微小生物的巨大影响：浮游动物年封存6500万吨碳

由国际研究团队领导并发表在《湖沼学与海洋学》（Limnology and Oceanography）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）产生的碎屑通过重力下沉所主导。

这项新研究关注另一个近期被描述的过程，称为“季节性迁移泵”。该过程指浮游动物每年从表层水体迁移至500米以下的深处，在此深层越冬阶段，通过其呼吸作用和死亡过程储存碳。

此图展示了传统观点中浮游动物如何将碳输送至深部（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）被动下沉至深海，从而使碳储存数千年。这项新研究表明，称为“季节性迁移泵”的冬季过程同样导致大量的深层碳储存（右图）。浮游动物在秋季向下迁移至500米以下越冬，其呼吸作用和死亡每年直接向深海注入约6500万吨碳。

该团队首先建立了一个大型浮游动物数据库，数据源自20世纪20年代至今在南大洋各处进行的数千次网拖采集。基于此，他们量化了浮游动物每年下潜至深海越冬的程度，在此过程中它们呼吸产生CO2——直接高效地将碳注入深海。

关键发现：

• 年储存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（主要是称为桡足类的小型甲壳动物）贡献了该碳通量的80%，而磷虾和樽海鞘分别贡献14%和6%。
• 气候影响：南大洋是重要的碳汇，但当前的地球系统模型忽略了这一浮游动物驱动的过程。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”为何重要：

南大洋吸收了大洋吸收人类制造CO2总量的约40%，但浮游动物的作用一直被低估。与下沉碎屑在移除碳的同时也带走铁等必需营养元素不同，迁移性浮游动物在高效注入碳至深海的同时，还在近表层循环营养物质。随着海洋生态系统响应气候变化，这一“季节性迁移泵”可能变得更为重要。

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幕后英雄。它们的季节性迁移创造了一个巨大、先前未被量化的碳通量——这一过程必须被纳入现有模型。”

合著者、普利茅斯海洋实验室高级海洋生态学家Angus Atkinson教授（MBE勋章获得者）补充道：“这项研究首次估算出该碳储存机制的总量级。它展示了大型数据汇编在揭示新见解以及评估碳储存机制相对重要性方面的价值。”

合著者、普利茅斯大学海洋生态学家Katrin Schmidt博士说：“该研究表明‘季节性迁移泵’是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减缓气候变化。”

合著者、英国南极调查局（BAS）生态模型学家Jen Freer博士补充说：“磷虾因其在南极食物网中的作用而闻名，但我们发现桡足类在越冬碳储存中显著占主导地位。随着海洋变暖及其栖息地可能发生位移，这将产生重大影响。”

这项研究强调了亟需更新气候模型以纳入浮游动物驱动的碳通量。它还突显了管理和保护南大洋生态系统的必要性，在那里工业捕捞和气候变暖正威胁着磷虾种群——这一关键物种同时支撑着碳输出和南极独特的生物多样性。

这项国际合作研究由中国、英国和加拿大的科学家共同完成，利用了长达一个世纪的南大洋浮游动物生物量、分布、呼吸和死亡率数据。