小苏: 在厦门大学的海洋学科史上，近三十年的热点一直围绕着碳循环问题。按照《走向深蓝——海洋生物地球化学过程与机制创新研究群体》一文的介绍，这个连获三期资助的群体，“以海洋地球化学与海洋微型生物两个学科组的交融为特色，以方法技术创新为创新灵魂，以陆架边缘海‘碳的关键生物地球化学过程与机制’为突破口，通过对现场观测和关键过程的深入研究，探讨中国近海碳循环过程及通量，阐明关键生物地球化学过程控制机制，揭示陆架边缘海在全球碳循环中的作用”。群体的海洋地球化学学科组围绕中国近海CO2源汇格局，组织起国内同行完成碳通量拼图的大兵团会战；群体的海洋微型生物学科组则聚焦关于微生物驱动生物可利用活性有机碳转化为惰性溶解态有机碳的微型生物生态过程理论框架，联合国际同行发起“戈登科学前沿论坛”名下的永久论坛。在两个学科组之间的交叉领域，厦门大学能不能再接再厉，争得可以传世的观测与研究突破？
老海：地球化学长于物质守恒关系的线性系统定量研究，微型生物学善于结构功能突变事件的非线性系统定性研究。群体的两个学科组共同关注的研究物质应是溶解有机碳DOC，并细化到当时技术可以区分的活性有机碳LDOC、半活性有机碳SLDOC和惰性有机碳RDOC；两个学科组的重叠观测研究区域是陆地过渡到大洋的边缘海，这里既涉及长江河口与东海陆架的河控边缘海，也涉及包括珠江河口、南海东北部陆架、陆坡、海盆和巴士海峡的洋控边缘海。从河口输入的陆源溶解有机碳，到海盆洋盆中自生海源溶解有机碳，是沿着哪些通道，实现跨越陆架混合、迁移与转化？河源或海源的活性有机碳，又是集中在哪些“热点”界面上实现转为惰性有机碳的老化？一直是这两个学科组交叉领域的焦点问题。
小苏: 是什么年代开始了这两大边缘海的DOC观测拼图？
老海：南海的DOC观测首先由中国科学院南海海洋研究所在1980年代组织。1984年，王丽君等发表了《南海东北部海区的溶解有机碳》，首次报告了南海东北部陆架13个站位用氧化法和国产红外线气体分析仪测量的DOC剖面分布。蔡艳雅等继而在1989年与1990年分别报告了大亚湾和珠江口的DOC观测成果，开始布局河口海湾碳循环的箱式模型研究。
小苏: 又是什么时候关注到DOC的跨陆架过程？
老海：那是在上个世纪末，特别是当时为数不多的归国海洋化学博士们的积极推动。1999年，青岛海洋大学张经等发表了《The subtropical Zhujiang (Pearl River) estuary: nutrient, trace species and their relationship to photosynthesis》的论文，在硅酸盐处于典型保守混合状态的盐度0至18的珠江河口水体中，看到DOC处于不稳定的非保守混合状态：在盐度0至1区间以及盐度5至10区间出现了两个突兀的DOC高值峰。结合中层DOC低于表层与底层的剖面特征，张经等注意到，沉积物再循环所致DOC添加是该河口出现不稳定非保守混合状态的重要原因。厦门大学戴民汉等2000年发表的《Preliminary study on the dossolved and colloidal organic carbon in the Zhujing River estuary》论文，运用了当时最理想的分析精度，同样也显示了珠江河口盐度0至5区间的水体中，DOC值很不稳定，胶体态有机碳COC随盐度增大而增大，颗粒态、胶体态、真溶液态有机物之间存在着敏感交换；直到盐度5至30区间，DOC与COC才趋保守混合状态，但在盐度25左右仍出现较小的波动（图1）。
图1 戴民汉等《Preliminary study on the dossolved and colloidal organic carbon in thr Zhujing River estuary》论文的截图：1997年3月的盐度与 DOC（●）和COC（◆）的关系。（载于：Dai M, J-M Martin, Hong H, Zhang Z, 2000. Preliminary study on the dossolved and colloidal organic carbon in thr Zhujing River estuary. Chinese Journal of Oceanology and Limnology 18(3), .265-273.）
