浮游植物（藻）是海洋溶解性有機碳（DOC）的主要來源，它們產(chǎn)生的DOC一方面以生物可利用有機碳（BDOC）的形式被微生物快速消耗，并在轉(zhuǎn)化過程中部分進入頑固碳（RDOC）庫；另一方面也可直接分泌RDOC。無論是間接轉(zhuǎn)化還是直接分泌，這些 RDOC 最終都會對海洋 DOC 庫的長期積累產(chǎn)生重要貢獻。因此，藻源碳的組分特征是調(diào)控海洋 DOC 庫規(guī)模與穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。然而，由于浮游植物物種多樣且生長階段快速變化，不同類群在生長與衰退過程中的碳分配與釋放特征復雜多變，嚴重制約了我們對藻源碳特征及其作用機制的深入理解。針對這一科學空白，中國科學院華南植物園可持續(xù)生態(tài)學團隊通過超高分辨質(zhì)譜解析不同類群與生長階段的DOC分子組成，并結(jié)合遙感與機器學習方法，在全球尺度上評估浮游植物對DOC動態(tài)的貢獻（圖1）。
圖1. 相關(guān)研究的技術(shù)路線
首先，他們利用超高分辨率質(zhì)譜技術(shù)（FT-ICR MS），系統(tǒng)地量化了六個典型藻門（藍藻門、綠藻門、硅藻門、金藻門、甲藻門和定鞭藻門）類群在生長期與衰亡期下，不同碳餾分（胞內(nèi)DOC，胞外結(jié)合態(tài)DOC及胞外溶解態(tài)DOC）中BDOC及RDOC的相對占比（圖1a和b）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在所有的實驗藻株中，定義為難以被分解的RDOC都占其總有機碳的10%以上（圖2）。這一結(jié)果突破了傳統(tǒng)對藻源碳多以活性碳為主的認知，也強化了藻類可直接釋放RDOC這一現(xiàn)象的普適性。緊接著，在獲得這些類群特異的碳分配參數(shù)后，本研究進一步結(jié)合衛(wèi)星反演的類群分辨葉綠素濃度數(shù)據(jù)，構(gòu)建了機器學習模型，用于預測海洋表層DOC濃度（圖1c）。結(jié)果顯示，引入類群特異的碳分配參數(shù)后，模型的預測精度顯著提高（生長期和衰退期的R2分別達0.92和0.80，圖3a和b），遠超未考慮此類信息的模型（R2僅為0.69和0.46，圖3c和d）。最后，基于這一優(yōu)化模型，本研究生成了全球尺度的海洋DOC數(shù)據(jù)集（圖1d），不僅發(fā)現(xiàn)海洋表層DOC庫的物種貢獻度，其中硅藻門對該DOC庫的變化貢獻最大，解釋了高達63.8%的變異；更揭示了不同生長季下藻源DOC的差異性，生長期產(chǎn)生的頑固型DOC顯著高于衰退期。這些現(xiàn)象意味著未來浮游植物暴發(fā)持續(xù)時間及氣候驅(qū)動的群落結(jié)構(gòu)變化，將深刻影響著海洋DOC動態(tài)與碳循環(huán)過程。
圖2. 六個典型藻門（藍藻門、綠藻門、硅藻門、金藻門、甲藻門和定鞭藻門）類群在生長期與衰亡期下，不同碳餾分（胞內(nèi)DOC，胞外結(jié)合態(tài)DOC及胞外溶解態(tài)DOC）中不同碳組分的相對占比
圖3. 引入類群特異的碳分配參數(shù)前后的模型預測精度
該研究為理解和預測全球碳循環(huán)提供了新的視角和工具，也為評估氣候變化背景下海洋碳匯功能的變化提供了關(guān)鍵科學依據(jù)。相關(guān)研究成果以“The role of phytoplankton in structuring global oceanic dissolved organic carbon pools”為題近期發(fā)表于綜合性期刊Nature Communications（《自然-通訊》）上。中國科學院華南植物園盧哲副研究員為第一作者，王法明研究員為通訊作者。此外，廈門大學焦念志院士，中國科學院水生生物研究所宋立榮研究員，香港科技大學劉紅斌教授等參與了研究。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、廣東省自然科學基金和中國科學院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團隊計劃等項目及國家水生生物種質(zhì)資源庫的支持。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-63105-x
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