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近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室（LTO）詹海剛研究團隊在海洋熱浪期間全球東邊界上升流系統(tǒng)浮游植物變化方面取得新進展。研究成果以“Reduced and smaller phytoplankton during marine heatwaves in eastern boundary upwelling systems”為題發(fā)表于Nature子刊Communications Earth & Environment。LTO助理研究員詹偉康為論文第一作者，研究員詹海剛和副研究員何慶友為論文通訊作者，合作者包括澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)組織首席科學家Ming Feng研究員。

東邊界上升流系統(tǒng)（Eastern Boundary Upwelling Systems，簡稱為EBUSs），包括加利福尼亞流、加那利流、洪堡洋流和本格拉流。受信風驅(qū)動的強烈上升流將富含營養(yǎng)物質(zhì)的底層海水輸送到真光層，使其成為全球初級生產(chǎn)力和漁業(yè)資源最豐富的海域之一。據(jù)估算，雖然只占不到2%的海表面積，這些流系卻貢獻了全球7%的初級生產(chǎn)力和20%的漁獲量。盡管東邊界上升流系統(tǒng)一直被認為是全球變暖的“庇護所”，海表溫度不像其它海域一樣呈現(xiàn)顯著長期上升趨勢，但過去幾十年這些區(qū)域海洋熱浪發(fā)生頻率卻顯著增加。然而，目前人們對熱浪影響下東邊界上升流區(qū)浮游植物，尤其是浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化的認識還極為有限。

研究團隊分析了近二十多年的衛(wèi)星遙感資料和數(shù)值模擬產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)當海洋熱浪發(fā)生時，東邊界上升流系統(tǒng)浮游植物生物量大幅減少約一半，其群落結(jié)構(gòu)則顯著朝更小粒徑轉(zhuǎn)變，主要表現(xiàn)為微微型（Pico）浮游植物的大幅增加和小型（Micro）浮游植物的大幅減少（圖1）。這種群落結(jié)構(gòu)變化與海洋熱浪強度和持續(xù)時間呈正相關(guān)。熱浪期間海洋上空異常極向風場顯著減弱了這些區(qū)域上升流強度（圖2），抑制了營養(yǎng)鹽的垂向輸運。營養(yǎng)鹽補給減少和沉降速率降低皆有利于擴大Pico粒級浮游植物生存競爭優(yōu)勢，推動熱浪期間東邊界上升流系統(tǒng)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的小型化。

傳統(tǒng)認知里，營養(yǎng)鹽充裕的上升流區(qū)浮游植物通常以中大粒徑為主，然而在某些極端熱浪事件中，上升流區(qū)的群落結(jié)構(gòu)可轉(zhuǎn)變?yōu)橛尚×礁∮沃参镏鲗А＿@種現(xiàn)象在加利福尼亞流區(qū)尤為顯著，該海區(qū)約一半的海洋熱浪伴隨著中大粒徑浮游植物主導到小粒徑浮游植物主導的轉(zhuǎn)變。這些轉(zhuǎn)變可通過營養(yǎng)傳遞和放大效應，導致魚類數(shù)量減少與體型變小，因此該研究可為東邊界上升流系統(tǒng)的漁業(yè)資源開發(fā)與風險管理提供科學參考。此外，東邊界上升流系統(tǒng)是全球生物碳泵的熱點區(qū)域，鑒于不同粒徑浮游植物固碳效率的差異性，上述結(jié)果也有助于評估和預測海洋熱浪對全球碳循環(huán)的擾動。

該研究由國家重點研發(fā)計劃、中國科學院先導計劃、國家自然科學基金、廣東省自然科學基金和中國科學院青年創(chuàng)新促進會等項目共同資助完成。

論文相關(guān)信息：Weikang Zhan.,Ming Feng,Ying Zhang,Xinchen Shen,Haigang Zhan^* and Qingyou He^*,Reduced and smaller phytoplankton during marine heatwaves in eastern boundary upwelling systems. Commun Earth Environ 5,629 (2024).

文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s43247-024-01805-w

圖1.（a）東邊界上升流系統(tǒng)浮游植物生物量（Cphyto）和群落結(jié)構(gòu)（ξ）對海洋熱浪的平均響應。（b-e）浮游植物群落結(jié)構(gòu)三元圖分布。紅點表示海洋熱浪期間，藍點為對應氣候態(tài)分布。（f）熱浪期間不同粒級浮游植物優(yōu)勢度的變化。

圖2. （a-d）東邊界上升流區(qū)域，填色為氣候態(tài)夏季海表溫度。（e-h）海洋熱浪期間上升流指數(shù)（UI）的變化。其中UI=Uek+Ugeo，Uek為與海表埃克曼輸運相關(guān)的垂向水體輸運，Ugeo為與海表高度差相關(guān)的地轉(zhuǎn)輸運。（i-l）熱浪期間海洋上空風場異常。填色為通過信度檢驗（t-test，p=0.05）的風速異常絕對值。