在國(guó)家"雙碳"戰(zhàn)略與深圳建設(shè)"全球海洋中心城市"的時(shí)代背景下,海洋碳匯的精準(zhǔn)量化已成為亟待攻克的科學(xué)難題。粵港澳大灣區(qū)近海生態(tài)系統(tǒng)承受著高強(qiáng)度人類(lèi)活動(dòng)的壓力，對(duì)其藍(lán)碳儲(chǔ)量與固碳效率進(jìn)行高分辨率科學(xué)評(píng)估，具有重大戰(zhàn)略意義與現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院（簡(jiǎn)稱(chēng)“深圳先進(jìn)院”）集成所光電中心姚泓名副研究員、祝銘高級(jí)工程師所在團(tuán)隊(duì)通過(guò)與暨南大學(xué)王艷研究員團(tuán)隊(duì)、中國(guó)海洋大學(xué)林賢彪副教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)展合作，依托先進(jìn)院搭建的"大灣區(qū)近海藍(lán)碳移動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)"，搭載水下原位光譜分析儀、葉綠素a傳感器、輻照度計(jì)等多款自主研發(fā)的海洋生化傳感器，通過(guò)對(duì)珠江口海域?qū)嵤┛缂竟?jié)尺度的高時(shí)空精度走航監(jiān)測(cè)與碳循環(huán)數(shù)據(jù)分析，在大灣區(qū)碳匯時(shí)空格局與機(jī)制研究方面取得突破性進(jìn)展。研究成果分別發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊Water Research與Limnology and Oceanography Letters。兩項(xiàng)研究從宏觀與微觀雙重維度，系統(tǒng)性揭示了大灣區(qū)(珠江口)碳"源-匯"動(dòng)態(tài)的時(shí)空演變規(guī)律及其生物地球化學(xué)驅(qū)動(dòng)機(jī)制，構(gòu)成了大灣區(qū)河口碳循環(huán)的全面"科學(xué)診斷報(bào)告"。

河口生態(tài)系統(tǒng)是全球碳循環(huán)的關(guān)鍵樞紐，但正日益遭受富營(yíng)養(yǎng)化和酸化的雙重威脅。傳統(tǒng)離散采樣難以捕捉河口復(fù)雜多變的高頻波動(dòng) ，這種觀測(cè)缺陷導(dǎo)致全球河口碳通量估算存在30%-150%的巨大不確定性。關(guān)于海洋酸化與硝化互作的研究多依賴(lài)單變量實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)，難以還原自然環(huán)境中復(fù)雜的非線性反饋，導(dǎo)致對(duì)河口碳“源-匯”轉(zhuǎn)換及其微觀驅(qū)動(dòng)力的認(rèn)知存在盲區(qū)。

依托大灣區(qū)近海藍(lán)碳移動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的高頻走航觀測(cè)數(shù)據(jù)（5米空間分辨率）和強(qiáng)大的多參數(shù)、多介質(zhì)（水體、生物）采樣和分析能力，精細(xì)刻畫(huà)了伶仃洋河口（大灣區(qū)核心水域）的碳通量分布格局，并深入剖析了珠江口（大灣區(qū)水域）碳循環(huán)“泄露”的微觀驅(qū)動(dòng)機(jī)制，首次揭示了富營(yíng)養(yǎng)化驅(qū)動(dòng)下的“酸化–硝化”協(xié)同效應(yīng)。

研究發(fā)現(xiàn)該區(qū)域并非單一的碳源或碳匯，而是一個(gè)由河流與海洋共同塑造的“空間劃分的碳處理器”，上游（河流影響區(qū)）為強(qiáng) CO? 釋放源，洪泛期通量峰值高達(dá)291.6 mmol C·m?2·d?1；下游（海洋影響區(qū)）則轉(zhuǎn)變?yōu)?CO? 吸收匯，凈自養(yǎng)作用驅(qū)動(dòng)通量降至-48.6 mmol C·m?2·d?1；這一“源—匯”轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在距河口約40公里的空間閾值處，反映出水文混合與營(yíng)養(yǎng)鹽利用效率的綜合調(diào)控作用。此外，研究揭示出大灣區(qū)藍(lán)碳系統(tǒng)存在顯著的季節(jié)性脈沖效應(yīng)——洪汛期的碳通量遠(yuǎn)高于旱季，陸源輸入的增強(qiáng)成為調(diào)控碳釋放的關(guān)鍵因素。 盡管浮游植物光合作用驅(qū)動(dòng)碳吸收，但高達(dá) 40%–60% 的固定碳會(huì)因異養(yǎng)作用被重新釋放回大氣。這種“即產(chǎn)即消”的機(jī)制形成了一個(gè)“碳循環(huán)回路”，顯著削弱了河口生態(tài)系統(tǒng)的凈固碳效率，也意味著基于葉綠素或衛(wèi)星數(shù)據(jù)的碳匯估算可能被系統(tǒng)性高估。

同時(shí)，研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)下，珠江口水體酸化速率遠(yuǎn)高于開(kāi)闊海域。在伶仃洋中游區(qū)域（即40公里的“源—匯”轉(zhuǎn)換閾值處）形成了顯著的“酸化–硝化”耦合熱點(diǎn)。在該熱點(diǎn)中，氨氧化微生物以銨鹽為“燃料”進(jìn)行硝化作用，每次反應(yīng)都會(huì)釋放出氫離子，削弱水體堿度并導(dǎo)致pH下降，形成局部“酸化中心”。該發(fā)現(xiàn)揭示了珠江口河口系統(tǒng)中存在一個(gè)自我強(qiáng)化反饋回路：富營(yíng)養(yǎng)化驅(qū)動(dòng)硝化作用，硝化引發(fā)酸化，而酸化環(huán)境又會(huì)篩選并塑造特定的微生物群落，反過(guò)來(lái)再次增強(qiáng)硝化過(guò)程。這一機(jī)制從微觀層面揭示了大灣區(qū)水域固碳效率下降的根本原因，也為治理富營(yíng)養(yǎng)化、提升區(qū)域碳匯潛力提供了新的科學(xué)思路。

從宏觀空間格局到微觀生物機(jī)制，這兩項(xiàng)研究構(gòu)建了大灣區(qū)海洋碳匯的“全景式畫(huà)像”。它們不僅深化了對(duì)河口海岸帶碳循環(huán)的科學(xué)認(rèn)知，更展示了深圳先進(jìn)院在海洋科技領(lǐng)域“產(chǎn)–學(xué)–研–用”一體化創(chuàng)新體系的成果轉(zhuǎn)化能力。未來(lái)，大灣區(qū)藍(lán)碳移動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)將繼續(xù)服務(wù)于大灣區(qū)及全國(guó)海洋碳中和戰(zhàn)略，推動(dòng)海洋電子信息、智能裝備與生態(tài)決策的深度融合，讓更多科研成果在“深藍(lán)”中落地生根。

深圳先進(jìn)院副研究員姚泓名分別為兩篇論文的第一作者和通訊作者，該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、以及Instrument Development for OceanologyLaboratory（I-DO Lab）的支持。

圖：大灣區(qū)藍(lán)碳移動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)及自研傳感器展示

圖：碳“源-匯”與初級(jí)生產(chǎn)力的精細(xì)化時(shí)空格局展示

圖：海-氣CO₂通量的宏觀驅(qū)動(dòng)因素解析

圖：大灣區(qū)海域酸化與富營(yíng)養(yǎng)化的耦合效應(yīng)

圖：相關(guān)微生物組學(xué)解析