近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）詹海刚研究团队在海洋热浪期间全球东边界上升流系统浮游植物变化方面取得新进展。研究成果以“Reduced and smaller phytoplankton during marine heatwaves in eastern boundary upwelling systems”为题发表于Nature子刊Communications Earth & Environment。LTO助理研究员詹伟康为论文第一作者，研究员詹海刚和副研究员何庆友为论文通讯作者，合作者包括澳大利亚联邦科学与工业组织首席科学家Ming Feng研究员。
东边界上升流系统（Eastern Boundary Upwelling Systems，简称为EBUSs），包括加利福尼亚流、加那利流、洪堡洋流和本格拉流。受信风驱动的强烈上升流将富含营养物质的底层海水输送到真光层，使其成为全球初级生产力和渔业资源最丰富的海域之一。据估算，虽然只占不到2%的海表面积，这些流系却贡献了全球7%的初级生产力和20%的渔获量。尽管东边界上升流系统一直被认为是全球变暖的“庇护所”，海表温度不像其它海域一样呈现显著长期上升趋势，但过去几十年这些区域海洋热浪发生频率却显著增加。然而，目前人们对热浪影响下东边界上升流区浮游植物，尤其是浮游植物群落结构变化的认识还极为有限。
研究团队分析了近二十多年的卫星遥感资料和数值模拟产品，发现当海洋热浪发生时，东边界上升流系统浮游植物生物量大幅减少约一半，其群落结构则显著朝更小粒径转变，主要表现为微微型（Pico）浮游植物的大幅增加和小型（Micro）浮游植物的大幅减少（图1）。这种群落结构变化与海洋热浪强度和持续时间呈正相关。热浪期间海洋上空异常极向风场显著减弱了这些区域上升流强度（图2），抑制了营养盐的垂向输运。营养盐补给减少和沉降速率降低皆有利于扩大Pico粒级浮游植物生存竞争优势，推动热浪期间东边界上升流系统浮游植物群落结构的小型化。
图1.（a）东边界上升流系统浮游植物生物量（Cphyto）和群落结构（ξ）对海洋热浪的平均响应。（b-e）浮游植物群落结构三元图分布。红点表示海洋热浪期间，蓝点为对应气候态分布。（f）热浪期间不同粒级浮游植物优势度的变化。
图2. （a-d）东边界上升流区域，填色为气候态夏季海表温度。（e-h）海洋热浪期间上升流指数（UI）的变化。其中UI=Uek+Ugeo，Uek为与海表埃克曼输运相关的垂向水体输运，Ugeo为与海表高度差相关的地转输运。（i-l）热浪期间海洋上空风场异常。填色为通过信度检验（t-test，p=0.05）的风速异常绝对值。
传统认知里，营养盐充裕的上升流区浮游植物通常以中大粒径为主，然而在某些极端热浪事件中，上升流区的群落结构可转变为由小粒径浮游植物主导。这种现象在加利福尼亚流区尤为显著，该海区约一半的海洋热浪伴随着中大粒径浮游植物主导到小粒径浮游植物主导的转变。这些转变可通过营养传递和放大效应，导致鱼类数量减少与体型变小，因此该研究可为东边界上升流系统的渔业资源开发与风险管理提供科学参考。此外，东边界上升流系统是全球生物碳泵的热点区域，鉴于不同粒径浮游植物固碳效率的差异性，上述结果也有助于评估和预测海洋热浪对全球碳循环的扰动。
该研究由国家重点研发计划、中国科学院先导计划、国家自然科学基金、广东省自然科学基金和中国科学院青年创新促进会等项目共同资助完成。
相关论文信息：
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).
论文链接：https://doi.org/10.1038/s43247-024-01805-w
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中国科学院南海海洋研究所
