近日，厦门大学海洋与地球学院、海洋生物地球化学全国重点实验室沈渊教授团队在北极海洋有机碳循环方面取得新进展。相关成果以“Persistent shelf-to-basin export of bioavailable dissolved organic carbon in the Arctic Ocean”为题，发表于地球科学领域权威期刊Geophysical Research Letters。

研究结合有机分子分析与水文示踪，刻画了北极陆架溶解有机碳（DOC）随盐跃层水团向海盆输送并沿途被微生物利用的过程，发现其运输通量可弥补加拿大海盆微生物年碳需求缺口的32%，是低生产力北极海盆的重要碳补给。

研究背景

北极海盆受水体层化与海冰覆盖影响，当地初级生产难以满足异养微生物的碳需求，需要依靠外源有机碳补给。周边高生产力陆架产生的DOC可随水团向海盆输送，是一个潜在的碳来源。然而，陆架DOC能否在长距离输送中保持生物可利用性并为海盆微生物提供碳源仍不明确。

为解答这一问题，研究团队分析了2010−2012年在波弗特海陆架至加拿大海盆多个站位采集的113份海水样品（图1）。团队测定了DOC及其活性组分（氨基酸），利用氨基酸分子指标估算活性与半活性DOC含量，并追踪其沿陆架−海盆输送路径的变化。

图1 北冰洋采样站位及主要水团特征

研究结果

1. 北冰洋上层普遍存在半活性DOC

根据周转时间，DOC通常可分为活性（数小时至数天）、半活性（数周至数年）和惰性组分。结果显示，活性DOC浓度普遍较低（<1.4 μmol L⁻¹）且空间分布零散，反映其周转迅速，并与局地生产和消耗紧密耦合。相比之下，半活性DOC广泛存在于上层200 m水体（15–36 μmol L⁻¹），主导了生物可利用的DOC库（图2）。

与活性DOC相比，半活性DOC离开陆架后仍可存留较长时间，并随盐跃层水团向低生产力的加拿大海盆输送。盐跃层如同一条“碳输送带”，将高生产力陆架产生的生物可利用有机碳输向低生产力海盆，连接陆架碳生产与海盆微生物碳需求。

图2 西北冰洋上层DOC、总溶解氨基酸（TDAA）及活性与半活性DOC空间分布

2. 半活性DOC的陆架−海盆输送与降解

研究发现，半活性DOC沿盐跃层由陆架向高纬海盆输送时，浓度下降约25%–28%（图3），说明其在途中被持续消耗。分子组成分析进一步显示，随输送距离增加，氨基酸占DOC比例和降解指数（DI）逐渐降低，且β-丙氨酸和γ-氨基丁酸等非蛋白氨基酸的相对丰度升高，均指示了有机质降解程度加深。这些分子指标的变化与表观耗氧量（AOU）沿途增加的趋势相互印证，表明微生物降解是半活性DOC损失的主要原因。

此外，两个盐跃层水团的DOC变化程度也存在差异：暖盐跃层（WHL）的半活性DOC损失和分子组成变化更明显，而温度较低的上盐跃层（UHL）变化较弱，提示温度等水团性质影响着DOC的转化。总体而言，盐跃层不仅是物质输送通道，也是有机碳持续消耗与转化的活跃区域。

图3 西北冰洋不同水团中半活性DOC浓度随纬度的变化

3. 半活性DOC横向输送缓解海盆微生物碳缺口

研究进一步估算了半活性DOC对海盆微生物碳需求的贡献。加拿大上层海盆每年的微生物碳需求缺口约为8–12 Tg C；生产季（春−夏）经暖盐跃层（WHL）由陆架向海盆输送的半活性DOC通量约为1.7–2.6 Tg C，最多可弥补年度碳缺口的32%。这一结果表明，盐跃层介导的横向输送是高生产力陆架向低生产力海盆提供碳补给的重要途径。

4. 研究意义及展望

该研究揭示盐跃层不仅是来自陆架的生物可利用DOC进入海盆的输送通道，也是微生物持续改造和消耗DOC的活跃区域，这一发现深化了对北极陆架−海盆碳耦合的认识。未来，河流径流增加、冻土融化和海岸侵蚀可能改变DOC输入的浓度与活性；盐跃层结构变化和微生物降解加快则可能降低半活性DOC向海盆的输送效率。评估北极碳循环对气候变暖的响应，需要综合考虑DOC供给、反应活性、水团输送和微生物转化。

研究团队及资助

该论文第一作者为厦门大学2024级博士研究生高尧，共同通讯作者为厦门大学沈渊教授和德国亥姆霍兹基尔海洋研究中心（GEOMAR）郭金强博士，共同作者还包括德国GEOMAR Eric P. Achterberg教授。该研究获中央高校青年教师科研创新能力支持项目（ZYGXQNJSKYCXNLZCXM-O3）、国家自然科学基金青年科学基金项目B类（42322602）、中央高校基本科研业务费（20720250002）、厦门大学“111”基地计划（B26055）以及海洋生物地球化学全国重点实验室青年访问学者项目等联合资助。

论文来源及链接

Gao, Y., Guo, J., Achterberg, E. P., & Shen, Y. (2026). Persistent shelf-to-basin export of bioavailable dissolved organic carbon in the Arctic Ocean. Geophysical Research Letters, 53, e2026GL124640.

https://doi.org/10.1029/2026GL124640

供稿 | 沈渊教授团队

编辑 | 房月 苏颖

排版 | 陈蕾

审核 | 唐甜甜 曹知勉