北極浮遊植物快速增長或將引發北極「穩態轉化」

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2020年7月9日，史丹福大學發布最新研究成果，在20多年的時間裡，北極浮遊植物的增長速度提高了57％。浮遊植物的爆炸性增長以及食物網底部微小藻類的生長極大地改變了北極將大氣中的碳轉化為生命物質的能力。在過去的十年中，這種增長已經取代海冰流失，成為導致浮遊植物吸收二氧化碳能力發生變化的最主要原因。

浮遊植物生物量日益增長的影響可能代表著北極地區正在發生「重大穩態轉化」（significant regime shift），而且該地區的變暖速度比地球上任何地方都要快。該研究圍繞植被淨初級生產力（NPP）展開，NPP是衡量植物和藻類將陽光和二氧化碳轉化為其他生物可食用的糖所需速度的指標，對於其他生態系統的養料供給而言，這一速度的確很重要。它的另一個重要性在於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遊植物迅速增加。1998—2018年，北極地區的NPP增長了57％。這代表整個海洋盆地植被生產力的空前提高。雖然NPP的增長最初與海冰收縮有關，但即使在2009年海冰融化速度放緩之後，植被生產力仍繼續攀升。過去十年中NPP的增長几乎完全由浮遊植物生物量的增加所導致。現在，植被密度越來越高，在水量一定的情況下，浮遊植物的增長量逐年增加。

浮遊植物需要光和養分才能生長。但是在海洋中獲得並混合這些養分取決於一系列複雜的因素。因此，儘管北極研究人員在最近幾十年已經發現浮遊植物進入了高速增長階段，但就增長會持續多久，增長到什麼程度還未形成定論。通過收集大量新的北極海洋水色探測數據並設計新算法來推算北極浮遊植物的密度，斯坦福研究小組發現植被生產力的持續增長可能不再像曾經懷疑的那樣受到稀缺養分的限制。儘管現在研究仍處於初期階段，但已經有跡象表明已經存在養分種類增加這一變化。新養分來自其他海洋並進入北極深處。隨著新養分進入海洋，浮遊植物吸收的碳量在逐年增加，這會對生態產生重大影響。

北極是世界上最難進行衛星遙感的地方，由於北極地區光照、顏色和生命體之間特殊的相互作用，這項工作需要新的方法。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遊植物的數量，在北極根本無法使用。部分原因源於茶褐色河水的大量湧入，這些河水攜帶著溶解的有機物，遙感器會將其誤認為葉綠素。另外，浮遊植物適應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星遙感進行監測，那麼最終的估算結果會出現嚴重錯誤。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，然後使用編好的資料庫創建了適合北極獨特環境的觀察方法。

該項由美國國家航空航天局（NASA）地球與太空科學研究計劃和美國國家科學基金會（NSF）資助的研究有助於闡明氣候變化將如何影響北極未來的植被生產力、養料和碳吸收能力。一方面，北極植被生產力的提高意味著能夠為大量動物提供更多食物。但是另一方面，隨著北極海冰減少，許多已經適應了極地環境的動物會發現生活變得更加困難。另外，儘管北極現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。

轉載本文請註明來源及作者：中國科學院蘭州文獻情報中心《資源環境科學動態監測快報》2020年第14期，薛明媚 王金平 編譯。