挪威峡湾沉积物分子标记物的纬度变化揭示大西洋东北部有机质来源与人为压力的空间格局

为揭示挪威峡湾有机质来源与人为压力的空间分异规律，研究人员系统分析了从斯卡格拉克海峡到挪威北部8个峡湾沉积物中的光合色素、烯酮、甾醇、正构烷烃、藿烷、甾烷及多环芳烃(PAHs)等多指标分子标记物。研究发现，陆源输入与人为污染标记物随纬度升高显著降低，浮游植物群落结构呈现规律性演替。该研究为评估海岸带碳循环对气候变化响应提供了关键科学依据。

　　

挪威蜿蜒的海岸线上分布着众多深邃的峡湾，这些由冰川侵蚀形成的独特海洋环境不仅是壮丽的自然景观，更是全球碳循环的重要载体。据估算，全球每年埋藏的海洋有机碳中有约11%（约1800万吨）保存在峡湾沉积物中，这使得峡湾成为海洋碳汇研究的关键区域。然而，随着气候变化加剧和人类活动影响，峡湾生态系统正面临着有机质来源构成变化和人为污染的双重压力。由于缺乏大空间尺度的系统研究，科学家们对挪威峡湾有机质来源的空间分布规律及其对环境梯度的响应机制仍知之甚少。

为了解开这个谜题，波兰科学院海洋研究所的Ma?gorzata Szymczak-?y?a团队在《Science of The Total Environment》上发表了一项开创性研究。研究人员沿着挪威海岸从南部的斯卡格拉克海峡（58°N）到北部的马朗恩峡湾（69°N）布设了横跨11个纬度的采样断面，在2021年8-9月通过AREX科考航次，使用Van Veen采泥器采集了8个峡湾的表层沉积物（0-5厘米）。研究团队采用多指标联用分析策略，对沉积物中的总有机碳(TOC)、总氮(TN)、光合色素（叶绿素-a及其衍生物）、烯酮、极性甾醇、正构烷烃、藿烷、甾烷和多环芳烃(PAHs)等进行了系统测定。通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)、高效液相色谱(HPLC)等先进分析技术，结合主成分分析(PCA)和线性回归等统计方法，揭示了有机质来源和人为污染物的空间分布规律。

研究结果展现出清晰的纬度梯度规律。在海洋来源有机质方面，虽然总生产力指标（∑Chlns-a）没有呈现一致的纬度趋势，但浮游植物群落结构却表现出明显的空间分异。甾醇标志物显示，随着纬度升高，硅藻（以24-亚甲基胆固醇为标志物）和定鞭藻（以菜籽甾醇为标志物）的相对丰度逐渐增加，而甲藻（以甲藻甾醇为标志物）的贡献则显著降低。烯酮重建的海表温度(SST)从南部峡湾的14°C降至北部峡湾的8.6°C，这与浮游植物群落的变化规律相吻合，表明温度是驱动群落结构变化的关键因素。

在陆源有机质输入方面，长链正构烷烃（n-C₂₇-n-C₃₃）浓度呈现明显的南高北低趋势，从南部拉维克峡湾的264μg/g TOC降至北部马朗恩峡湾的114μg/g T控C，反映了随纬度升高陆地植被覆盖度和多样性的降低。碳优势指数(CPI-H)值介于3.5-8.4之间，表明陆源植物蜡输入保存良好。有趣的是，陆地来源甾醇（ΣS-land）与长链正构烷烃的空间分布并不一致，暗示这两类标志物可能具有不同的来源和迁移途径。

最令人瞩目的是人为污染标记物呈现出的显著纬度梯度。多环芳烃(Σ15PAHs)浓度从南部?sterfjorden的129.5μg/g TOC降至北部马朗恩峡湾的6.8μg/g TOC，藿烷和甾烷浓度也呈现类似趋势。污水标志物粪甾醇与胆固醇的比值从南部的0.41降至北部的0.02，粪甾醇/(粪甾醇+胆甾烷醇)比值从0.50降至0.14，清晰地指示了人类活动影响的南北差异。诊断比值分析表明，多环芳烃主要来源于燃烧过程而非石油泄漏。

通过主成分分析，研究人员发现第一主成分(PC1)解释了55%的方差，且与纬度高度相关（负载值0.94）。南部峡湾具有较高的PC1得分，与人为污染标志物和某些浮游植物标志物正相关；而北部峡湾得分较低，与低温适应物种标志物正相关。线性回归分析进一步证实，甲藻甾醇/ΣS-phyt比值、ΣPAHs、藿烷和甾烷浓度等多项指标与纬度呈显著负相关（p<0.05），而菜籽甾醇/ΣS-phyt比值和CPI-H值与纬度呈正相关。

这项研究首次系统揭示了挪威峡湾沉积物分子标记物的大尺度空间格局，证明了分子标志物在追溯有机质来源和评估环境压力方面的强大能力。研究发现的人为污染梯度与挪威海岸带的人口分布和工业化程度高度吻合，而浮游植物群落的纬度分异则反映了温度对海洋生态系统的调控作用。这些结果为预测气候变化背景下峡湾碳循环变化提供了重要基线数据，对海岸带环境管理和生态系统保护具有指导意义。随着北极放大效应的加剧，北部峡湾可能面临更显著的环境变化，持续监测这些敏感区域的生物地球化学过程显得尤为重要。