南极半岛西部海域溶解有机质动态变化及其对气候变暖的响应机制研究（2018-2020夏季）

本研究针对南极半岛西部海域（WAP）溶解有机质（DOM）在气候变暖背景下的动态变化问题，通过2018-2020年连续夏季采样，结合元素分析、光学光谱和高分辨质谱（FT-ICR MS）技术，揭示了溶解有机碳（DOC）浓度逐年上升（43.1→72.6 μmol C L?1 ）与有色DOM（CDOM）下降的相反趋势，阐明了生物活性、腐殖化程度与蛋白类组分的变化规律，为全球碳循环模型提供了关键数据支撑。

　　

南极半岛西部海域（WAP）作为全球海洋中最强的碳汇区，正经历着气候变暖的显著影响。过去70年间，该区域大气温度上升近3°C，海表温度升高超过1°C，导致春季海冰加速融化、浮游植物群落重构和磷虾种群衰退。这些变化如何影响海洋溶解有机质（DOM）——这一规模达660-700 Pg C的全球最大还原性碳库的动态，成为亟待解决的科学问题。DOM不仅是碳循环的核心载体，其光学活性组分（如CDOM和FDOM）还调控水体透光性、紫外线防护和污染物迁移，但受限于其分子复杂性（含数千种低浓度化合物），其响应机制长期存在认知空白。

为揭示这一问题，中国极地研究中心联合多所高校的研究团队，在2018-2020年南极夏季期间，沿南设得兰群岛海岸线采集了119份表层水样（0-2 m），运用元素分析仪、紫外-可见光谱、三维荧光光谱和傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）等关键技术，结合卫星遥感数据（SST_RS
、PAR、Chl-a等），系统解析了DOM的时空演变特征。

环境数据显示，2018-2020年研究海域呈现显著变暖趋势，海表温度（SST_RS
）从1.6°C升至2.3°C，叶绿素a（Chl-a）浓度波动反映浮游植物生产力变化。DOM空间分布分析表明，DOC浓度在近岛区域形成热点（最高达120 μmol C L^?1
），而CDOM（以a₃₅₀
表征）呈破碎化分布，暗示陆源输入与生物过程的双重调控。时间序列变化揭示：DOC浓度三年间增长68%（2018年43.1 μmol C L^?1
→2020年72.6 μmol C L^?1
），CDOM却下降40%；光学参数显示2018年DOM腐殖化指数（HIX）最高（1.8±0.3），芳香组分占比达62%，而2020年生物源指数（BIX）跃升2.1倍，蛋白类组分增加35%。

高分辨质谱数据进一步表明，2020年样本中脂类（O₂
类化合物）和碳水化合物（CHO类）分子丰度较2018年分别增加47%和29%，而木质素衍生物减少22%。这些变化与海冰消退导致的透光率增强、酸化和磷虾-樽海鞘种群更替显著相关（R²

0.6）。

该研究首次证实：南极变暖通过三重机制重构DOM循环——（1）海冰消融促进光降解，消耗CDOM但释放小分子DOC；（2）水温上升加速微生物转化，使DOM库向蛋白类组分迁移；（3）关键物种（如磷虾）衰退削弱了"生物泵"对DOM的垂直输送。这些发现发表于《Journal of Marine Systems》，为预测南大洋碳汇功能演变提供了分子级证据，并建议建立长期监测网络以追踪DOM-climate反馈回路。研究团队特别指出，2020年DOC激增可能预示碳封存效率的降低，这对实现《巴黎协定》温控目标具有警示意义。