( M+ x/ m3 V5 `1 T; I; K0 z# i
) L [ P' Z6 d* L! C( X, ^
; A1 ]( t) f9 z) h+ e
$ i* n) C6 \# y
( L/ e E$ f: f6 |, f, ~) g
3 C7 d, H' y }$ f2 }- z3 _科研进展
2 P ]% i; G3 [$ p! c7 qRESEARCH PROGRESS
8 I. B+ ]2 i! [3 z$ O, L+ Y% l- h近日，厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室、海洋与地球学院戴民汉院士和罗亚威教授等二十余位科研人员，联合国内外同行，以Upper Ocean Biogeochemistry of the Oligotrophic North Pacific Subtropical Gyre: from Nutrient Sources to Carbon Export为题，在地学领域高影响力期刊《Reviews of Geophysics》发表综述文章。
9 ?2 d6 K- M+ R0 @该综述总结了在副热带流涡区、特别是北太平洋副热带流涡区的生物地球化学研究进展，分析了过去几十年其生物地球化学参数的长期变化，从营养盐来源到与输出生产力的关系，提出了新的真光层双层结构研究框架。: A3 W9 H- b* J7 a
研究背景
4 W5 q: S, @ E9 ~3 H4 ^0 L6 `Background
# X2 _* H# M& }' Z b副热带流涡是海盆尺度的反气旋式流场，占据着全球中低纬度海洋表面的广袤海域，具体包括南北太平洋、南北大西洋、印度洋五个副热带流涡区，是全球海洋最大的生态系统。由于伴随反气旋式流场的下沉运动，深层的营养盐较难输送到海洋真光层。这造成副热带流涡区，物质浓度（包括微量营养盐、痕量金属、生物量）极低，因此对采样、分析和现场培养技术均提出了极高的要求。基于有限的研究数据，过去一般认为，副热带流涡是生产力低下的海洋荒漠区，其生物地球化学指标在时间和空间上比较均一。而对北太平洋副热带流涡区（NPSG），科学家们的生物地球化学认知，大多来自于过去三十余年的夏威夷海洋时间序列站（HOT）的观测和研究。对于NPSG其他区域的生物地球化学特征，尚缺乏系统的总结和认识。
: p7 S! k6 [" |4 _, H: U* Q研究结果2 C+ h5 P& |" @5 V( P6 [
Research Progress# ]% S, ~3 o/ ]! E
文章以海洋卫星遥感得到的流场和海表叶绿素（低于0.1 mg m-3）为指标，计算出副热带流涡区占据海洋面积的26%到29%（图1）。进一步分析发现，副热带流涡区的营养盐浓度存在较大的空间变化。同时，关于副热带流涡区的初级生产力水平，已有的研究虽缺乏可靠的估计，然而，某些卫星遥感产品、生物地球化学模型和有限的现场观测数据显示，副热带流涡区的生产力并不显著低于全球海洋的平均水平，这对副热带流涡区是海洋荒漠的观点提出了异议。
+ I; Q# ~# W2 u6 M. A* X$ w, r% y2 Y- c* H( L
+ b; u# I* P, v+ m% |1 Z图1.根据（a）海面高度和（b）叶绿素浓度（小于0.1 mg m-3）计算的海洋五个副热带流涡区范围。
7 L3 S* i0 v. [- T在NPSG，固氮是支持生物生长和碳输出的主要氮源之一（图2）。在NPSG的不同区域，固氮可能受铁、磷单一或者共同限制。本研究的数据初步分析显示，在HOT附近，观测到的铁浓度比NPSG其它海域高，可能是NPSG一个固氮的热点区域。
! j0 i0 D7 w% Y, y k' ^+ A) l, ^; Q# L; e' t
3 Q" [- v/ q0 `5 P5 ] C图2.NPSG上层50 m固氮速率。$ T" ~1 R! n# g3 r% G
对过去近30年的数据分析显示，NPSG面积的年际变化与大尺度的气候指标（如PDO和ENSO）有较强关系（图3）；同时，NPSG的平均温盐、混合层深度、营养盐和叶绿素水平也和这些气候指标存在较强的相关性。但是，在NPSG西部的137°W断面和东部的HOT站，这些指标并没有显示出显著的年际变化特征。总体而言，在过去30年，NPSG的生物地球化学特征展现为年际或年代际的波动，并没有显著的长期变化趋势。
/ ?: {5 H$ L% E0 n' ^( j& n
: o- d& w+ E2 M" a( W" _2 D2 D# L* j, O, q
图3.NPSG的（a）面积、（b）PDO指数和（c）ENSO指数的长期变化。
- |$ j+ H" T% M2 J在NPSG真光层内，营养盐跃层往往比混合层深；因此，营养盐跃层以上形成了一个营养盐匮乏层（Nutrient-depleted layer, NDL）；NDL以深到真光层底部，则形成了一个营养盐充足层（Nutrient-replete layer, NRL）。在真光层的这两层结构中，营养盐的来源、初级生产力的水平、生态系统的结构以及输出生产力运作效率等，都存在显著差别。本研究提出，对副热带流涡区海洋真光层生物地球化学过程，在此双层结构框架下进行研究（图4），有望极大提高我们对副热带流涡区固碳机理及增汇潜力的认识。
' Y( q. [: V6 U, O1 ^$ H" ?
