微小生物的巨大影响：浮游动物每年储存6500万吨碳

由国际研究团队领衔并发表在湖沼学与海洋学期刊上的这项研究，首次量化了这些微小生物如何通过其季节性的垂直迁移共同增强碳封存。

南大洋是碳储存的关键区域。传统观点认为，南大洋的碳储存主要由大型浮游动物食草者（如磷虾）产生的碎屑重力沉降所主导。

这项新研究关注的是另一个近期被描述的称为'季节性迁移泵'的过程。该过程表现为浮游动物每年从表层水域迁移至500米以下的深度，在深水越冬期间通过呼吸作用和死亡事件储存碳。

本图展示了浮游动物将碳输送至深层的传统观点（左图）：夏季在表层水域摄食浮游植物，其排泄物（颗粒有机碳，POC）被动沉降至深海，从而使碳储存数千年。新研究表明，被称为'季节性迁移泵'的冬季过程同样导致大量深层碳储存（右图）。浮游动物在秋季向下迁移至500米以下深度越冬，其呼吸作用和死亡事件每年直接向深海注入约6500万吨碳。

研究团队首先建立了一个大型浮游动物数据库，数据来源于1920年代至今在南大洋数千次拖网采样。据此量化了浮游动物每年下潜至深海越冬的程度，它们在此过程中通过呼吸作用释放CO₂——直接高效地将碳注入深海。

关键发现：

• 年封存6500万吨碳：浮游动物的季节性垂直迁移每年向500米以下深处输送约6500万吨碳。
• 桡足类主导'季节性迁移泵'：中型浮游动物（主要是名为桡足类的小型甲壳动物）贡献了该碳通量的80%，而磷虾和海樽分别占14%和6%。
• 气候影响：南大洋是关键的碳汇，但当前地球系统模型忽略了浮游动物驱动的这一过程。随着气候变暖改变物种分布（例如磷虾减少、桡足类增加、食物来源变化），碳储存动态可能发生剧变。

'季节性迁移泵'的重要性：

南大洋吸收了人类活动产生并进入海洋的CO₂总量的约40%，但浮游动物的作用一直被低估。与同时移除碳和铁等必需营养元素的沉降碎屑不同，迁移性浮游动物在高效注入碳至深海的同时，能在近表层循环营养物质。随着海洋生态系统响应气候变化，这种'季节性迁移泵'可能变得更加重要。

论文第一作者、中国科学院海洋研究所海洋生态学家杨光博士表示："我们的工作表明浮游动物是碳封存的无名英雄。它们的季节性迁移产生了巨大且先前未被量化的碳通量——这是当前模型必须纳入的要素。"

共同作者、普利茅斯海洋实验室高级海洋生态学家Angus Atkinson MBE教授补充道："该研究首次估算了这种碳储存机制的总量级。它证明了大型数据汇编对于解锁新见解和把握碳储存机制相对重要性的价值。"

共同作者、普利茅斯大学海洋生态学家Katrin Schmidt博士指出："该研究揭示了'季节性迁移泵'作为极地自然碳封存的重要途径。保护这些迁移生物及其栖息地将有助于缓解气候变化。"

共同作者、英国南极调查局(BAS)生态模型师Jen Freer博士强调："磷虾因其在南极食物网中的作用而闻名，但我们发现桡足类显著主导了越冬期的碳储存。随着海洋变暖及其栖息地可能迁移，这将产生重大影响。"

本研究强调亟需更新气候模型以纳入浮游动物驱动的碳通量。同时突显了管理和保护南大洋生态系统的必要性——工业捕捞和气候变暖正威胁着磷虾种群，而这一关键物种既支撑碳输出，也维系着南极独特的生物多样性。

这项国际研究由中国、英国和加拿大的科学家合作完成，利用了跨越一个世纪的南大洋浮游生物量、分布、呼吸及死亡率数据。