小苏: 看来在河口端至内陆架，DOC多受控于径流输入、沉积界面交换和胶体絮凝等扰动相关的不稳定非保守混合状态。可能因为张经等与戴民汉等报道的常态河口DOC行为过于复杂，并没激发起优先考虑入海通量的海洋化学同行研究兴趣，人们反而更愿意去追逐极端径流事件时稍纵即逝的理想保守混合状态。至于另一方向的外陆架端，情况又是怎么样？
老海：2001年，日本东京大学Hiroshi Ogawa等以《Distribution of dissolved organic carbon in the East China Sea》为题，报告了沿东海PN断面观测的外陆架盐度32至35区间的DOC分布状态。尽管这里的盐度与DOC联系已经明显解耦，但条件密度σt与DOC却以σt值23.5 kg/m3，DOC浓度64μM为转折点，出现明显的分段（图2）：沿着密度增大的方向，σt与DOC关系出现回归系数高达r2=0.927的线性负相关，显示高密度外陆架水体DOC迁移主要沿等密面横向扩散，而跨越等密面的垂向扩散通量要小几个数量级；沿着DOC增大的方向，σt先是保持稳定，当DOC达68μM时分裂成正相关与负相关两支，出现受特征等密面分隔的状态分异，其正相关一支或对应前述河口至内陆架泥区沉积界面交换来源DOC的添加现象。接着，Hiroshi Ogawa等还按σt为23.5 kg/m3和26.0 kg/m3的等密面，划出了3个密度分层，各层具有明显不一样的AOU与DOC线性回归关系，回归线斜率随着密度的增加由高及低递次揭示出活性、半活性、以及惰性DOC等特征等密面所分隔的层状分布规律。
图2 Hiroshi Ogawa等《Distribution of dissolved organic carbon in the East China Sea》论文截图：1995年10-11月期间σt与 DOC的关系。（载于：H Ogawa, T Usui, I Koike, 2001. Distribution of dissolved organic carbon in the East China Sea. Deep-Sea Research II 50, 353-366.）
小苏: 近25年来，关于长江口与东海陆架溶解有机物参数时空分布及其通量的观测与研究成果呈数量级增长。奇怪的是，Hiroshi Ogawa等在东海PN断面观测形成的，关于陆架水体活性、半活性、惰性的DOC分布受若干特征等密面约束且沿等密面横向扩散的思路，尽管很贴合物理海洋学框架，却也没引起后续河口与陆架海洋化学研究者的关注与引用。我们能不能选择一组近年发表的观测图件，试去研判自张经等与戴民汉等观测到非保守行为的河口端，与Hiroshi Ogawa等观测到等密面约束规律的外陆架端之间的衔接路径，复盘一局关于DOC跨陆架通道追踪分析的思想实验？
老海：中国海洋大学姚鹏的硕士研究生陈慕雨2023年《长江口及邻近海域有色溶解有机物的来源、组成和影响因素》论文发表的“位温-盐度与DOC、CDOM 各参数及CDOM荧光组成的点聚图”（图3），提供了一组现成的讨论图件。论文介绍的观测于2018年8月实施，他们在长江口与浙闽沿岸泥区选择的9 个断面58个站位表中底测点，跨越了长江冲淡水、台湾暖流表层水、深层水，以及黑潮表层水等水团。论文用标出σt等密线的位温-盐度点聚图为底图（其高温侧的上包络线多为表层测点，低温侧的下包络线多涉底层测点），并用色标表示不同等级的DOC、CDOM 各参数及CDOM荧光量值。关于 DOC的图3b显示，自σt = 17.5 kg/m3等密线向外的高密侧，DOC随着σt的增大而减小，与Hiroshi Ogawa的2001年论文归纳的线性负相关规律相符合。但在 σt = 17.5 kg/m3等密线向河口的低密侧，既出现表层沿河口冲淡水跨等密面混合的低盐DOC输运通道（红色箭头），也出现源自底层的DOC沿着 σt = 17.5 kg/m3等密面扩散，并逐渐交换至高密侧的中高盐DOC输运通道（褐色箭头）。
