廈門大學海洋生物地球化學全國重點實驗室柳欣教授團隊在浮游植物響應海洋熱浪機制研究方面取得新進展！

近日，廈門大學海洋生物地球化學全國重點實驗室、環境與生態學院柳欣教授團隊在浮游植物響應海洋熱浪機制研究方面取得新進展，相關成果以“Beyond the Nutrient Paradigm: Thermal Intensity and Duration Trigger Opposite Phytoplankton Responses to Marine Heatwaves in the East China Sea”為題，發表于期刊Geophysical Research Letters。

該研究系統分析了東海熱浪強度、持續時間和升溫速率如何與背景營養鹽、海溫等環境因子共同作用，影響浮游植物生物量變化。研究表明，海洋熱浪對浮游植物的影響并不能僅由營養鹽背景解釋，熱浪本身的熱屬性同樣發揮了關鍵作用。

研究背景

Background

海洋熱浪是海溫持續異常升高的極端事件，隨著全球變暖加劇，其發生頻率和持續時間顯著增加，對海洋生態系統的結構與功能產生了深遠影響。浮游植物作為海洋中重要的初級生產者，研究海洋熱浪對其影響及作用機制具有深遠意義。先前對海洋熱浪期間浮游植物響應的理解多集中在營養鹽供應和混合層變化的框架下，對海洋熱浪不同熱特征本身所造成的影響認識相對不足。針對這一問題，研究團隊聚焦東海，結合衛星遙感、再分析數據以及多年現場觀測數據，探索不同熱屬性海洋熱浪影響下，浮游植物響應的差異及其環境依賴性。

研究結果

Research Results

短強與長弱熱浪期間截然不同的浮游植物響應

研究團隊在事件尺度上比較了不同屬性海洋熱浪期間的浮游植物響應，發現短持續時間、高強度的海洋熱浪與長持續時間、低強度的海洋熱浪會引發顯著不同的響應模式。短強熱浪期間，葉綠素響應更為分散，強烈的正負響應都可能出現；而長弱熱浪則更常表現為穩定的負響應。研究表明，這兩類熱浪在作用方式上存在明顯差異：短強熱浪變化迅速，浮游植物響應更容易受到瞬時環境條件和群落結構的影響；長弱熱浪持續時間更長，則更可能通過持續層化加劇營養鹽限制，從而對浮游植物形成更穩定的抑制作用（圖1） 。

圖1.熱浪屬性與浮游植物響應的關系

熱浪屬性影響浮游植物對背景環境的響應關系

研究進一步發現，不同類型熱浪下，浮游植物響應與背景營養鹽和海溫之間的關系存在明顯差異（圖2）。總體上，葉綠素異常隨背景硝酸鹽濃度升高而增加，響應由負轉正的閾值約為 5.62 mmol m-3。相比之下，在短強熱浪期間，僅需約 2.80 mmol m-3的背景硝酸鹽，浮游植物便能出現正響應；而在長弱熱浪期間，則需要更高背景硝酸鹽濃度，約 7.26 mmol m-3。

背景海溫與浮游植物響應之間也存在顯著聯系：在較冷環境中，適度增溫可能使部分浮游植物更接近其最適生長溫度，從而促進生長；而在較暖環境中，進一步升溫則更可能超過其適宜生長范圍并抑制生長。這種背景溫度效應在長弱熱浪中更為明顯，而在短強熱浪中并不顯著，表明劇烈而快速的升溫可能會削弱背景溫度對浮游植物響應的調節作用。

圖2.不同類別下浮游植物響應與背景環境之間的關系

快速的熱量輸入在富營養環境中促進浮游植物增加

熱量輸入的速度也會顯著影響浮游植物的響應情況，在累積強度（平均強度×持續時間）相近的情況下，持續時間越長，浮游植物出現正響應的比例越低；也就是說，在事件總熱量異常相當時，快速而短期的升溫比緩慢而持久的升溫更容易促進浮游植物增長。這種升溫速率效應主要出現在營養鹽相對充足的海域：當營養鹽較充足時，浮游植物葉綠素異常與海洋熱浪持續時間呈顯著線性負相關；而在貧營養條件下，浮游植物主要受營養鹽限制，升溫速率的影響不再顯著（圖3）。研究還表明，這一模式并非東海特有，在全球海洋中也可見類似現象，但不同海域背后的驅動機制可能更為復雜。

圖3.熱量輸入速度對浮游植物響應的影響

研究意義及展望

Significance and Prospects

該研究表明，海洋熱浪對浮游植物的影響不能僅由營養鹽背景解釋，其強度、持續時間和升溫速率等熱屬性同樣是關鍵因素。研究將實驗室中關于溫度效應的認識與真實海洋中的觀測證據聯系起來，為理解海洋熱浪如何影響海洋初級生產、食物網結構和碳循環提供了新的視角。在全球變暖背景下，海洋熱浪持續時間的增長快于強度增長，這意味著未來持續時間更長、強度相對較弱的海洋熱浪可能更加常見，其對浮游植物的不利影響也可能進一步增強。

研究團隊及資助

Research Group and Funding

該論文第一作者為廈門大學2024級碩士研究生周稼睿，通訊作者為柳欣教授，共同作者還包括美國路易斯安那州立大學Edward A. Laws教授，瑞士伯爾尼大學Charlotte Laufk?tter教授，廈門大學博士研究生李煒男、王婧瀟，浙江海洋大學李長林博士，廈門大學黃邦欽教授、肖武鵬副教授和沈淵教授。該研究獲得國家自然科學基金（U25A20793, 42421004, 42306105）、中央高校青年教師科研創新能力支持項目（ZYGXQNJSKYCXNLZCXM‐O3）、海洋生物地球化學創新引智基地（“111”基地）(BP0719030)以及瑞士自然科學基金（203448）支持。

論文來源及鏈接

Zhou, J., Liu, X., Laws, E. A., Laufk?tter, C., Li, W., Wang, J., et al. (2026). Beyond the nutrient paradigm: Thermal intensity and duration trigger opposite phytoplankton responses to marine heatwaves in the East China Sea. Geophysical Research Letters, 53, e2025GL121124.

https://doi.org/10.1029/2025GL121124

供稿 | 柳欣教授團隊

編輯 | 房月

排版 | 陳蕾

審核 | 朱旭東 莊偉

• 信息來源:海洋生物地球化學全國重點實驗室。

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