近日，中国科学院南海海洋研究所研究员李超伦团队通过控制实验与多组学分析相结合的方法，定量揭示了浮游植物群落从硅藻向甲藻转变时，浮游动物摄食行为与微生物分解过程如何耦合，进而放大对颗粒有机碳（POC）深海输出影响的作用机制。相关成果发表于《环境科学与技术》。

桡足类摄食与微生物分解协同影响生物碳泵效率的示意图。研究团队供图

论文第一作者、中国科学院南海海洋研究所副研究员马骁介绍，海洋生物碳泵是海洋吸收大气中的二氧化碳并将其以有机碳形式输送至深海，实现长期封存的关键自然过程。在这一过程中，桡足类等浮游动物产生的粪便颗粒（FP）是POC向深海输出的重要载体之一。然而，在自然海洋环境中，FP从“形成-下沉-分解”的整个过程具有高度可变性，这使得颗粒碳通量常常表现出显著的波动与非线性响应特征，长期以来，其内在机制识别与定量评估均存在不确定性。

在国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助下，研究团队将“浮游动物摄食阶段”和“微生物分解阶段”拆分开来，分别开展对比实验，并将关键过程参数纳入统一框架进行综合评估。实验结果显示，当食物以甲藻为主时，桡足类产生的FP数量相较于硅藻处理组减少了一半，下沉速度也降低至硅藻处理组的三分之一；与此同时，微生物对甲藻来源FP的分解速度显著加快。这些因素相互协同作用，导致FP向深海的输送效率急剧下降，最终显著削弱了海洋生物碳泵的效率。

在机制探究层面，研究发现FP的快速分解主要由机会型颗粒附着微生物驱动。宏基因组分析表明，大分子有机质降解密切相关的碳水化合物活性酶和溶酶体同工酶的丰度与FP分解速率呈现出高度相关性，这些酶丰度可作为评估FP分解强弱的重要生物指示信号。进一步的基因组证据显示，以浮霉菌为代表的附着型机会主义菌群具备更强的运动能力、解毒系统以及大分子降解酶体系，使其能够在颗粒微环境中快速定殖并高效分解 FP。

此外，该研究发现温度升高会通过增强关键分解酶基因的丰度，显著加快FP的分解速度，且这种加速效应在甲藻来源的FP上表现得更为突出。在全球变暖的大背景下，许多海域持续出现硅藻比例下降、甲藻比例上升的结构性转变，这意味着这些区域的POC会更快被再矿化并滞留在上层海洋。

该研究结果强调，在评估海洋碳汇功能变化时，需要将浮游植物组成、浮游动物摄食行为以及微生物动力学过程视为一个耦合系统进行综合考虑，才能更准确地刻画海洋生物碳泵的响应特征以及不确定性来源。

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/acs.est.5c11967