你可能没有听说过浮游植物，也很少关注它们，但浮游植物——遍布世界各大洋的微小植物——是海洋食物网的基础。
尽管体型微小，它们却贡献了地球一半的生产力；通过光合作用，它们为几乎所有海洋生态系统以及许多人赖以生存的渔业提供能量。
因此，了解气候变化可能如何影响它们十分重要。
在一项 新研究 中，我和同事们绘制了影响浮游植物的环境因素图谱，并探讨了这些因素可能如何因全球变暖而变化。该研究发表于《自然·气候变化》。
其中既有好消息，也有坏消息；不过，这些新模型将帮助科学家更好地弄清气候变化会如何影响浮游植物及依赖它们的生态系统。
浮游植物为何重要
除了提供能量，不同类型的浮游植物还为海洋提供多种服务。
例如，固氮浮游植物在海洋中的作用类似于土壤中的豆科植物。它们直接固定海洋中的大气氮，因此能够增加重要营养物质的储量。
另一些浮游植物，如硅藻，体型较大，因具有称为壳体的厚重外壳而迅速下沉。这意味着它们会将碳带入深海，并影响空气中的二氧化碳含量。
海洋升温
目前，由于温室气体水平不断上升，我们正目睹世界各大洋发生前所未有的快速变化。
有许多环境因素对浮游植物至关重要。显然，温度会影响它们的生长速度以及许多生理过程。光照强度对光合作用也十分重要。
磷酸盐、硝酸盐等营养物质以及铁等微量元素的供应同样重要；铁是浮游植物酶系统必不可少的元素。二氧化碳也是光合作用中重要的碳源。
这项研究最重要的发现之一是，许多会影响生物的因素将同时发生变化。因此，我们不能只关注以往那些仅研究海洋变暖或酸化对不同类型浮游植物影响的研究。
这项研究不仅考察这些环境因素，也研究它们之间的相互作用。例如，海洋升温会降低其吸收二氧化碳的能力，进而间接影响酸化程度。
二氧化碳不是对植物有益吗？
在陆地上，二氧化碳浓度上升将如何影响植物，仍存在很大不确定性。一方面，随着二氧化碳浓度上升，光合作用速率会提高（而且可能 比我们原先认为的还要显著）。但另一方面，植物生长也 需要其他条件 ，例如水；在气候变化背景下，水可能变得更加稀缺。
海洋中的情况也类似。二氧化碳上升会对海洋产生复杂影响，例如提高酸度。我们已经观察到，在二氧化碳浓度较高时，pH值会下降（海洋酸化）。
我们观察到，海洋酸化会溶解一类名为颗石藻的浮游植物。但我们也发现了对固氮浮游植物的积极影响：随着二氧化碳浓度上升，它们的生长速度和固氮量都会增加。
因此，一些浮游植物类群，甚至其中的亚类群，会在二氧化碳浓度较高的条件下蓬勃生长；另一些类群则会受到不利影响。我们必须厘清这些差异，但这并不一定意味着前景一片黯淡。
气候变化路线图
此前已有 来自法国的建模 研究显示，热带和亚热带低纬度地区的生产力可能会下降，而亚南极水域和南大洋等高纬度地区的生产力则会提高。但这些预测的可靠性取决于所采用的模型结构；在此案例中，模型主要关注海洋变暖和酸化。
因此，在我们的研究中，我们绘制了一幅从极地到热带地区的路线图。随后，我们可以利用这些模型预测，将各区域特征与气候变化下海洋的全球平均响应进行比较。例如，有些研究显示，变暖和铁供应变化会促进生长；另一些情况下，环境变化则会抑制生长。
如果亚热带和热带海洋的生产力下降20%，而高纬度地区的生产力上升，将对粮食安全以及其他生态系统可能出现的变化产生重大影响。我们的研究目标是尽可能准确地确定这一点。
本文由 The Conversation
合作发布。作者：Philip Boyd，塔斯马尼亚大学海洋与南极研究所海洋科学教授。
图片：北大西洋冰岛以西的藻华中可见被称为浮游植物的类植物生物。NASA
