日前，自然资源部第二海洋研究所海洋生态系统动力学实验室海洋生物地球化学研究团队在海山生态系统的形成机制研究中取得重要进展，相关成果以“Seamounts Generate Efficient Active Transport Loops to Nourish the Twilight Ecosystem”为题发表于Science Advances。该研究利用物理-化学-生物多学科综合的现场观测资料，首次揭示了寡营养海区海流流经海山地形时，驱动海山下游真光层内形成高生物量，高强度浮游动物昼夜迁移及其驱动的高效有机质输出过程。该研究为认识海山生态系统的形成机制提供了新的认识，指出不同于中尺度涡旋等引起的短期偶发、移动的增产现象，海山矗立于固定位置能持续促进浮游植物旺发和有机质高效输出，滋养海山中深层和底栖生态系统，形成真光层与深海联动的立体生态绿洲。
研究背景
全球有近一半的海山分布在寡营养的“海洋荒漠”区，它们孕育着丰富的渔业资源和底栖生物，为众多物种提供了栖息场所，是海洋中的“生态绿洲”。海山通常也是金枪鱼和鲨鱼等生物的聚集地，具有更高的渔获量。然而，这一现象仅仅是地形的聚集效应，还是海山本身还存在较高的物质能量供应机制，目前仍存在较大争议。
生物泵输送有机质的强度能够直接调控深层生态系统的规模和结构。传统的海山增产理论指出，海山区复杂的水动力过程会促进真光层内营养盐供给和初级生产响应，即“海山效应”。然而，这一过程中产生的有机质能否沿食物链传递至更高营养级，以及是否为深层生态系统提供了能量和物质来源仍不清楚。针对这一问题，该研究聚焦于流场-地形-上层初级生产和有机质输出这一主线，对海山上层的生物地球化学过程开展了多学科综合调查与研究。
研究结果
研究团队利用自主集成的多参数生化剖面仪：包括温盐深仪（CTD）、原位紫外硝酸盐仪（Deep SUNA）、荧光传感器和水下粒子成像仪（UVP）等，获取了南海宪北海山的水动力环境参数、营养盐含量与扩散通量、浮游植物生物量、桡足类浮游动物生物量和颗粒有机碳（POC）输出通量的时空变化特征。
研究结果显示，背景流场与海山地形相互作用下，在下游形成了背风波，导致水体强烈混合、营养盐跃层明显抬升，显著增加了该区域次表层营养盐向上的扩散通量，支撑了真光层内较高的浮游植物生物量。相较于海山上游，下游的叶绿素浓度、桡足类浮游动物生物量和POC输出通量均呈现出显著的昼夜变化。其中，叶绿素浓度在夜间降至最低；200 m以浅的浮游动物生物量和POC输出通量在晚上大于白天，而200 m以深则相反。这是因为，浮游动物在夜幕的掩护下，前往食物丰富的海面摄食，快速消耗了白天生长的浮游植物，而在白天为了躲避捕食者，下沉到深水中休息、消化和排泄。从而导致水柱POC输出通量也与之呈现同步的昼夜垂向变化。
简言之，海山下游流场、地形和生态的耦合作用创造了一条有机质从生产到输出的高效通道，即浮游动物昼夜迁移摄食介导的“主动输出环”，而这些持续快速输出的有机质可能为深层生态系统的新鲜食物来源。
该研究将这一结果拓展到北太平洋副热带流涡区（North Pacific Subtropical Gyre, NPSG），估算海山对有机碳输出的贡献。结果显示，虽然浅海山（<208米）仅占NPSG海域面积的0.74%，却贡献了该海域2.1~3.8%的有机质输出通量。进一步强调了海山在寡营养海域具有更高的生物泵输出效率，在海洋生物连通性、渔业资源等方面发挥着不可替代的作用。
研究团队及资助
该论文第一作者为自然资源部第二海洋研究所与上海交通大学联合培养博士生王新洋，自然资源部第二海洋研究所陈建芳研究员和李宏亮研究员为共同通讯作者，共同作者包括自然资源部第二海洋研究所张静静副研究员、张东声研究员和谢晓辉研究员，南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）/中山大学谢伟教授和殷克东教授，索邦大学Diana Ruiz-Pino教授和海南大学高树基教授。
该研究得到国家自然科学基金委（42330412），国家重点研发计划（2023YFF0805002），南方海洋科学与工程广东省实验室基金（SML2020SI1001，SML2021SP207）和海洋二所基本科研业务费专项（SZ2403）的联合资助。