros dichaeta, e），HNLC区域的硅鞭藻Stephanocha speculum（f），以及PFZ区域的两种钙板藻类：Emiliania huxleyi（g）和Calcidiscus leptoporus（h）。上图反映了不同生态区中主要浮游植物类群的多样性与形态特征。图源：Demasy, Clément, et al. (2025)

PFZ与HNLC的不同响应，

研究表明，PFZ区域中升温与酸化共同刺激了浮游植物的增长，尤其对小型蓝藻类（cyanobacteria）生长有显著促进作用。然而，单独增加巴塔哥尼亚尘土输入并未显著影响该区域的浮游植物群落结构或生产能力。这表明，在营养元素相对充足的PFZ中，物理化学环境的变化（如温度与pH）可能是主导生物响应的关键因素。

与之形成鲜明对比的是，HNLC区域由于铁（Fe）元素长期匮乏，浮游植物生长受到限制。这个研究显示，单独加入富含铁的尘土显著提高了HNLC水域中硅藻（尤其是Fragilariopsis kerguelensis）的叶绿素a含量，促进了其生长。然而，当升温与酸化同时发生时，这一积极效应被部分抵消。在未来模拟条件下，小型类群如金藻（haptophytes）与蓝藻反而获得了生态优势。这种变化可能预示着HNLC区域群落结构正朝向以小型物种为主的方向演化。

有机碳生产未显著变化，但碳输出潜力或将增强

尽管环境条件的剧烈变化对浮游植物群落的结构产生了影响，研究却发现净颗粒有机碳（POC）生产在所有实验条件下基本保持稳定。这一发现颇为重要，它意味着未来南大洋的初级生产力可能不会因环境恶化而发生显著下降。

但值得注意的是，在HNLC区域的未来情境下，链状硅藻的数量与链长均有所增加。由于这类硅藻更易沉降至深层海洋，其数量的增加可能增强生物碳泵的效率，进而促进大气二氧化碳向深海碳库的转移。这一潜在的生态反馈机制或将在未来南大洋的碳循环中扮演关键角色。

▲上图：南极海冰。摄影：Joys

多因子交互的重要性——复杂响应机制需多角度审视

该研究强调，浮游植物对环境变化的响应并非线性，而是多重因素交互作用的复杂结果。例如，尘土中的铁可以短期内提升生产力，但其正面效应可被升温或酸化所抑制。因此，单一变量研究往往难以捕捉真实生态系统的动态变化，未来应更多采用多因子实验设计，模拟更接近现实的生态情景。

同时，PFZ与HNLC之间的强烈响应差异，也提示必须根据不同生物地球化学区域的特点，制定针对性更强的预测模型与气候应对策略。

理解微观响应，把握全球变化命脉

浮游植物虽微小，却在调控地球气候、支撑海洋生态系统中起着不可替代的作用。该研究通过系统模拟未来多种环境变化情境，揭示了南大洋浮游植物群落在不同区域的响应机制，为预测未来全球碳循环格局提供了重要科学依据。

随着气候变化不断演进，深入理解这些微观生物对环境变化的响应，不仅有助于人们更精准地预测未来生态演化趋势，也将为制定科学的碳汇管理与气候调控政策提供坚实的基础。

感兴趣的“海潮天下”可参看这项研究的全文，参见：

Demasy C., Boye M., Delisée A., Maguer J. F., Thyssen M. & Gest L., 2025. Responses of the natural phytoplankton assemblage to Patagonian dust input and anthropogenic changes in the Southern Ocean. Earth’s Future 13(6): e2024EF005762. doi: 10.1029/2024EF005762.

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【引用本文】

 未来南大洋升温3°C，浮游植物还能继续“吃碳”吗？.海潮天下.2025-07-11

https://mp.weixin.qq.com/s/wZh5qg9bwyjY4-YXDYsrTw

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