本研究由Kenta Watanabe、Masakazu Hori、Atsushi Kubo、Hirotada Moki及Tomohiro Kuwae等人完成，第一作者与通讯作者Kenta Watanabe隶属日本港湾空港技术研究所海岸与河口环境研究组，合作单位包括日本水产研究教育机构水产技术研究所与静冈大学地球科学系。论文发表于Communications Earth & Environment，于2026年1月20日收稿、2026年4月29日接受，文章编号为7:456。

本研究聚焦于大型海藻与海草释放的溶解有机碳（dissolved organic carbon, DOC）及其顽固性组分（recalcitrant DOC, RDOC）在蓝碳封存中的作用。近年来，蓝碳研究已从传统的红树林、盐沼和海草床沉积物碳埋藏扩展到大型海藻等水生植被通过DOC向外输出并长期储存的路径。然而，大型海藻与海草来源DOC的释放速率及其顽固性比例长期以来缺乏系统性定量，尤其是跨物种、跨气候带与不同环境条件下的变异程度仍不清楚。已有文献多来自不同培养条件下的实验，温度、光照、时长不一致，导致RDOC比例估计介于0至85%之间，制约了对这些生态系统碳封存贡献的可靠评估。本研究旨在通过大量野外袋式实验与长期降解实验，结合反应连续性模型（reactivity continuum model, RC model），定量评估日本寒温带至亚热带沿海多种大型海藻和海草释放DOC的速率及其在百年尺度上的顽固性比例，并据此估算RDOC占年净初级生产（net primary production, NPP）的比例。

该研究的工作流程可分为三个主要阶段。第一阶段为野外袋式实验，研究团队在2019年2月至2022年8月间，于日本24°N至44°N、124°E至145°E范围内的18个地点开展实验，涵盖寒温带、温带与亚热带海域，涉及超过20种大型海藻与6种海草。研究对象包括冷水性海带（如Saccharina angustata、Saccharina japonica）、暖水性海带（如Ecklonia cava、Eisenia bicyclis）、马尾藻科藻类（如Sargassum horneri、Sargassum fusiforme）、其他褐藻、红藻（如Pyropia yezoensis）、绿藻（如Ulva spp.）以及海草（如Zostera marina、Phyllospadix iwatensis、Enhalus acoroides等）。实验将整株大型海藻或海草地上部分放入装有现场海水的透明袋与暗袋中，同时设置仅含海水的对照组以扣除浮游植物贡献。每个实验包括透明的暗袋各三组重复，培养时间约4小时，通过测定溶解无机碳（dissolved inorganic carbon, DIC）、总碱度（total alkalinity, TAlk）和DOC的变化计算总初级生产、群落呼吸、净初级生产与DOC释放速率。代谢参数换算为日速率时考虑了生物量、光周期与透明袋和暗袋实验结果，光周期数据来自日本气象厅AMeDAS系统。DOC水样经0.2 μm PTFE滤膜过滤后冷冻保存，DIC和TAlk样品使用苯扎氯铵溶液保存。第二部分为降解实验，用于测定DOC中顽固性组分的比例。实验取野外袋式实验中的大型海藻与海草处理水样及对照水样，经GF/F滤膜（0.7 μm）过滤以保留大部分自由生活细菌，然后分装至预燃烧玻璃瓶中，在22°C黑暗条件下培养0、10、30、90、150和300天，每个时间点设置三瓶重复。培养结束后样品经0.2 μm滤膜过滤，用于DOC和荧光溶解有机质（fluorescent dissolved organic matter, FDOM）分析。第三部分为降解促进实验，目的是检验光降解、营养限制和微生物群落限制是否导致RDOC比例被高估。选择冷水性海带Saccharina angustata（ITK站点）与马尾藻Sargassum horneri（HGN站点）为对象，在黑暗密闭培养150天后进行第一次处理：样品经0.2 μm过滤去除微生物，在阳光下暴露4天，然后添加硝酸盐和磷酸盐至最终浓度分别为50 μM和3 μM，并接种经GF/D滤膜（2.7 μm）过滤的环境水以引入新微生物群落，恢复黑暗培养；第180天进行第二次处理，再次过滤、光照4天并接种微生物，培养持续至500天。在数据分析方面，研究者采用PARAFAC方法分解FDOM的激发发射矩阵，识别出四种荧光组分：类腐殖质组分C1、类腐殖质或多酚组分C2、海洋类腐殖质或微生物类腐殖质组分C3以及类蛋白质组分C4。长期降解动态使用RC模型描述，模型假设有机物由一系列具有不同反应活性的化合物组成，表观降解系数随时间逐渐降低。模型拟合使用R软件中的minpack.lm包进行最小二乘拟合，并使用nlraa包以自助法评估RDOC比例估计的不确定性。此外，研究使用贝叶斯随机效应元分析方法整合不同物种、地点与实验条件间的效应量，以估计各大型海藻类型的平均DOC释放速率、NPP、DOC/NPP比值及RDOC比例。