6 X4 X7 V& W7 B/ z6 Y$ f3 {4 v( H) ~5 A9 }
图4. 副热带流涡区上层海洋生物地球化学过程的传统单层研究结构框架（左图）和新定义的双层结构研究框架（右图）。
0 W! I7 j1 b3 h& i N/ L本研究发现，NPSG存在较大的空间变异性。NPSG的生物地球化学特征和碳汇的调控机制等，尤其是其西部海域，可能与我们从HOT获得的认识不同。国家自然科学基金重大项目“海洋荒漠生物泵固碳机理及增汇潜力”（CARBON-FE），聚焦NPSG的西部海域，已开展春、夏、秋三个大面观测航次，从采样到分析逐一攻关，取得了一批稳定、可靠、综合、系统的数据，其覆盖海域范围广，涉及学科、领域多，并结合现场培养和数值模拟等研究，逐步揭开海洋荒漠的“神秘面纱”。项目拟基于真光层双层结构研究框架，系统探究海洋荒漠区生物泵的结构、过程和机理，评估其在全球变化背景下的发展趋势，进而构架寡营养系统生物泵新理论框架，并为海洋荒漠的增汇途径及其有效性提供科学论证。' ~" v6 ^3 b9 P$ j+ `4 F
研究团队及资助7 q$ Y6 N0 j' J+ a$ a! F
Research Group and Funding
2 s; a6 D4 L6 F% e* z* `: I! n$ K该综述文章是CARBON-FE团队的重要成果之一，戴民汉院士和罗亚威教授为共同第一作者和共同通讯作者；各章节撰写的领衔共同作者包括Eric Achterberg、曹知勉、杜川军、高树基、柳欣、Hiroaki Saito、商少凌、史大林、万显会、王为磊，博士生罗伟成承担了大部分历史数据的分析和图表制作工作。其他共同作者包括Thomas J. Browning、蔡毅华、柴扉、陈炳章、Matthew J. Church、慈东箭（博士生）、高坤山、郭香会、胡振东（博士生）、Edward A. Laws、李忠平、林宏阳、刘茜、孟菲菲、宋鲁平（博士生）、王云涛、温作柱、修鹏、张劲、张瑞峰和周宽波。/ ]5 l! e1 p+ U3 q
Reviews of Geophysics是AGU旗下的高影响力综述期刊（影响因子24.9），对文章质量要求严苛，每年发表地学领域高质量综述文章总计仅二十余篇。文章应适合地学领域整个科学群体的阅读；作者团队需预先提交投稿建议，由该领域高水平专家组成的期刊编辑部审议、并经与作者团队共同讨论修改后，方邀请投稿。
8 {+ E3 F7 i$ C. B: Y7 t7 M该研究主要获得国家自然科学基金（41890800及其子课题、41730533、42076153、42188102和92258302）的联合资助。* R5 L+ t& O- g V7 Z5 q6 \
论文来源及链接3 K* o, I8 X* _3 N- V
Dai, M., Luo, Y.-W., et al., (2023). Upper ocean biogeochemistry of the oligotrophic North Pacific subtropical gyre: from nutrient sources to carbon export. Reviews of Geophysics, 61(3), e2022RG000800.
5 l4 z) D8 H, ]4 K- k, A5 h
% ]* d1 n9 E5 u0 b0 s+ c. B+ S/ H论文链接：! ^8 g& {) v$ w+ ]0 {+ C" D9 p
https://doi.org/10.1029/2022RG000800& |2 |& z: \. m2 G
供稿｜罗亚威、孟菲菲
3 ?, z m9 } v+ f z编辑｜朱佳、刘琰冉
+ L) v$ Q. p. S$ {审核｜王桂芝、刘志宇3 o4 G: n" j% c9 E
<ul><li id="1UUN2RUH">
/ n9 \( h8 n! ]( f5 M1 C9 @& P
3 j5 q! I7 E% ~. f2 g8 ?6 s7 ]# a- |# X
<li id="1UUN2RUI">1 f t# l; ]' f$ _% \
( e$ F' b9 P" g
信息来源：南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）。) S$ F) D; \; L( v
|
6 H5 {1 W2 O) b: P$ ?! T8 D
3 a; t+ ]" ~& T& i
$ V! c% ~+ g7 T" r
% f- ~6 N- G4 E' t# O. B G$ I" l
( B7 F# X9 v/ [