北極浮游植物快速增長或?qū)⒁l(fā)北極“穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化

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2020年7月9日，斯坦福大學(xué)發(fā)布最新研究成果，在20多年的時間里，北極浮游植物的增長速度提高了57％。浮游植物的爆炸性增長以及食物網(wǎng)底部微小藻類的生長極大地改變了北極將大氣中的碳轉(zhuǎn)化為生命物質(zhì)的能力。在過去的十年中，這種增長已經(jīng)取代海冰流失，成為導(dǎo)致浮游植物吸收二氧化碳能力發(fā)生變化的最主要原因。

浮游植物生物量日益增長的影響可能代表著北極地區(qū)正在發(fā)生“重大穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化”（significant regime shift），而且該地區(qū)的變暖速度比地球上任何地方都要快。該研究圍繞植被凈初級生產(chǎn)力（NPP）展開，NPP是衡量植物和藻類將陽光和二氧化碳轉(zhuǎn)化為其他生物可食用的糖所需速度的指標(biāo)，對于其他生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)料供給而言，這一速度的確很重要。它的另一個重要性在于它是將二氧化碳從大氣中排入海洋的主要方式之一。

北冰洋首次觀測到浮游植物迅速增加。1998—2018年，北極地區(qū)的NPP增長了57％。這代表整個海洋盆地植被生產(chǎn)力的空前提高。雖然NPP的增長最初與海冰收縮有關(guān)，但即使在2009年海冰融化速度放緩之后，植被生產(chǎn)力仍繼續(xù)攀升。過去十年中NPP的增長幾乎完全由浮游植物生物量的增加所導(dǎo)致?，F(xiàn)在，植被密度越來越高，在水量一定的情況下，浮游植物的增長量逐年增加。

浮游植物需要光和養(yǎng)分才能生長。但是在海洋中獲得并混合這些養(yǎng)分取決于一系列復(fù)雜的因素。因此，盡管北極研究人員在最近幾十年已經(jīng)發(fā)現(xiàn)浮游植物進(jìn)入了高速增長階段，但就增長會持續(xù)多久，增長到什么程度還未形成定論。通過收集大量新的北極海洋水色探測數(shù)據(jù)并設(shè)計新算法來推算北極浮游植物的密度，斯坦福研究小組發(fā)現(xiàn)植被生產(chǎn)力的持續(xù)增長可能不再像曾經(jīng)懷疑的那樣受到稀缺養(yǎng)分的限制。盡管現(xiàn)在研究仍處于初期階段，但已經(jīng)有跡象表明已經(jīng)存在養(yǎng)分種類增加這一變化。新養(yǎng)分來自其他海洋并進(jìn)入北極深處。隨著新養(yǎng)分進(jìn)入海洋，浮游植物吸收的碳量在逐年增加，這會對生態(tài)產(chǎn)生重大影響。

北極是世界上最難進(jìn)行衛(wèi)星遙感的地方，由于北極地區(qū)光照、顏色和生命體之間特殊的相互作用，這項(xiàng)工作需要新的方法。在世界上其他地方通用的方法，即通過觀察海水的顏色來判斷浮游植物的數(shù)量，在北極根本無法使用。部分原因源于茶褐色河水的大量涌入，這些河水?dāng)y帶著溶解的有機(jī)物，遙感器會將其誤認(rèn)為葉綠素。另外，浮游植物適應(yīng)北極低光照度的方式比較特殊，這又增添了一層難度。因此，如果在北極使用全球衛(wèi)星遙感進(jìn)行監(jiān)測，那么最終的估算結(jié)果會出現(xiàn)嚴(yán)重錯誤。在這種情況下，研究人員精心整理了一系列海水顏色和NPP測量值，然后使用編好的數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建了適合北極獨(dú)特環(huán)境的觀察方法。

該項(xiàng)由美國國家航空航天局（NASA）地球與太空科學(xué)研究計劃和美國國家科學(xué)基金會（NSF）資助的研究有助于闡明氣候變化將如何影響北極未來的植被生產(chǎn)力、養(yǎng)料和碳吸收能力。一方面，北極植被生產(chǎn)力的提高意味著能夠?yàn)榇罅縿游锾峁└嗍澄?。但是另一方面，隨著北極海冰減少，許多已經(jīng)適應(yīng)了極地環(huán)境的動物會發(fā)現(xiàn)生活變得更加困難。另外，盡管北極現(xiàn)在吸收的碳相比以前高出很多，但北極本身的面積決定了它無法吸收大量的全球溫室氣體排放，因此這依然不能作為氣候問題的解決之道。

來源及作者：中國科學(xué)院蘭州文獻(xiàn)情報中心《資源環(huán)境科學(xué)動態(tài)監(jiān)測快報》2020年第14期，薛明媚 王金平 編譯。