研究结果显示，DOC释放速率在实验间变异达两个数量级，范围为5至462 μmol g-dw⁻¹ d⁻¹。大型海藻的平均DOC释放速率为100 μmol g-dw⁻¹ d⁻¹（95%可信区间83–116），海草为137 μmol g-dw⁻¹ d⁻¹（95%可信区间81–195），二者无显著差异。红藻的释放速率最高，显著高于冷水性海带和马尾藻科，其中栽培紫菜Pyropia yezoensis的释放速率尤其高，达112至350 μmol g-dw⁻¹ d⁻¹。NPP变化范围为−107至1850 μmol g-dw⁻¹ d⁻¹，大型海藻平均为312 μmol g-dw⁻¹ d⁻¹，海草为540 μmol g-dw⁻¹ d⁻¹。DOC/NPP比值平均为大型海藻0.24（95%可信区间0.21–0.28）、海草0.31（95%可信区间0.03–0.71）。在生长季，DOC释放与NPP呈显著正相关，而在衰老期无显著相关。降解实验显示，几乎所有样品DOC浓度在前90天大幅下降，之后降解速率明显减缓。300天时，大型海藻平均剩余DOC比例为31%（95%可信区间28–33%），海草为42%（95%可信区间29–53%）。RC模型预测的100年RDOC比例为海草25%（95%可信区间17–34%），显著高于大型海藻的14%（95%可信区间11–16%）。马尾藻科在大型海藻中具有略高的RDOC比例，其余5类大型海藻的100年RDOC比例平均在10%至19%之间。FDOM分析表明，300天降解后，类腐殖质组分C1、C2和C3的荧光强度中位数增至初始值的约1.2倍或更高，而类蛋白质组分C4下降至约0.4倍。初始类腐殖质组分荧光强度与DOC浓度之比与300天RDOC比例呈显著正相关，而类蛋白质组分、DOC/DON比值及植物组织C/N比与RDOC比例无显著相关。降解促进实验中，ITK和HGN样品的DOC浓度在第一次处理后下降，但从第二次处理至500天无明显变化，RDOC比例保持在较高水平且超过RC模型预测的25年和100年RDOC比例。年度预算估算表明，大型海藻年DOC生产量占NPP总量的36%（95%可信区间25–45%），海草为33%（95%可信区间20–42%）。100年尺度上RDOC占NPP总量的比例大型海藻平均为4%（3–6%），海草为8%（4–12%），其中暖水性海带、马尾藻科、红藻和海草的RDOC/NPP比例相对较高。

本研究的结论指出，大型海藻与海草来源的DOC包含可在百年尺度上持续存在的顽固性组分，其平均比例分别为14%和25%。RDOC的来源包括两方面：一是生物直接产生的化学顽固性DOC，二是微生物碳泵对易降解DOC的转化再合成。类腐殖质组分的增加及其与RDOC比例的正相关支持了微生物转化在RDOC形成中的作用。将RDOC表达为年NPP的比例后，大型海藻为4%、海草为8%，这一结果与此前基于文献的粗略估计在大致量级上一致，但海草的RDOC贡献高于此前估计的深层输出约2%，说明早期全球评估可能低估了海草DOC的长期封存潜力。研究同时指出RDOC输出途径可能比颗粒有机碳储存途径更为重要。在方法学上，RC模型虽然假设降解行为随时间一致且对微生物与环境互作的表征有限，但相较于假设存在永久不可降解组分的模型，RC模型能更真实地反映连续反应活性谱。研究的限制包括野外测量时空代表性有限、未完全涵盖衰老期DOC释放高峰、降解实验在22°C恒温下进行可能与实际水温存在偏差，以及降解促进实验仅覆盖两种大型海藻而未包括海草DOC等。

本研究的科学价值在于首次基于大规模野外实验与统一降解实验，定量揭示了日本沿海大型海藻与海草RDOC释放的物种间与类型间变异，并通过RC模型将短期实测结果外推至百年时间尺度，为区域蓝碳核算提供了经验约束。其应用价值在于为将大型海藻和海草纳入气候减缓框架提供了关键参数，有助于评估基于蓝碳的碳信用与海洋碳封存策略的可扩展性。研究的亮点包括：数据覆盖从寒温带到亚热带的广泛地理梯度与多个功能类群；将DOC释放、降解动态与年NPP预算整合在同一框架中；利用FDOM的PARAFAC组分变化揭示RDOC形成机制；以及通过降解促进实验验证RDOC的稳定性并非仅由光、营养或微生物限制造成。未来研究应结合超高分辨率质谱进行分子指纹分析，确认大型海藻与海草来源DOC在海洋RDOC库中的实际存在，并整合物理海洋模型评估深层输送与长期封存效率。