近日，厦门大学环境与生态学院、海洋生物地球化学全国重点实验室、台湾海峡海洋生态系统国家野外站黄邦钦教授和柳欣教授团队，在低纬度海洋混合层泵研究中取得新进展，相关成果以“The overlooked contribution of the seasonal mixed layer pump to carbon export in low-latitude oceans”为题，发表于Nature Communications.

研究背景

季节性的混合层泵是上层海洋向深层输送有机碳的重要途径之一，通过混合层的季节性加深和变浅，该机制能够将难以通过重力沉降输出的小颗粒有机碳直接输送至深层海洋，在全球海洋碳循环中发挥重要作用。传统观点认为，混合层泵主要发生在高纬度海域，而低纬度地区由于缺乏强季节性混合过程，其混合层泵的作用常被忽略。本研究团队通过前期观察发现，低纬度部分海域的混合层同样存在显著的季节变化，暗示该区域可能存在不可忽视的混合层泵碳输出过程。为验证这一推测，团队基于 26 个 BGC-Argo 浮标、累计37浮标年的观测数据，系统量化了低纬度区域季节性混合层泵的碳输出。

研究结果

低纬度海洋季节性混合层泵的碳输出量

研究估算了35°N 至35°S范围内由季节性混合层泵驱动的碳输出 (E_MLP, 图1)。结果显示，E_MLP范围为 −0.9–7.6 g C m^-2 yr^-1，占总有机碳输出的比例为−3%–53%。虽然整体强度低于高纬度海域，但在部分区域，混合层泵的贡献比例与高纬度相当。这意味着，低纬度海洋混合层泵的碳输出并非微不足道，而是一个“隐藏且重要”的碳泵机制。

图1低纬度海洋季节性混合层泵的碳输出通量及其占总碳输出的比例

低纬度海洋混合层泵的碳输出机制

基于浮标数据，研究提出了低纬度海洋季节性混合层泵的 4 种典型模式 (图2)。

(1) 有效碳输出模式：晚秋时节，混合层加深突破真光层深度与硝酸盐跃层深度，将富营养水体输送至混合层内，促进上层浮游植物生长，表现为硝酸盐跃层上移、上层海洋颗粒有机碳（POC）浓度显著升高；后续混合层变浅过程中，富POC水体被有效输送至弱光层，促进碳输出。

(2) 输出深度不足模式：深层混合虽提升上层海洋营养盐浓度，但混合层始终维持较浅水平，未突破生产层下限；混合层变浅时，富POC水体仍局限于生产层内部，无法有效输送至弱光层，未能显著促进碳输出。

(3) 碳源供给不足模式：虽具备足够输出深度，但涉及水团营养盐贫乏、POC含量低，碳输出能力不足。

(4) 双重局限模式：同时存在模式 2 的 “输出深度不足” 与模式 3 的 “碳源供给不足” 问题，无有效碳输出。

综合分析发现，有效的季节性混合层泵需满足三项关键条件：(1) 有明显的季节性混合层变化；(2) 混合层加深阶段能带入营养盐，促进初级生产；(3) 混合层变浅阶段能将富POC水体输送至弱光层。

图2 海洋季节性混合层泵的四种模式示意图

全球低纬度海洋混合层泵的碳输出估算

研究构建了稳健回归模型 (RSE = 0.42, p < 0.001)，并估算了全球低纬度海洋的E_MLP。结果显示，53%的低纬度海洋季节性混合层泵碳输出为正值，其净输出通量范围为0–5.3 g C m^-2 yr^-1 (图3)。经空间积分后的气候态季节性E_MLP为0.07 ± 0.02 Pg C yr^-1 (范围为0.04–0.12 Pg C yr^-1)。与先前研究的估算值相比，本研究发现44%的低纬度海洋区域存在E_MLP被低估的情况，总低估通量为0.03 Pg C yr^-1，相当于此前低纬度E_MLP估算值的75%。

图3 全球低纬度海洋季节性混合层泵的碳输出通量及其对总碳输出的贡献比例