近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LTO）詹海剛研究團(tuán)隊(duì)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(jìn)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(xué)與工業(yè)組織首席科學(xué)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(fēng)驅(qū)動(dòng)的強(qiáng)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(xiàn)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(rèn)為是全球變暖的“庇護(hù)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(rèn)識還極為有限。
研究團(tuán)隊(duì)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(dāng)海洋熱浪發(fā)生時(shí)，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(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間呈正相關(guān)。熱浪期間海洋上空異常極向風(fēng)場顯著減弱了這些區(qū)域上升流強(qiáng)度（圖2），抑制了營養(yǎng)鹽的垂向輸運(yùn)。營養(yǎng)鹽補(bǔ)給減少和沉降速率降低皆有利于擴(kuò)大Pico粒級浮游植物生存競爭優(yōu)勢，推動(dòng)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(rèn)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?dǎo)。這種現(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(dǎo)到小粒徑浮游植物主導(dǎo)的轉(zhuǎn)變。這些轉(zhuǎn)變可通過營養(yǎng)傳遞和放大效應(yīng)，導(dǎo)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(fēng)險(xiǎn)管理提供科學(xué)參考。此外，東邊界上升流系統(tǒng)是全球生物碳泵的熱點(diǎn)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(yù)測海洋熱浪對全球碳循環(huán)的擾動(dòng)。
該研究由國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院先導(dǎo)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等項(xiàng)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(yīng)。（b-e）浮游植物群落結(jié)構(gòu)三元圖分布。紅點(diǎn)表示海洋熱浪期間，藍(lán)點(diǎn)為對應(yīng)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?？寺斶\(yùn)相關(guān)的垂向水體輸運(yùn)，Ugeo為與海表高度差相關(guān)的地轉(zhuǎn)輸運(yùn)。（i-l）熱浪期間海洋上空風(fēng)場異常。填色為通過信度檢驗(yàn)（t-test，p=0.05）的風(fēng)速異常絕對值。
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