浮游植物（藻）是海洋溶解性有機(jī)碳（DOC）的主要來(lái)源，它們產(chǎn)生的DOC一方面以生物可利用有機(jī)碳（BDOC）的形式被微生物快速消耗，并在轉(zhuǎn)化過(guò)程中部分進(jìn)入頑固碳（RDOC）庫(kù)；另一方面也可直接分泌RDOC。無(wú)論是間接轉(zhuǎn)化還是直接分泌，這些 RDOC 最終都會(huì)對(duì)海洋 DOC 庫(kù)的長(zhǎng)期積累產(chǎn)生重要貢獻(xiàn)。因此，藻源碳的組分特征是調(diào)控海洋 DOC 庫(kù)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(zhǎng)階段快速變化，不同類(lèi)群在生長(zhǎng)與衰退過(guò)程中的碳分配與釋放特征復(fù)雜多變，嚴(yán)重制約了我們對(duì)藻源碳特征及其作用機(jī)制的深入理解。針對(duì)這一科學(xué)空白，中國(guó)科學(xué)院華南植物園可持續(xù)生態(tài)學(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò)超高分辨質(zhì)譜解析不同類(lèi)群與生長(zhǎng)階段的DOC分子組成，并結(jié)合遙感與機(jī)器學(xué)習(xí)方法，在全球尺度上評(píng)估浮游植物對(duì)DOC動(dòng)態(tài)的貢獻(xiàn)（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(gè)典型藻門(mén)（藍(lán)藻門(mén)、綠藻門(mén)、硅藻門(mén)、金藻門(mén)、甲藻門(mén)和定鞭藻門(mén)）類(lèi)群在生長(zhǎng)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(duì)占比（圖1a和b）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在所有的實(shí)驗(yàn)藻株中，定義為難以被分解的RDOC都占其總有機(jī)碳的10%以上（圖2）。這一結(jié)果突破了傳統(tǒng)對(duì)藻源碳多以活性碳為主的認(rèn)知，也強(qiáng)化了藻類(lèi)可直接釋放RDOC這一現(xiàn)象的普適性。緊接著，在獲得這些類(lèi)群特異的碳分配參數(shù)后，本研究進(jìn)一步結(jié)合衛(wèi)星反演的類(lèi)群分辨葉綠素濃度數(shù)據(jù)，構(gòu)建了機(jī)器學(xué)習(xí)模型，用于預(yù)測(cè)海洋表層DOC濃度（圖1c）。結(jié)果顯示，引入類(lèi)群特異的碳分配參數(shù)后，模型的預(yù)測(cè)精度顯著提高（生長(zhǎng)期和衰退期的R2分別達(dá)0.92和0.80，圖3a和b），遠(yuǎn)超未考慮此類(lèi)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(kù)的物種貢獻(xiàn)度，其中硅藻門(mén)對(duì)該DOC庫(kù)的變化貢獻(xiàn)最大，解釋了高達(dá)63.8%的變異；更揭示了不同生長(zhǎng)季下藻源DOC的差異性，生長(zhǎng)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(lái)浮游植物暴發(fā)持續(xù)時(shí)間及氣候驅(qū)動(dòng)的群落結(jié)構(gòu)變化，將深刻影響著海洋DOC動(dòng)態(tài)與碳循環(huán)過(guò)程。
圖2. 六個(gè)典型藻門(mén)（藍(lán)藻門(mén)、綠藻門(mén)、硅藻門(mén)、金藻門(mén)、甲藻門(mén)和定鞭藻門(mén)）類(lèi)群在生長(zhǎng)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(duì)占比
圖3. 引入類(lèi)群特異的碳分配參數(shù)前后的模型預(yù)測(cè)精度
該研究為理解和預(yù)測(cè)全球碳循環(huán)提供了新的視角和工具，也為評(píng)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(xué)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(guó)科學(xué)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(mén)大學(xué)焦念志院士，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所宋立榮研究員，香港科技大學(xué)劉紅斌教授等參與了研究。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃等項(xiàng)目及國(guó)家水生生物種質(zhì)資源庫(kù)的支持。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-63105-x
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