近日，厦门大学海洋生物地球化学全国重点实验室、环境与生态学院柳欣教授团队在浮游植物响应海洋热浪机制研究方面取得新进展，相关成果以“Beyond the Nutrient Paradigm: Thermal Intensity and Duration Trigger Opposite Phytoplankton Responses to Marine Heatwaves in the East China Sea”为题，发表于期刊Geophysical Research Letters。
该研究系统分析了东海热浪强度、持续时间和升温速率如何与背景营养盐、海温等环境因子共同作用，影响浮游植物生物量变化。研究表明，海洋热浪对浮游植物的影响并不能仅由营养盐背景解释，热浪本身的热属性同样发挥了关键作用。
研究背景
Background
海洋热浪是海温持续异常升高的极端事件，随着全球变暖加剧，其发生频率和持续时间显著增加，对海洋生态系统的结构与功能产生了深远影响。浮游植物作为海洋中重要的初级生产者，研究海洋热浪对其影响及作用机制具有深远意义。先前对海洋热浪期间浮游植物响应的理解多集中在营养盐供应和混合层变化的框架下，对海洋热浪不同热特征本身所造成的影响认识相对不足。针对这一问题，研究团队聚焦东海，结合卫星遥感、再分析数据以及多年现场观测数据，探索不同热属性海洋热浪影响下，浮游植物响应的差异及其环境依赖性。
研究结果
Research Results
短强与长弱热浪期间截然不同的浮游植物响应
研究团队在事件尺度上比较了不同属性海洋热浪期间的浮游植物响应，发现短持续时间、高强度的海洋热浪与长持续时间、低强度的海洋热浪会引发显著不同的响应模式。短强热浪期间，叶绿素响应更为分散，强烈的正负响应都可能出现；而长弱热浪则更常表现为稳定的负响应。研究表明，这两类热浪在作用方式上存在明显差异：短强热浪变化迅速，浮游植物响应更容易受到瞬时环境条件和群落结构的影响；长弱热浪持续时间更长，则更可能通过持续层化加剧营养盐限制，从而对浮游植物形成更稳定的抑制作用（图1） 。
图1.热浪属性与浮游植物响应的关系
热浪属性影响浮游植物对背景环境的响应关系
研究进一步发现，不同类型热浪下，浮游植物响应与背景营养盐和海温之间的关系存在明显差异（图2）。总体上，叶绿素异常随背景硝酸盐浓度升高而增加，响应由负转正的阈值约为 5.62 mmol m-3。相比之下，在短强热浪期间，仅需约 2.80 mmol m-3的背景硝酸盐，浮游植物便能出现正响应；而在长弱热浪期间，则需要更高背景硝酸盐浓度，约 7.26 mmol m-3。
背景海温与浮游植物响应之间也存在显著联系：在较冷环境中，适度增温可能使部分浮游植物更接近其最适生长温度，从而促进生长；而在较暖环境中，进一步升温则更可能超过其适宜生长范围并抑制生长。这种背景温度效应在长弱热浪中更为明显，而在短强热浪中并不显著，表明剧烈而快速的升温可能会削弱背景温度对浮游植物响应的调节作用。
图2.不同类别下浮游植物响应与背景环境之间的关系
快速的热量输入在富营养环境中促进浮游植物增加
热量输入的速度也会显著影响浮游植物的响应情况，在累积强度（平均强度×持续时间）相近的情况下，持续时间越长，浮游植物出现正响应的比例越低；也就是说，在事件总热量异常相当时，快速而短期的升温比缓慢而持久的升温更容易促进浮游植物增长。这种升温速率效应主要出现在营养盐相对充足的海域：当营养盐较充足时，浮游植物叶绿素异常与海洋热浪持续时间呈显著线性负相关；而在贫营养条件下，浮游植物主要受营养盐限制，升温速率的影响不再显著（图3）。研究还表明，这一模式并非东海特有，在全球海洋中也可见类似现象，但不同海域背后的驱动机制可能更为复杂。
图3.热量输入速度对浮游植物响应的影响
研究意义及展望
Significance and Prospects
该研究表明，海洋热浪对浮游植物的影响不能仅由营养盐背景解释，其强度、持续时间和升温速率等热属性同样是关键因素。研究将实验室中关于温度效应的认识与真实海洋中的观测证据联系起来，为理解海洋热浪如何影响海洋初级生产、食物网结构和碳循环提供了新的视角。在全球变暖背景下，海洋热浪持续时间的增长快于强度增长，这意味着未来持续时间更长、强度相对较弱的海洋热浪可能更加常见，其对浮游植物的不利影响也可能进一步增强。
研究团队及资助
Research Group and Funding
该论文第一作者为厦门大学2024级硕士研究生周稼睿，通讯作者为柳欣教授，共同作者还包括美国路易斯安那州立大学Edward A. Laws教授，瑞士伯尔尼大学Charlotte Laufkötter教授，厦门大学博士研究生李炜男、王婧潇，浙江海洋大学李长林博士，厦门大学黄邦钦教授、肖武鹏副教授和沈渊教授。该研究获得国家自然科学基金（U25A20793, 42421004, 42306105）、中央高校青年教师科研创新能力支持项目（ZYGXQNJSKYCXNLZCXM‐O3）、海洋生物地球化学创新引智基地（“111”基地）(BP0719030)以及瑞士自然科学基金（203448）支持。
论文来源及链接
Zhou, J., Liu, X., Laws, E. A., Laufkötter, 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 | 柳欣教授团队
编辑 | 房月
排版 | 陈蕾
审核 | 朱旭东 庄伟
信息来源:海洋生物地球化学全国重点实验室。
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