近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室深海生态学学科组在海洋生物碳泵（Biological Carbon Pump, BCP）研究方面取得重要进展。团队结合控制实验与多组学分析，定量阐明了当浮游植物群落由硅藻向甲藻转变时，浮游动物摄食行为与微生物分解过程如何耦合放大对颗粒有机碳（POC）深海输出的影响。相关成果发表在《Environmental Science & Technology》上，副研究员马骁为论文第一作者，研究员李超伦为通讯作者。

海洋生物碳泵是海洋吸收并将有机碳输送至深海、实现长期封存的关键过程。其中，桡足类等浮游动物产生的粪便颗粒（fecal pellets，FP）是POC输出的重要载体之一。但在自然海洋中，FP 的“形成—下沉—分解”高度可变，导致颗粒碳通量常呈现显著波动与非线性响应，机制识别与定量评估长期存在不确定性。

本研究将“摄食阶段”和“分解阶段”拆分开展对比，并将关键过程参数纳入统一框架评估。结果显示：当食物以甲藻为主时，桡足类产生的 FP 数量较硅藻处理组减少一半，下沉速度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 的分解显著加快。这些因素协同作用会导致FP向深海的输送效率急剧下降，最终显著削弱 BCP 效率。

在机制层面，研究指出 FP 的快速分解主要由机会型的颗粒附着微生物驱动。宏基因组分析显示，与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丰度与 FP 分解速率高度相关，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表明，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、解毒系统与大分子降解酶体系，使其能够在颗粒微环境中快速定殖并高效分解 FP。

此外，研究还发现升温会通过增强关键分解酶基因丰度显著加快 FP 分解，且对甲藻来源 FP 的加速效应更为突出。全球变暖背景下，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。研究结果强调，在评估碳汇功能变化时，需要将浮游植物组成、浮游动物摄食与微生物动力学过程作为一个耦合系统综合考虑，才能更准确刻画 BCP 的响应与不确定性来源。

本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金项目等联合支持。

论文信息：Xiao Ma, Kevin B. Johnson and Chaolun Li*. Copepod Grazing and Prokaryotic Decomposition Amplify the Effect of Diatom-Dinoflagellate Regime Change on Biological Carbon Pump Efficiency. 2026, Environmental Science & Technology. https://doi.org/10.1021/acs.est.5c11967

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c11967

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