利用IP25指示西北冰洋冰藻及其对有机质来源的贡献

The Arctic is one of the world's most productive marine areas with the largest shelf area and seasonal ice cover. It also the most significant areas of sea ice changes. In Recent decades, the Arctic sea ice cover continues to decrease due to global warming. As the main contributors of primary productivity in the sea ice cover Arctic Ocean, the output of ice algae derived organic matter has experienced dramatic variations, and further affects the output of organic matter from biological pump and the structure of marine ecosystems. This project will be conducted in the Arctic Chukchi Sea and Canada Basin. By analyzing of ice core, suspended particulate matter and sediment trap samples, we will employ the characterization biomarker of ice algae (IP25) ,combined with sea ice distribution situation and other aquatic algae biomarker, investigate the changes of ice algae and ice algal derived organic matter. We will discuss the impact of sea ice extent and duration on the proportion of ice algal derived organic matter in biogenic organic carbon. Moreover, we will measure the changes of biomarkers at the multi-tube sediments, aiming to obtain the decadal change information of ice algae and phytoplankton derived organic matter under rapid changes in the Arctic Ocean. The implementation of this project will help to better understand the influence of ice algae's contribution to the Arctic Ocean organic matter and the organic carbon export by biological pump.

北冰洋有全球最大的陆架面积和随季节变化的海冰覆盖，是全球生产力最高的海区之一，也是海冰变化最显著的地区之一。由于全球变暖，近几十年北极海冰覆盖度持续减小，冰藻作为海冰覆盖区初级生产力的重要贡献者，其输出有机质必然发生明显变化，并进一步影响生物泵有机碳输出和海洋生态系统结构。本项目选择北冰洋楚科奇海-加拿大海盆陆架和陆坡区为主要研究区域，以冰芯及悬浮颗粒物、沉积物捕获器等样品为研究对象，拟采用表征冰藻的生物标志物（IP25），结合海冰分布情况和水生藻类标志物，获取北冰洋冰藻及其贡献有机质份额的变化信息，探讨海冰覆盖度和开阔水面出露时间对生源有机碳冰藻来源部分比例的影响。在此基础上，通过分析生物标志物在多管沉积物中的分布差异，获取北极快速变化下，冰藻和浮游植物来源有机质相对贡献的年代际变化信息。该项目的实施有助于我们更好地了解冰藻对北冰洋有机质贡献及其对生物泵有机碳输出的影响。

冰藻是北冰洋“生物泵”和“食物链”中有机碳的主要贡献者之一。在全球变暖，海冰减退等北极快速变化条件下，冰藻可以对海洋浮游植物现存量、种群组成以及“生物泵”有机碳输出产生重大影响。本项目针对这一现状，通过对楚科奇海海台沉降颗粒物和西北冰洋沉积物中IP25、浮游植物标志物和正构烷烃以及TOC、POC、C/N、δ13C同位素等参数的分析，结合卫星遥感获得的海冰数据，综合研究西北冰洋沉降颗粒物中生物标志物的季节性变化和海冰的关系，获得北冰洋冰藻及其对有机质来源贡献的变化特征，探讨北极快速变化下，冰藻和浮游植物来源有机质相对贡献的年代际变化信息。沉积物捕获器的结果发现，不同月份颗粒有机碳的百分含量在3.52%-12.29%之间，平均值为4.79%，总通量和有机碳通量具有很强的季节变化特征，夏季融冰季节的沉降通量和POC通量迅速升高。冬季由于光限制，海区生产力较低，沉降的有机颗粒较减。δ13C同位素结果表明在楚科奇海陆坡区，海洋生物泵和海冰生物的碳输出过程是贡献有机颗粒物输入的主要路径。FSI值表明此区域物质输送水平相对更稳定。通过分析表明，2008年11月到2009年6月期间，由于持久性的海冰覆盖，冰藻标志物IP25的值很低。2009年夏季高的冰藻和浮游植物的生产力表明此时研究区域正处在冰边缘的状态并以9月底新的海冰的形成结束。在2009年7-9月期间，IP25信号增强但表现出和植物甾醇不同的趋势。我们发现，两个IP25高值之间紧随着一个浮游植物的低值。这可能是由于海冰融化并没有给浮游植物的生长提供有利的条件，浮游植物的旺发主要是由于海冰融化后光照度的增加引起的。而2008年IP25通量高于2009年，这与2008年海冰完全融化而2009年只有部分融化相一致。西北冰洋表层沉积物的结果表明，冰藻标志物IP25高值出现在楚科奇海东南部并向西随着海冰覆盖的变化而逐渐减小，植物甾醇的空间分布表明在70°N以南的季节性无冰区出现高的浮游植物生产力，楚科奇海中部汉纳浅滩附近是“生物泵”较强的区域。