图3 陈慕雨等《长江口及邻近海域有色溶解有机物的来源、组成和影响因素》论文图9的截图，图中添加的红色箭头表示低盐DOC输运通道，褐色箭头表示中高盐DOC输运通道。（载于：《海洋科学进展》2023年第41卷第4期，第649页。）
小苏: 很明显，张经等与戴民汉等最早诠释的就是红色箭头——跨越河口与内陆架的DOC不稳定非保守混合通道。那褐色箭头呢？
老海：2016年，当时还在瑞典地质研究所的包锐以《Widespread dispersal and aging of organic carbon in shallow marginal seas》为题，发表了中国边缘海表层沉积有机质的∆14Corg（‰）分布图，开始将长江口及浙闽沿岸泥区沉积物普遍观测到的有机质老化现象，解释为沉积物活动层再悬浮作用导致的再改造及横向扩散过程所实现。2026年，香港科技大学何丁团队与中国海洋大学姚鹏团队合作的《Dissolved organic matter in surface sediments along a river-to-ocean continuum: Molecular characteristics and sediment-water exchange dynamics》论文，运用更齐备的底部边界层有机质参数观测，进一步证明“在内陆架泥区沉积物活动层中，频繁的水动力扰动及沉积物再悬浮作用，形成了沉积物与上覆水体之间DOM交换的热点。活跃的垂直混合作用促进了源自表层水体的新鲜DOM向深海输送；而河流颗粒物则反复吸附与释放DOM，使得海洋与陆源DOM能够同时被封存或重新活化”。厦门大学郑强团队在2025年的《Biologically mediated carbon cycling and budget in the Yangtze River Estuary and East China Sea》论文中，发表了长江口至东海陆架水体培养观测的生物可利用有机碳BOC沿盐度梯度呈现双峰分布：“陆源BOC在浑浊的低盐度区达到峰值，加速了矿化作用与二氧化碳释放；而浮游生物来源的BOC在营养丰富的中高盐度区达到最大值，通过自养-异养代谢耦合机制提高了碳周转率，维持了季节性DOC的累积”，也按盐度将红色箭头与褐色箭头活跃带区分开来。好像可以这样理解：褐色箭头所代表的中高盐与高DOC水体，同长江口—浙闽沿岸泥区底边界层相衔接，并可能沿等密面向外输运，使沉积物—水界面释放和再加工DOM与表层冲淡水锋的真光层生物生产发生联系。
小苏: 这样看来，红、褐两条箭头不仅是DOC输运通道，也可能是DOM持续混合和转化的“反应通道”。
老海：是的，“反应通道”上不同的DOM组分还有着不同的沿途转化故事。正如图3所显示的，类蛋白质FDOM聚于红色箭头与褐色箭头交汇处，属于冲淡水锋的真光层水体热点（图3i）；CDOM吸收系数a350的输运主轴明显偏向高密侧，其热点出现在长江口与浙闽沿岸泥区与“通气”等密面相衔接的底层水体上（图3c）；类腐殖质FDOM则在“红色箭头”通道和“褐色箭头”高密侧通道沿程富集（图3h,j）。
小苏: 在海洋化学与海洋微型生物学的交叉领域，能不能通过适当的降维策略，去辨识DOC跨陆架通道的微生物加工功能网络？有如郑强团队2025年论文曾经采用过的将T峰和B峰等FDOM类蛋白质组分视为活性DOC，将a245和a300等CDOM吸收系数视为半活性DOC，将A峰、M峰和C峰等FDOM类腐殖质组分视为惰性DOC的代用指标方案。
