海洋有机碳研究新进展，研究表明海草相当于一个巨大的全球有机碳库！

2022-06-27 14:28:02

一项研究发现，海草场底部蔗糖累积浓度比此前海洋记录高出约80倍。

这些发现表明，海草相当于一个巨大的全球有机碳库。

科学家预计这一结果缘于分解碳的微生物活动受到了抑制。

相关研究近日发表于《自然—生态与演化》。

海草场是重要的海洋栖息地，它们既为海洋生物多样性提供庇护所和食物，还可能在植物组织中以同等面积下陆地雨林的35倍能力存储碳。

海草还会从根部以单糖和其他化合物形式分泌碳。

但是，海洋微生物在这一碳源的消耗和循环过程中所起的作用尚未得到深入了解。

此次，美国加利福尼亚大学默赛德分校的Maggie Sogin和同行合作，分析了地中海3个不同的大洋海神草场，以及加勒比海和波罗的海其他海草场底部沉积物内水样（又称孔隙水）的化学成分。

他们在海草根部附近发现了出乎意料的高浓度蔗糖：在全球范围内，海草沉积物上部30厘米层储备了相当于0.67~1.34太克（1太克=1012克）的蔗糖。

研究人员分析海草场下方沉积物中生活的微生物发现，虽然这些微生物基因组中80%含有分解蔗糖的基因，但这些基因仅在64%的基因组中表达。

他们预测，低氧环境结合植物酚类物质（显著抑制微生物活性），也许可解释蔗糖的积聚。

研究人员总结说，海草下方蔗糖的积聚可作为有价值的有机碳存储方式，其他海洋和水生植物中也可能发现这种相关方式。

有机碳形态

碳的形态研究是碳循环研究的基础和前提，有机碳的形态分布对有机碳在关键带各个界面的迁移转化及归趋起关键作用。

水体中有机碳根据孔径大小主要可分为两类，通常把水中能通过0.45 μｍ 滤膜的有机碳称为溶解态有机碳（DOC），被滤膜阻留的有机碳称为颗粒态有机碳（POC）。

而土壤中的大部分有机碳是难以分解的稳定态化合物， 只有少部分是活性有机碳组分。

颗粒态有机碳（POC）指粒径大于53 μｍ 的土壤有机碳，是土壤惰性碳库的一种， 可以指示土壤总有机碳动态的早期变化。

其中以250 μｍ 颗粒粒径为界，POC 可以进一步分为细颗粒有机碳（ＦPOC：53～250 μｍ）和粗颗粒有机碳（ＣPOC：250～2000 μｍ）。

土壤和沉积物中活性碳组分常用可溶性有机碳（DOC）、颗粒有机碳（POC）、易氧化有机碳（ EOC）、微生物生物量碳（ MBC）、可矿化碳（MC）、轻组有机碳（ LFOC） 等来表征。

可溶解有机碳是用水或K2SO4 等稀盐提取通过0.45 μｍ 微孔滤膜的土壤有机碳组分，是土壤有机碳中最活跃、易分解矿化、迁移转化的小分子有机化合物。

易氧化性碳（EOC）是指土壤中容易受到植物、微生物的影响而发生氧化分解的土壤有机碳。

微生物生物量碳指的是土壤有机质中活的微生物总量，反映了土壤有机碳的降解能力。

可矿化碳（MC）是指每单位微生物生物量分解有机物产生的CO2 量，代表了有机碳的已降解量。

可以反应土壤有机质的生物有效性、土壤的微生物活性、以及预测土壤有机质含量变化的趋势。

轻组有机碳（LFOC）是土壤有机碳中土粒密度小于2.0 ｇ·ｃｍ-3 组分，可以指示土壤肥力的变化。

而且，各个关键区域中不同形态有机碳在一定程度上相互影响，相互制约，相互转换。

水生系统中特别是流域水体碳的赋存形态的变化规律和迁移转化研究一直是人们研究的重点。

有机碳动态变化的研究进展

有机碳在关键带各个介质（大气、植物、土壤和水体）中发生着剧烈分解转化和跨介质迁移，因而关键带各介质中有机碳储量、组成上表现出明显的时间和空间差异性。

近年来，全球气候变化加剧和人为活动强度增强极大地改变了关键带各个介质中的有机碳储量和迁移转化等行为。

而土壤和水是地球关键带的核心组成部分，其有机碳的储量十分丰富而且分解转化过程复杂，认识土壤和水体碳动态特征是理解关键带有机碳迁移转化的关键，因此学者们主要集中在对土壤和水体中有机碳动态变化过程的研究。

水是关键带物质流动、能量循环与信息交换的主要载体，水生系统的碳循环过程，特别是河流碳输出特征、内陆水体中碳的沉积和释放是目前关键带水体有机碳动态研究的重点。

据估算，河流输入海洋的有机碳为0.46 Pg·ａ-1，DOC 和POC 分别为包括0. 26 和0. 20 Pg·ａ-1，是海洋碳库的一个重要的碳来源，而且在运输过程中内陆水体中的碳沉积和释放是不可忽视的。

此外，近年来的研究表明，河流和湖泊水体DOC 有逐渐增加的趋势，这可能与气候变化、酸沉降降低、氮沉降增加、农业活动（如土地利用方式的改变）、降雨量和径流量模式改变，大气CO2 浓度升高有关，也可能是这几种因素综合影响的结果，但是目前还不清楚影响水体DOC 这种大区域范围内增高的控制机制。