北极浮游植物快速增长或将引发北极“稳态转化

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2020年7月9日，斯坦福大学发布最新研究成果，在20多年的时间里，北极浮游植物的增长速度提高了57％。浮游植物的爆炸性增长以及食物网底部微小藻类的生长极大地改变了北极将大气中的碳转化为生命物质的能力。在过去的十年中，这种增长已经取代海冰流失，成为导致浮游植物吸收二氧化碳能力发生变化的最主要原因。

浮游植物生物量日益增长的影响可能代表着北极地区正在发生“重大稳态转化”（significant regime shift），而且该地区的变暖速度比地球上任何地方都要快。该研究围绕植被净初级生产力（NPP）展开，NPP是衡量植物和藻类将阳光和二氧化碳转化为其他生物可食用的糖所需速度的指标，对于其他生态系统的养料供给而言，这一速度的确很重要。它的另一个重要性在于它是将二氧化碳从大气中排入海洋的主要方式之一。

北冰洋首次观测到浮游植物迅速增加。1998—2018年，北极地区的NPP增长了57％。这代表整个海洋盆地植被生产力的空前提高。虽然NPP的增长最初与海冰收缩有关，但即使在2009年海冰融化速度放缓之后，植被生产力仍继续攀升。过去十年中NPP的增长几乎完全由浮游植物生物量的增加所导致。现在，植被密度越来越高，在水量一定的情况下，浮游植物的增长量逐年增加。

浮游植物需要光和养分才能生长。但是在海洋中获得并混合这些养分取决于一系列复杂的因素。因此，尽管北极研究人员在最近几十年已经发现浮游植物进入了高速增长阶段，但就增长会持续多久，增长到什么程度还未形成定论。通过收集大量新的北极海洋水色探测数据并设计新算法来推算北极浮游植物的密度，斯坦福研究小组发现植被生产力的持续增长可能不再像曾经怀疑的那样受到稀缺养分的限制。尽管现在研究仍处于初期阶段，但已经有迹象表明已经存在养分种类增加这一变化。新养分来自其他海洋并进入北极深处。随着新养分进入海洋，浮游植物吸收的碳量在逐年增加，这会对生态产生重大影响。

北极是世界上最难进行卫星遥感的地方，由于北极地区光照、颜色和生命体之间特殊的相互作用，这项工作需要新的方法。在世界上其他地方通用的方法，即通过观察海水的颜色来判断浮游植物的数量，在北极根本无法使用。部分原因源于茶褐色河水的大量涌入，这些河水携带着溶解的有机物，遥感器会将其误认为叶绿素。另外，浮游植物适应北极低光照度的方式比较特殊，这又增添了一层难度。因此，如果在北极使用全球卫星遥感进行监测，那么最终的估算结果会出现严重错误。在这种情况下，研究人员精心整理了一系列海水颜色和NPP测量值，然后使用编好的数据库创建了适合北极独特环境的观察方法。

该项由美国国家航空航天局（NASA）地球与太空科学研究计划和美国国家科学基金会（NSF）资助的研究有助于阐明气候变化将如何影响北极未来的植被生产力、养料和碳吸收能力。一方面，北极植被生产力的提高意味着能够为大量动物提供更多食物。但是另一方面，随着北极海冰减少，许多已经适应了极地环境的动物会发现生活变得更加困难。另外，尽管北极现在吸收的碳相比以前高出很多，但北极本身的面积决定了它无法吸收大量的全球温室气体排放，因此这依然不能作为气候问题的解决之道。

来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《资源环境科学动态监测快报》2020年第14期，薛明媚 王金平 编译。