在覆盖地球面积71%的海洋中，有一种肉眼难以察觉的微小生命。它们承担着全球近一半的光合作用固碳量，它们就是浮游植物——这些漂浮在海洋表层的单细胞藻类，既是海洋食物链的起点，更是地球碳循环中当之无愧的“微型造碳工”。看似渺小的它们，正以惊人的能力推动着全球碳循环的运转，成为调节地球气候的关键力量。
藻类图片(中国科学院海洋生物标本馆图片)
一、什么是浮游植物：海洋里的“光合小精灵”
一芥悬光万物苏
浮游植物是一类生活在海洋表层水域、能进行光合作用的微型生物，主要包括硅藻、甲藻、蓝藻等。它们体型微小，多数直径仅数微米至数十微米，却广泛分布于从赤道到两极的各类海洋环境中。
不同于陆地植物，浮游植物没有根、茎、叶的分化，却拥有高效的光合色素系统，能利用阳光、二氧化碳和海水中的营养盐，将无机碳转化为有机碳。据统计，全球浮游植物每年通过光合作用固定的碳量约为500亿吨，占全球总固碳量的45%左右，远超所有陆地森林的固碳总和。
二、“造碳”又“储碳”：浮游植物的碳循环之路
浮尘吞吐定沧波
固碳起点：光合作用与初级生产
浮游植物是海洋中的初级生产者，它们通过光合作用吸收海水表层的溶解二氧化碳，将其转化为自身的有机物质(颗粒有机碳)。这一过程被称为海洋的初级生产，是海洋碳循环的起点。尽管浮游植物的总生物量仅占全球植物的约1%，但其繁殖和更新速度极快(大约每周一次)，因此它们贡献了全球近一半的初级生产量，固定碳的能力与所有陆地植物相当。其中，硅藻被认为是效率尤其高的“碳汇冠军”，研究表明海洋溶解有机碳的变化中，有高达63.8% 可归因于硅藻的活动。
表层浮游植物通过光合作用吸收二氧化碳(图源：网络)
碳的垂直旅行：生物泵机制
浮游植物固定碳后，关键在于如何将其从易与大气交换的表层海水输送至深海。这主要通过“生物泵”机制实现。
形成沉降颗粒：浮游植物本身会死亡形成生物残骸，或被浮游动物摄食后以粪便颗粒的形式排出。这些颗粒有机碳(POC)像“海洋雪”一样，凭借重力持续向深海沉降。
产生惰性溶解碳：近年研究还发现，浮游植物会直接向海水中释放溶解有机碳(DOC)，其中超过10%是分子结构非常稳定、难以被微生物快速分解的“惰性碳”。这部分碳就像被存入了海洋的“长期定期账户”，可在海洋中存留数百年甚至数千年，构成了一个巨大的“隐藏碳库”。
深海归宿：长期封存
被输送至深海的碳，其最终归宿是实现长期封存，从而真正起到降低大气二氧化碳浓度的作用。
沉积埋藏：沉降的颗粒有机碳(POC)大部分在深海中被微生物降解，但仍有大约1% 能够最终逃脱再循环，被埋藏到海底沉积物中，可能在未来漫长的地质年代形成化石燃料。
惰性碳储存：而由“微型生物碳泵”产生的惰性溶解有机碳，则能长期储存在深海水中，其储存量可与大气中的碳总量相媲美。这个过程将碳隔离在深海，极大地延缓了其返回大气的时间。
三、不止是“造碳工”：浮游植物的生态连锁反应
芥光一吐动云澜
浮游植物的固碳作用不仅影响碳循环，更支撑着整个海洋生态系统的运转：
浮游植物是水域生态系统的初级生产者。它们通过光合作用，将太阳能和无机物转化为有机物质，这构成了整个水生食物网的物质和能量基础。正如厦门大学黄邦钦教授所形容的经典关系：“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃浮游植物”。
其固定的有机碳为浮游动物、鱼类、海洋哺乳动物提供了90%以上的能量来源;光合作用过程中释放的氧气，占全球大气氧气总量的50%，是地球的“隐形制氧机”;部分浮游植物(如球石藻)会分泌碳酸钙外壳，进一步促进海水中碳的沉淀，增强海洋的碳汇能力;浮游植物也是水体健康的“晴雨表”，其种类组成和数量变化是衡量水质的重要指标。在清洁水体中，藻类群落会随季节有规律地演替。而当水体污染时，一些喜清洁的藻类(如金藻)会减少，而耐污种类可能过度繁殖，导致种群变化失去规律。
近年来，随着海洋酸化、海水升温、陆源污染等问题加剧，全球浮游植物的群落结构发生改变，部分海域的浮游植物生物量下降了10%-20%，这不仅威胁海洋生态，更可能削弱海洋的固碳能力，加剧全球气候变暖。
四、守护这些“微型造碳工”，就是守护地球碳循环
沧溟纳芥守天衡
保护浮游植物的生存环境，是提升海洋碳汇能力的关键：
控制陆源营养盐污染，避免近海浮游植物过度繁殖引发赤潮，破坏群落平衡;减少化石燃料排放，缓解海洋酸化，保护浮游植物的光合系统和生长环境;建立海洋保护区，维护海洋表层水域的生态稳定，为浮游植物提供适宜的生长条件。
结语沧溟有微尘，吐纳天地春。
化气作霖雨，结光为藻云。
潮汐同呼吸，炎凉共屈伸。
但守一泓碧，来酬万里恩。
浮游植物虽微小，却是地球碳循环中不可或缺的一环。这些海洋里的“微型造碳工”，以无声的方式调节着全球气候，支撑着海洋生态的繁荣。了解它们的作用，守护它们的生存环境，正是人类与海洋共生、推进碳中和目标的重要一步。
本文由海洋负排放(ONCE)国际大科学计划，厦门大学碳中和创新研究中心支持。
参考文献
1.中国科学院海洋研究所《海洋浮游生物生态研究报告(2023)》
2.《自然·地球科学》2022年海洋碳循环专题研究
3.联合国教科文组织海洋学委员会(UNESCO-IOC)《蓝碳生态系统报告(2024)》
4.《海洋学报》2023年浮游植物固碳效率研究
5.美国伍兹霍尔海洋研究所深海碳循环研究
6.世界自然基金会(WWF)海洋生态保护白皮书
7.《科学》期刊2024年全球海洋浮游植物监测报告
8.中国海洋大学《海洋碳汇保护与修复技术指南》
责编：微科普