老海：按海洋地球化学的观点，T峰和B峰、a254和a300、A峰及M峰和C峰并不宜直接等同于活性、半活性和惰性DOC。郑强团队的培养实验表明，不同盐度区存在不同的生物可利用碳周转过程；Yamashita的研究说明，即使同属类蛋白质FDOM组分，B、T峰的相对变化也可反映不同的微生物加工状态；沈渊等则进一步表明，即使是氨基酸这样的典型活性组分，也可以经过持续加工转变为长期保存的低反应性组分。因此，图3中的类蛋白质FDOM更适合看作新鲜生产和活跃微生物过程的信号，而a254、a300及类腐殖质FDOM则更多记录DOM经历沉积物交换、微生物再加工和选择性保存后的组成变化。
小苏：这样看来，CDOM和FDOM的意义就不只是给DOC贴上“活性”或“惰性”的标签，而是帮助识别DOC跨陆架输运过程中经历过什么。
老海：CDOM斜率S275-295也是如此。Helms等认为它与CDOM平均分子量、来源和光化学过程有关，宋贵生等进一步发现它在贫营养海区可辅助示踪Δ14C-DOC年龄，但这种关系不能简单套用于长江口和浙闽沿岸泥区。这里较低的S275-295，更稳妥地说明CDOM具有较高分子量和较深加工经历，而是否真正对应“老DOC”，仍需Δ14C、氨基酸或分子组成验证。所谓“老”或“惰性”DOM并不是静止不变的。就像北大团队最近发现的，即使深海DOC浓度相对稳定，CDOM分子结构仍持续转化。
小苏：可否这么理解：这幅DOC跨陆架通道图真正值得追踪的，不只是“碳从哪里来、到哪里去”，而是DOM在输运过程中，其来源、组成和反应性如何不断重组？或更直白点：DOC告诉我们有多少碳，CDOM和FDOM则有可能告诉我们这些碳经过多少历练！
老海：如果从现代定量光谱方法体系算起，海洋CDOM和FDOM研究已有数十年的积累。1981年，Bricaud等系统测定海水黄色物质在紫外—可见波段的吸收特征，推动CDOM进入定量吸收光谱研究阶段。1990年，Coble等将三维激发—发射矩阵荧光光谱（EEM）用于海水DOM研究；随后Coble在1996年系统归纳了A、C以及类蛋白质等经典荧光峰，Stedmon等又在2003年将EEM与PARAFAC结合，把重叠的荧光信号进一步分解为不同统计组分。这些方法虽然成熟、简便、成本相对较低，却并没有失去生命力。恰恰相反，CDOM和FDOM本质都是大量不同来源、不同分子结构和不同反应性物质叠加形成的“混合信号”。例如，在河流和近岸陆源影响较强的水体中，a254与a350往往同步变化，主要反映共同的来源控制；而进入远海后，两者的垂向分布和控制机制可以明显分化。这种由“耦合”到“解耦”的变化本身，就记录了DOM由来源控制逐渐转向光化学、微生物加工和水团输运控制的过程。因此，CDOM和FDOM研究下一步更重要的问题，不是“还能测出多少新的光谱指标”，而是这些光谱变化究竟对应了什么样的DOM来源、分子重组和碳周转过程。如何从复杂的“混合光谱”中读出生物地球化学过程，可能是这一传统方法重新获得解释力的关键。光谱不是终点，而是过程留下的投影。
小苏: 厦门大学对台湾海峡河口-海湾-陆架系统的DOC和有机物光谱示踪参数观测，已经有了相当积累，比如郭卫东团队、蔡毅华团队对九龙江口-厦门湾、漳江口-东山湾、台湾海峡西部的长期观测，并已经从运用适合河口区的盐度与有机物参数关系去判断混合过程的保守性与非保守性转移，拓展到对河口羽流驱动下DOM-微生物互作机制的研究。整理“位温-盐度与DOC、CDOM 各参数及CDOM荧光组成的点聚图”一类历史数据集，组织关于混合过程主导的河口区与沿等密面横向扩散主导的外陆架之间衔接段的DOC跨陆架通道及其来源、组成和反应性的沿程重组再分析，可能是厦门大学的福建台湾海峡海洋生态系统国家野外科学观测研究站一项可以传世的科技基础性工作选题。
致谢 感谢郭卫东、王超和瞿理印等老师对初稿的细心阅读并从海洋化学视角提出的宝贵建议。王超老师为CDOM和FDOM信息追踪价值的问答，补充了关于“这幅DOC跨陆架通道图真正值得追踪的，不只是‘碳从哪里来、到哪里去’，而是DOM在输运过程中，其来源、组成和反应性如何不断重组”的大段分析，使这次讨论更及时地反映海洋学界的一线观点。
参考文献
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文| 李炎
编辑| 李灿如
