浮游植物（藻）是海洋溶解性有機碳（DOC）的主要來源，它們產生的DOC一方面以生物可利用有機碳（BDOC）的形式被微生物快速消耗，并在轉化過程中部分進入頑固碳（RDOC）庫；另一方面也可直接分泌RDOC。無論是間接轉化還是直接分泌，這些 RDOC 最終都會對海洋 DOC 庫的長期積累產生重要貢獻。因此，藻源碳的組分特征是調控海洋 DOC 庫規模與穩定性的關鍵因素。然而，由于浮游植物物種多樣且生長階段快速變化，不同類群在生長與衰退過程中的碳分配與釋放特征復雜多變，嚴重制約了我們對藻源碳特征及其作用機制的深入理解。針對這一科學空白，中國科學院華南植物園可持續生態學團隊通過超高分辨質譜解析不同類群與生長階段的DOC分子組成，并結合遙感與機器學習方法，在全球尺度上評估浮游植物對DOC動態的貢獻（圖1）。
圖1. 相關研究的技術路線
首先，他們利用超高分辨率質譜技術（FT-ICR MS），系統地量化了六個典型藻門（藍藻門、綠藻門、硅藻門、金藻門、甲藻門和定鞭藻門）類群在生長期與衰亡期下，不同碳餾分（胞內DOC，胞外結合態DOC及胞外溶解態DOC）中BDOC及RDOC的相對占比（圖1a和b）。結果發現，在所有的實驗藻株中，定義為難以被分解的RDOC都占其總有機碳的10%以上（圖2）。這一結果突破了傳統對藻源碳多以活性碳為主的認知，也強化了藻類可直接釋放RDOC這一現象的普適性。緊接著，在獲得這些類群特異的碳分配參數后，本研究進一步結合衛星反演的類群分辨葉綠素濃度數據，構建了機器學習模型，用于預測海洋表層DOC濃度（圖1c）。結果顯示，引入類群特異的碳分配參數后，模型的預測精度顯著提高（生長期和衰退期的R2分別達0.92和0.80，圖3a和b），遠超未考慮此類信息的模型（R2僅為0.69和0.46，圖3c和d）。最后，基于這一優化模型，本研究生成了全球尺度的海洋DOC數據集（圖1d），不僅發現海洋表層DOC庫的物種貢獻度，其中硅藻門對該DOC庫的變化貢獻最大，解釋了高達63.8%的變異；更揭示了不同生長季下藻源DOC的差異性，生長期產生的頑固型DOC顯著高于衰退期。這些現象意味著未來浮游植物暴發持續時間及氣候驅動的群落結構變化，將深刻影響著海洋DOC動態與碳循環過程。
圖2. 六個典型藻門（藍藻門、綠藻門、硅藻門、金藻門、甲藻門和定鞭藻門）類群在生長期與衰亡期下，不同碳餾分（胞內DOC，胞外結合態DOC及胞外溶解態DOC）中不同碳組分的相對占比
圖3. 引入類群特異的碳分配參數前后的模型預測精度
該研究為理解和預測全球碳循環提供了新的視角和工具，也為評估氣候變化背景下海洋碳匯功能的變化提供了關鍵科學依據。相關研究成果以“The role of phytoplankton in structuring global oceanic dissolved organic carbon pools”為題近期發表于綜合性期刊Nature Communications（《自然-通訊》）上。中國科學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，廈門大學焦念志院士，中國科學院水生生物研究所宋立榮研究員，香港科技大學劉紅斌教授等參與了研究。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、廣東省自然科學基金和中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃等項目及國家水生生物種質資源庫的支持。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-63105-x
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