近日，研究组与厦门大学焦念志院士联合中国石油大学（北京）、华东师范大学、挪威水研究所、丹麦奥胡斯大学等机构，在国际期刊《Science Advances》发表题为“Global dispersal of macroalgae-derived recalcitrant DOC may substantially contribute to deep-ocean carbon storage”的研究论文。该研究首次从分子水平建立大型海藻来源溶解有机碳(DOC)的高度特异性“分子指纹”，并在全球海洋中追踪其分布。研究发现，大藻来源DOC分子信号不仅出现在近岸，还可出现在距大型海藻生境约1万公里和深大约5600米的远洋和深海，表明大型海藻来源的DOC，尤其是具较强抗降解能力的惰性溶解有机碳（RDOC），能够长远距离输运并进入深海，构成深海惰性碳库的重要组成，是大型海藻碳汇中此前被低估的重要路径。经初步估算，全球大型海藻生态系统每年产生约3.2-4.8亿吨碳的RDOC（溶解态碳汇）。这项研究为更全面认识大型海藻在全球碳循环和深海碳储存中的作用提供了关键证据。
大型海藻向海水中释放大量DOC
大洋有机碳库以DOC为主（约97%），其中RDOC占DOC的95%以上，可在海洋中存留数百年甚至数千年。长期以来，海洋RDOC研究多聚焦微型生物碳泵，近年来发现藻类亦可直接或间接贡献RDOC。大型海藻虽主要生长在沿海，但生产力极高，可将相当一部分净初级生产力以DOC形式释放。这些藻源DOC的归宿是什么？去了何处（进入远洋或深海）？哪些可长久留存于海洋而行使碳汇功能？此前一直缺乏分子层面的直接证据。
首次在分子水平追踪大型海藻DOC的远距离传输
在这项研究中，科研人员以海带为模式物种，在黄海桑沟湾海带养殖区开展原位围隔实验，采集快速生长和成熟阶段的海带来源DOC，并进行长期微生物降解实验；同时结合海带碎屑长期降解实验，以及其他大型海藻和硅藻的对比实验，利用超高分辨率傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）技术，建立了海带来源DOC的特征分子指纹。经严格筛选，充分排除海水、浮游植物、多种大藻和其他来源有机物的重叠信号，他们获得1,753个海带关联分子式，其中581个为操作定义的易降解DOC分子，1,172个为操作定义的RDOC分子。研究还利用机器学习构建了大型海藻DOC的“分子惰性评分”（Molecular Recalcitrance Score, MRS），用于衡量海藻DOC的抗降解能力。
随后，团队通过在全球海洋DOC分子指纹集（覆盖太平洋和大西洋，包含 1,153个海水样品）中寻找潜在的海带来源DOC分子，追踪了海带DOC分子信号的全球海洋分布。发现海带来源DOC的分子信号可以长距离传输到距离海藻生境9,945公里的远洋和5,584米深的深海。更值得注意的是，随着与大型海藻生境距离增加，检测到的海带来源DOC分子的平均惰性评分（MRS）总体上升。这说明在长距离输运过程中，更降解DOC逐渐被微生物消耗，而更稳定、更难降解的RDOC分子被选择性保留并继续向远洋和深海输送。海带来源RDOC的分子特征也与深海RDOC高度相似，包括低氢碳比、高芳香性、高双键当量，以及富含木质素类、单宁类和缩合芳烃类结构。这些特征支持它们具有在深海长期封存的潜力。
全球海藻每年可能产生数亿吨RDOC，贡献溶解态碳汇
基于全球大型海藻覆盖面积和生产力，研究团队初步估算，全球大型海藻生态系统每年可能产生 320.7-481.1 Tg C（约3.2-4.8亿吨碳）的RDOC。这一数量级表明，大型海藻贡献的RDOC可能是全球海洋碳循环中不可忽视的组成部分。但作者强调，这一估算代表的是全球海藻RDOC的总产生量，并不等同于已经输出到远洋和深海的碳量。
对大型海藻碳汇的更全面认识
该研究的重要意义在于它拓展了人们对大型海藻碳汇机制的认识。大型海藻碳汇不仅是“海藻长了多少”，也不仅是海藻碎屑碳/颗粒碳的沉积埋藏和深海输出；大型海藻贡献的溶解态RDOC及其向远洋和深海的输送，同样是大藻碳汇的重要组成部分。仅以原位沉积或颗粒有机碳输出评估大型海藻碳汇，会严重低估其整体贡献。将大藻RDOC形成量及其远距离传输纳入碳收支框架，是科学评估大型海藻碳汇量的重要一环。
同时，研究也指出，分子检出并不等于定量碳通量。未来仍需结合化合物特异性同位素分析、定量质谱和海洋模型，进一步量化大型海藻DOC的输出比例、深海封存效率及其对全球碳循环的贡献。
冯秀婷为该文章第一作者，张永雨、Shailesh Nair和焦念志为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划中欧蓝碳项目、国家自然科学基金、海洋负排放（ONCE）国际大科学计划等项目资助。
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeg3815
Feng XT, Nair S*, Hancke K, Lønborg C, Li HM, Zhang ZH, Zheng Q, He C, Shi Q, Li XZ, Bellerby R, Jiao NZ*, Zhang YY*. Global dispersal of macroalgae-derived recalcitrant DOC may substantially contribute to deep ocean carbon storage. Science Advances. 2026,12 eaeg3815
位置：