南极普里兹湾浮游动物优势类群对生物泵碳通量的贡献机制

Efficiency of biological pump is crucial for the polar ocean’s ability to absorb atmospheric CO2 and also provides important feedback to global climate change. Zooplankton are considered as trophic links in the food web and biological pump of Southern Ocean that transfer carbon and energy from primary producers to higher trophic levels. Significant inter-annual variations of zooplankton community were found in Prydz Bay in accordance with the sea ice dynamics in our previous research. The impact of this process to the biological pump need further research in Southern Ocean. In this research, we would take the dominant zooplankton species, Antarctic krill, salps and copepods as the main research object and investigate the contribution of zooplankton to the biological pump in Prydz Bay based on combined approaches of field experiments and sediment trap. This work would be the first try to correct the contribution of passive sinking zooplankton (corpse, carcase and moult) to midwater biological pump in the Southern Ocean and expatiate on the control mechanism of fecal pellets from different zooplankton groups to the efficiency of biological pump during the ice retreat. The results of this work could provide us knowledge to forecast the impacts of zooplankton community dynamics to biological pump efficiency, which could help us better know the response of polar ecosystems to global change.

生物泵的运转效率决定着极地海域吸收大气CO2的能力，同时也是极地海洋对全球变化的重要反馈渠道。浮游动物是南大洋食物网中连接初级生产者和高级消费者的中间环节及生物泵的主要驱动者，我们前期研究结果显示基于海冰的变化南大洋普里兹湾浮游动物群落结构呈现显著的年际变动，而其对生物泵碳通量的影响亟待研究。本项目拟选取南极普里兹湾浮游动物优势类群南极磷虾、纽鳃樽、桡足类等做为主要研究对象，采取现场原位培养与沉积物捕获器时间序列样品采集相结合的方式，首次在南大洋海域尝试矫正浮游动物被动沉降（自然死亡的浮游动物尸体、残骸及蜕皮）对中层水生物泵碳通量的贡献，揭示浮游动物不同优势类群的粪便通量在海冰消退过程及海冰覆盖期间对生物泵效率的控制，阐述浮游动物不同优势类群对南大洋生物泵碳通量的贡献机制，为预测极地海域浮游动物群落变动对生物泵碳通量效率的影响提供理论依据，从而更好地探知极地海洋生态系统对全球变化的响应。

极地海域是全球重要的碳汇区域，生物泵的运转效率决定着极地海域吸收大气CO2的能力，同时也是极地海域对全球变化的重要反馈渠道。浮游动物是南大洋食物网中连接初级生产者和高级消费者的中间环节以及生物泵的主要驱动者，通过被动过程（粪便、残骸沉降）和主动过程（摄食、垂直移动），浮游动物对南大洋生物泵碳通量起到重要贡献。本项目选取南大洋浮游动物优势类群南极磷虾、纽鳃樽、桡足类等做为主要研究对象，基于中国第35，36，37，38次南极科学考察和历史样品分析，通过现场样品采集、原位实验、沉积物捕获器时间序列样品采集及数据库建设、元数据分析相结合的手段，针对南大洋关键海域（普里兹湾、宇航员海、阿蒙森海）乃至环南极尺度浮游动物群落结构及其对环境变化的响应、普里兹湾浮游动物周年尺度“swimmer”群落变动、粪便通量及对碳通量贡献、南大洋宇航员海不同水层浮游动物死/活比例及死体对碳通量贡献、南大洋两种南极磷虾的摄食策略、南极磷虾大尺度时空变动以及南大洋重要浮游生物功能群的环南极生物量进行研究，研究结果发现物理过程和生物因子共同决定了南大洋宇航员海、阿蒙森海等区域浮游动物的群落结构；南大洋宇航员海中深层水体浮游动物的死亡比例可达70%；浮游动物粪便、死体沉降及垂直移动等活动对南大洋普里兹湾颗粒碳通量起到重要的贡献；南大洋两种磷虾优势物种----南极大磷虾与长臂樱磷虾的摄食策略及生态位受饵料供应的驱动；南极磷虾通过新的避难所对南大洋主要栖息地快速升温和海冰减少呈现一定的恢复力；南大洋不同扇区浮游生物功能群分布呈现不平衡性，大量区域浮游动物的总生物量远超浮游植物，使得生物量金字塔发生倒置。本项目执行过程中形成南极磷虾环南极稳定同位素数据集，南大洋浮游动物生物量数据集等多个数据库，这些数据库及研究成果增加了我们对南大洋暮光区生物泵效率及生态系统能流的新认知，为今后开展南大洋食物网模型和生物地球化学循环模型构建、生物泵研究、蓝碳评估、磷虾渔业管理和海洋保护区规划提供数据支撑。研究成果被国内外多家研究和媒体机构包括普利茅斯海洋实验室、英国南极局、世界自然科学基金会、新华社、中国日报网、国家地理杂志等报道评述，产生了广泛的社会影响力。