冰川融水对北极近海峡湾中惰性溶解有机碳积累的影响

In comparison to biological pump, marine recalcitrant dissolved organic matter, can exist over thousands of years in marine waters, and hence is a reliable pathway for carbon sequestration and marine organic carbon sink. In our previous observations, we found that peptidoglycan accumulated in the fjord, as a quick response to the glacier meltwater input. If the refractory dissolved organic carbon increases as a response to glacier meltwater input, this process would make arctic fjords as new engines in carbon sequestration. Based on the China Yellow River station, the project plans to conduct several field observations to the Bayelva River and Kongsfjorden, covering different summer months. Based on D amino acids, and together with incubation experiment, the project tries to quantify the amount of refractory dissolved organic carbon, describe its spatial and temporal distribution in the fjord, and reveal its response to glacier meltwaters. With these results, this project would provide new scientific basis for the assessment of arctic sea as an organic carbon sink.

与生物泵的沉积碳埋藏相对应，海洋惰性溶解有机碳也是实现碳埋藏、增强海洋有机碳汇功能的重要载体。我们在北极黄河站的调查采样中，发现近海峡湾对冰川融水的快速响应过程中可能包含海洋中惰性溶解有机碳的积累。如果该假设成立，这将是全球变暖背景下北极有机碳汇格局与过程改变的又一内在驱动力。以此假设为出发点，项目拟对北极黄河站附近的海湾河及王湾峡湾开展不同月份的现场调查与采样。以D型氨基酸作为惰性溶解有机碳的定量基础，并结合有机质稳定性培养实验结果进行修正，实现对惰性溶解有机碳的定量。项目将依托流域及河口调查，厘清陆源惰性有机质的入海移除与保守稀释特征；将峡湾中惰性溶解有机碳的含量水平、分布特征和同期的冰川融水对峡湾的影响程度、陆源惰性有机质入海残留量进行比对，诠释冰川融水对北极近海峡湾中惰性溶解有机碳积累的影响，为全面评估极地的有机碳汇格局变化提供相关科学基础。

全球变暖背景下，北极正面临更快的升温和冰川的加速消融。北极环境的快速变化，对全球变暖的反馈，特别对海洋碳氮循环的反馈和影响，尚不明确。在这样的背景下，本研究先后两次赴北极斯瓦尔巴德群岛开展冰川融水及毗邻峡湾中有机质的含量和成分研究，以D型氨基酸生物标志物，以及现场开展的有机质稳定性培养实验结果为主要依据，量化冰川融水输送的陆源有机质的光降解和微生物降解特点，量化冰川融水中惰性有机质的含量和比例；并基于咸淡水两端元混合实验，定量描述陆源有机质入海后随着盐度浊度等变化下的行为特征。另外，本研究还对王湾等典型峡湾中溶解有机质的成分开展了研究，揭示了峡湾表层海水中惰性有机质的组分，及其空间分布特点。阶段性研究结果表明，海湾河输送的陆源溶解有机质具有光敏特点，在10天的培养周期内，海湾河溶解有机碳在光照下从初始的约70μM显著下降为仅20μM；但同样在10天尺度内加引菌液的海湾河溶解有机质含量并没有显著变化。基于培养实验结果，本研究量化海湾河中惰性溶解有机质的含量为~20μM，约为冰川融水中总溶解有机碳的29%。以端源样品培养实验结果为基础，在扣除海水中本身的海源性惰性组分后（约50μM），峡湾内部形成的惰性有机质在20μM到40μM。研究发现靠近潮汐冰川区域的惰性溶解有机质含量相对少，以处于峡湾口门、最受外海影响的区域惰性溶解有机质的含量相对多。这暗示冰川融水对王湾中惰性溶解有机质的直接贡献可能很有限。考虑到冰川融水本身具有很低的生源要素，并促进峡湾层化等特点，冰川融水的涌入会改变峡湾垂向水层结构、促进北极近海向贫营养化生境转变，这种转变可能是冰川融水有利于惰性溶解有机碳产生和积累的途径。相关的支撑证据还需要进一步研究。