近日，厦门大学海洋生物地球化学全国重点实验室、海洋与地球学院黄毅彬副教授团队在全球海洋净初级生产力定量评估及其长期演变研究方面取得新进展。相关成果以“Reduced estimate of global marine primary productivity and hemispheric redistribution over the satellite era”为题，发表于期刊Communications Earth & Environment。
该研究整编了全球海洋净初级生产力观测数据集，重新评估了全球海洋净初级生产力的总量及其空间格局，并揭示了过去20余年南北半球不同的长期演变特征。
研究背景
海洋浮游植物通过光合作用固定二氧化碳，贡献了全球近一半的生物初级生产，是维持全球碳循环和气候系统稳定的重要基础。目前，全球尺度的海洋初级生产力主要依赖卫星遥感模型进行估算。然而，由于观测数据不足、经验参数适用性有限以及不同海域生态过程存在差异，不同模型的估算结果一直存在较大分歧，导致全球海洋初级生产力总量及其长期变化趋势的评估仍具有较大不确定性。
研究结果
汇编全球观测数据库，为海洋净初级生产力估算提供基础
研究团队系统汇编了1958—2022年全球海洋净初级生产力现场观测数据，构建了目前最全面的、基于碳同位素示踪培养法测定的海洋净初级生产力数据库。该数据集共包含12,224条水柱积分净初级生产力观测记录，较此前发表的同类数据库数据量增加了约50%（图1）。更新后的数据库空间覆盖度显著增加，尤其补充了大西洋、南大洋高纬海域和西北太平洋等以往观测相对稀缺区域的数据，为全球海洋净初级生产力卫星遥感算法的验证与优化，以及全球碳通量的重新定量评估提供了更加坚实的观测数据基础。
图1.全球海洋净初级生产力新编数据集
观测约束下的全球海洋初级生产力新估算
基于更新后的观测数据库，研究团队对国际上几个广泛应用的海洋净初级生产力卫星遥感模型（如VGPM、CbPM和CAFÉ）进行了系统评估。结果表明，这些模型在不同海域存在不同程度的系统性偏差，对观测数据的整体解释度仅约30%—40% (图2)。针对此局限，研究团队利用随机森林模型，除了涵盖传统的预测因子（如温度、浮游植物生物量、光照），还增加如浮游植物群落结构、铁限制因子以及营养盐等指标，构建了基于观测约束的净初级生产力模型。新模型对观测数据的解释度显著提高到70%，并估算全球海洋年净初级生产力为43-47 Pg C，较传统卫星遥感产品的估算低约10%—20%。
图2 三种常用卫星遥感净初级生产力模型与观测约束模型的性能评估
揭示南北半球净初级生产力的差异化演变
研究团队进一步结合多模型，综合分析了过去20余年全球海洋净初级生产力的长期变化，并引入经济学中用于衡量收入分配差异的基尼指数来描述净初级生产空间分布的均匀度变化趋势。结果显示，南半球高生产力海域净初级生产力总体呈现下降趋势，而在低生产力海域有所上升，最终导致南半球净初级生产力的空间分布差异减小，其基尼指数显著下降。而北半球则呈现相反特征，高纬度高生产力海域净初级生产力持续增强，而部分中低纬海域则下降，空间差异进一步扩大（图3），导致基尼指数在北半球总体升高。
图3 南北半球海洋净初级生产力长期变化及空间再分布特征
研究意义及展望
本研究为全球海洋净初级生产力的估算与空间分布提供了新的观测约束，并揭示了过去20余年南北半球海洋初级生产力不同的空间重组特征。这种空间重组可能进一步影响海洋食物网结构、生物泵效率及区域渔业资源。相关成果有助于改进卫星遥感海洋初级生产力算法，提高海洋生物地球化学模型和地球系统模型的模拟能力，并为评估气候变化背景下海洋碳循环、生物泵固碳效率及渔业资源变化提供新的科学依据。
研究团队及资助
该论文第一作者为厦门大学2024级硕士研究生陈晓，通讯作者为厦门大学黄毅彬副教授，共同作者还包括厦门大学黄邦钦教授、柴扉教授、柳欣教授、王为磊教授、海南大学刘浩然副研究员、杜克大学Nicolas Cassar教授、海洋三所康建华副研究员。该研究获得国家科技基础资源调查计划（2024FY100202）和国家重点研发计划（2025YFF0517304）、国家自然科学基金项目（42406099、42406110）、福建省自然科学基金项目（2025J09005）、厦门市自然科学基金项目（3502Z202472006）及中央高校基本科研业务费(20720240053、20720240105)的联合资助。
论文来源及链接
Chen, X., Huang, Y., Liu, H., Cassar, N., Liu, X., Wang, W., Chai, F., Kang, J., Huang, B. 2026. Reduced estimate of global marine primary productivity and hemispheric redistribution over the satellite era. Communications Earth & Environment.
https://doi.org/10.1038/s43247-026-03828-x
供稿：陈晓 黄毅彬
编辑：房月 苏颖
排版：陈蕾
审稿：罗亚威 曹知勉
