在黑潮-亲潮交汇区域新形成的北太平洋中层水过程中，顽固性溶解有机物的累积

《Water Research》：Accumulation of recalcitrant dissolved organic matter during the formation of new North Pacific Intermediate Water in the Kuroshio-Oyashio confluence region

黑潮与亲潮交汇区DOM特性及水混合机制研究，2022年6月采样分析DOC、CDOM/FDOM光特性及微生物群落，建立三端元模型区分STMW、OW、NPDW对NPIW的贡献，发现NPIW分三层，微生物（如Ca. Nitrosopumilus）通过priming效应驱动RDOM积累，揭示水体混合中DOM转化机制。

　　
研究团队针对西北太平洋黑潮-亲潮交汇区溶解有机物（DOM）的组成特征及其在水体混合过程中的转化机制展开系统性分析。研究聚焦于2022年6月采集的水样，通过解析溶解有机碳（DOC）、CDOM（色度溶解有机物）和FDOM（荧光溶解有机物）的光学特性，结合微生物群落（16S rDNA测序）的时空分布特征，揭示了不同水团混合对DOM性质的影响规律。

在方法学层面，研究创新性地构建了三端元混合模型，以CDOM中保守组分（如C3荧光特征）和中性密度为物理标记物，实现了对北太平洋中间水（NPIW）中黑潮（STMW）、亲潮（OW）和北太平洋深层水（NPDW）的贡献量量化分析。该模型突破传统仅依赖盐度的水团划分模式，通过整合保守化学组分与密度参数，显著提升了水团混合作用的分辨率。研究进一步发现，NPIW可细分为表层（NPIW_u）、中层（NPIW_m）和底层（NPIW_l）三个亚类，其DOM组成差异主要源于微生物活性与水团历史演化的耦合作用。

在DOM转化机制方面，研究揭示了微生物群落演替与DOM稳定性的动态关联。表层NPIW中，硝化细菌Ca. Nitrosopumilus和SUP05门微生物主导有机物的矿化分解，导致腐殖类和蛋白质类荧光组分比例下降。中层NPIW则表现出深水微生物（如Nitrosopumilaceae）的显著贡献，这些微生物偏好高分子量、高腐殖化程度的难分解DOM（RDOM），形成独特的"生物化学缓冲层"。底层NPIW中，随着表层微生物活性减弱，深水微生物主导的RDOM积累达到峰值，其荧光特性显示显著的老化特征（如F DOM的F3/F5荧光比值降低）。

研究特别关注NPDW对NPIW DOM转化的贡献。通过对比传统仅考虑黑潮与亲潮混合的模型，发现引入NPDW后，RDOM的生成效率提升约30%-40%。这表明深水域的微生物群落（如海洋古菌门）在DOM的化学修饰过程中起关键作用，其代谢途径可能促进木质素等复杂有机物的生物转化。研究团队还首次量化了水体混合过程中DOM的"端元记忆效应"——当不同水团混合比例超过15%时，保守组分（如C3荧光特征）与物理参数的线性关系出现显著偏差，提示存在生物地球化学过程的非线性干扰。

在微生物生态学层面，研究构建了三维荧光图谱与16S rRNA测序数据的关联模型。结果显示，表层DOM的分解主要由α-变形菌门（如Nitrosopumilus）完成，而中层和底层则逐渐过渡到γ-变形菌门（Nitrosopumilaceae）和海洋古菌门的协同作用。这种微生物群落的垂直分异与DOM的荧光组学特征（如腐殖酸指数HIX和木质素指数LIX）形成显著对应关系，证实了微生物代谢途径对DOM稳定性的调控作用。

研究在碳循环模型方面取得突破性进展，首次建立DOM组分随水团混合比例变化的动态方程。通过分析12组水样中DOC、CDOM和FDOM的浓度梯度，发现当NPDW贡献率超过25%时，DOM的化学稳定性指数（如Kishino指数）呈现非线性增长，这与深水域中微生物产甲烷作用导致的pH波动密切相关。研究团队进一步发现，在NPIW形成的关键阶段（混合深度200-500米），DOM的腐殖化程度每提升1%，其碳封存潜力可增加17%-23%。

该研究对海洋碳汇机制的理解具有里程碑意义。通过现场采样与模型模拟的结合，首次揭示了水团混合过程中DOM转化的多尺度机制：在分子水平上，木质素和腐殖酸的结构修饰直接影响DOM的荧光特性；在群落水平上，微生物多样性的时空变化调控着DOM的分解-合成平衡；在系统水平上，NPDW的持续输入为RDOM的积累提供了稳定的碳源通道。这些发现修正了传统认为DOM转化主要发生在水体混合阶段的认知，提出深水域微生物群落对DOM稳定性的二次调控作用。

研究团队在数据解读方面展现了严谨的科学态度。针对传统模型中存在的NPDW贡献率被低估的问题（误差达15%-20%），通过改进中性密度测量精度（误差<0.05 kg/m3）和引入保守CDOM组分（C3荧光强度与混合比例的R2值达0.91），显著提升了模型准确性。在微生物分析中，采用Illumina NovaSeq 6000测序平台（测序深度150X），结合V4区16S rRNA基因的高分辨率分析，成功区分了5个关键微生物类群（占比>5%）的时空分布特征。

该成果在多个领域产生重要影响：在海洋碳循环研究中，为量化NPIW碳封存潜力提供了新的参数体系；在海洋生态系统模型构建中，验证了深水微生物群落在DOM转化中的不可替代作用；在气候变化预测方面，发现RDOM的累积速率与黑潮流量呈正相关（相关系数0.78），这对预测北太平洋碳通量变化具有重要指导价值。研究团队已与3个国际海洋数据中心建立合作，计划将模型扩展至全球主要温盐环流区。

后续研究计划包括：（1）开展全年连续观测，分析DOM转化机制的季节差异；（2）引入同位素示踪技术（如δ13C和δ15N），揭示DOM的源汇通量；（3）开发基于深度学习的DOM特性预测模型，提升对复杂水团混合的解析能力。这些研究将进一步完善海洋DOM的碳通量计算框架，为全球海洋碳汇评估提供关键数据支撑。