衰老驱动的生物质溶解是海带源溶解有机碳向近海输送的主要途径

本研究针对海带森林生态系统碳循环的关键环节，通过结合原位培养实验与卫星遥感技术，揭示了巨藻(Macrocystis pyrifera)衰老过程对溶解有机碳(DOC)产生的决定性影响。研究人员发现74%的DOC来源于衰老组织的生物质溶解，而非传统认为的光合作用直接分泌，该发现为海岸带蓝碳评估提供了新的理论基础。研究创新性地建立了生理状态与碳输出的定量关系，发表在《Communications Biology》的成果对完善海洋碳汇模型具有重要意义。

　　

在广袤的海洋生态系统中，海带森林以其惊人的生产力被誉为"海底热带雨林"。这些巨大的褐藻每年固定着全球海洋1-3%的净初级生产力(NPP)，但其碳归宿始终是科学界的未解之谜。传统观点认为，海带通过光合作用直接分泌溶解有机碳(DOC)，然而这种解释无法说明观测到的巨大DOC通量变异。更令人困惑的是，环境因子如光照和营养盐的调控作用在不同研究中结论相左，暗示着可能被忽视的内在生物学机制。

美国加州大学圣塔芭芭拉分校的研究团队通过长达20年的卫星观测与精细生理实验，首次揭示了海带衰老过程对DOC产生的决定性作用。研究发现发表在《Communications Biology》的成果表明，巨藻(Macrocystis pyrifera)在衰老阶段通过生物质溶解释放的DOC占总量的74%，远超光合直接分泌的贡献。这一发现彻底改变了人们对海带碳循环路径的认知，为海岸带蓝碳评估提供了关键参数。

研究采用多尺度技术方法：通过原位标记追踪技术建立海带叶片年龄梯度；利用封闭培养系统同步测定净初级生产力(NPP)和DOC释放速率；应用高效阴离子交换色谱(HPAEC-PAD)分析溶解碳水化合物组成；结合Landsat卫星数据构建20年海带冠层生物量与生理状态数据库。

年龄与季节性驱动的生理变化

研究发现海带叶片50天后进入衰老期，叶绿素与碳比(Chl:C)急剧下降，组织碳氮比(C:N)显著升高。最大光合速率随年龄呈线性衰减，夏季氮限制条件下组织C:N达34.6±4.1，是春季(11.8±0.8)的三倍。

DOC释放动力学

成熟期DOC释放与NPP呈线性相关(R²=0.27)，仅占NPP的2-3%，且不受组织C:N或光强显著影响。而衰老期DOC释放速率(14.0±14.1 μmol C g_DW^-1 h^-1)与NPP解耦，常超过同期光合固碳量，表明来源于生物质溶解而非直接分泌。

DOC组成特征

衰老期释放的碳水化合物中甘露糖醛酸(Man-URA)比例从5%激增至34%，该酸性糖是藻酸盐(占生物质50%)的主要组分，证实衰老导致细胞壁多糖溶解。成熟期释放物以岩藻糖(47%)为主，反映正常代谢分泌。

区域尺度DOC通量

卫星数据显示加州海带冠层生物量呈现明显季节动态，秋季68±10%生物量处于衰老状态。模型估算年DOC产量4.4±1.9 Gg C，其中衰老贡献达74±3%，是传统估算方法的两倍。

这项研究建立了海带生理状态与碳输出的定量关系框架，证明衰老驱动的生物质溶解是近海DOC的主要来源。该发现解决了长期存在的海带DOC通量估算偏差问题，对完善蓝碳模型具有里程碑意义。研究揭示的藻酸盐优先溶解机制为理解海洋有机碳循环提供了新视角，其建立的卫星遥感与生理参数耦合方法为全球海带碳评估开辟了新途径。随着气候变化导致海带森林大面积衰退，这些发现对预测海岸带碳汇变化具有重要预警价值。