印度-太平洋热带寡营养盐区作为“珊瑚三角区”的分布中心，是全球珊瑚礁生物多样性的顶峰。深刻理解热带寡营养盐区营养盐与海洋生产力的动态变化及其调控机制，是揭示热带珊瑚礁生态系统演变规律的根本前提，对于维护其生态安全与资源可持续性具有核心指导意义。近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室、边缘海与大洋地质实验室颜文研究员团队在太平洋热带寡营养盐区海洋生产力的环流驱动机制研究方面取得系列新认识。相关研究成果以“Enhanced North Pacific biological pump contributed to atmospheric carbon dioxide plateau during the Bølling-Allerød period”为题，发表于国际知名期刊Communications Earth & Environment。副研究员朱小畏为论文第一作者，研究员黎刚和研究员颜文为共同通讯作者。

温盐环流作为全球海洋营养盐再分配的核心通道，其驱动的深海营养盐上涌是维持表层海洋生产力的重要基础，也是海洋碳循环中驱动“生物泵”运转的重要一环。学界对其演化的研究，长期聚焦于两个核心环节：一是大西洋深层水的下沉及其所产生的碳汇效应；另一方面是南大洋深层水的上涌及其所扮演的碳源作用。这两个“阀门”被认为是海洋温盐环流调控大气CO₂的浓度变化的核心机制。然而，太平洋作为地表系统最大的碳储库，其环流体系在全球碳循环中的核心机制与贡献，学界仍缺乏统一认识。

自2018年起，研究团队依托南海海洋研究所在南海南部采集的丰富沉积岩芯样品，重点围绕末次冰期以来热带太平洋海域的中深层环流体系的演变机制开展系列研究（Li et al.,2018;Zhang et al.,2025），旨在揭示太平洋中深层环流演化对热带低纬寡营养盐区海洋生产力的调控机制。本次研究聚焦于末次冰消期Bølling-Allerød（B/A）暖期大气CO₂浓度上升停滞这一科学谜题（Zhu et al.,2025）：在该时期，南大洋通风作用增强且生物泵效应减弱，导致大气CO₂含量显著上升，然而南极冰芯记录却显示其浓度在此期间保持稳定（图1）。目前，无论是来自海洋表层CO₂分压的记录重建，还是基于陆地碳汇的数值模拟，均未能查明平衡B/A暖期南大洋显著碳源的关键机制。

现代观测表明，在北太平洋热带-副热带寡营养海区，海-气CO₂交换不仅受海温调控的溶解泵作用支配，同时也受到营养盐调控的生物泵效应的显著影响，后者是影响该区域海洋碳汇的关键途径。本研究基于南海南部两个沉积柱样，对末次冰消期古生产力进行了多指标重建，综合运用长链二醇指标、菜籽甾醇与甲藻甾醇丰度、生源Ba含量以及底栖有孔虫δ¹³C梯度等有机与无机地球化学指标，进行交叉验证。所有指标均一致证实，南海南部在B/A暖期海洋生产力显著上升（图1）。进一步系统整理泛北太平洋地区已发表的古生产力记录发现，该时期生产力的增强普遍存在于整个北太平洋热带-副热带寡营养海区。这一现象与B/A暖期北太平洋中层水（NPIW）减弱导致的深层营养盐上涌增强密切相关。研究据此提出了B/A暖期平衡南大洋碳源的新猜想：太平洋中层水减弱-深部营养物质上涌增多+上层水体热层化加剧-促进固氮作用协同驱动北太平洋寡营养区海洋生物泵及其碳汇增强（图2）。本研究不仅揭示了广阔的太平洋副热带-热带寡营养盐区海洋生产力变化背后的环流调控机制，还提出了一个关于太平洋环流调控大气CO₂变化的潜在新途径，同时对太平洋珊瑚礁发育具有深远的营养学意义。当北太平洋中层水减弱时，深部营养物质和CO₂上涌至透光层可为造礁珊瑚共生虫黄藻光合作用提供充足原料，加速造礁珊瑚钙化过程，进而促进珊瑚礁生产发育，成为重要的碳酸盐岩碳汇。

本研究得到了科技部重点研发计划项目、国家自然科学基金、广东省自然科学基金和中国科学院南海海洋研究所自主部署项目资助的资助。 

相关论文信息：Xiaowei,Zhu,Shengyi Mao,Fen Chen,Gang Li* &Wen Yan* (2025). Enhanced North Pacific biological pump contributed to atmospheric carbon dioxide plateau during the Bølling-Allerød period. Communications Earth & Environment,6,981. 

论文链接：https://www.nature.com/articles/s43247-025-02943-5#citeas

图1 末次冰期以来南极冰芯CO₂ （a）和南大洋表层DpCO₂（b）与南海沉积柱氮同位素（c）和有机-无机指标重建的生产力（d-g）对比

图2 末次冰消期（a：暖期；b：冷期）南大洋和北太平洋热带-亚热带的物理-生物地化过程驱动的表层-深层碳循环过程