北冰洋中心区融冰季节“生物泵”组成结构的时间序列演变研究

The continued melting of Arctic sea ice is of central concern to a world concerned about global climate change. However information about ecological consequence of sea-ice loss in central Arctic is still lacking. Change of phytoplankton community structure in response to the change of sea-ice system in central Arctic, will impact the entire Arctic ecosystem through the marine food web. In this project, on-site investigation, continuous time series observations and in situ culture experiments would conduct to study the phytoplankton succession in central Arctic. Photosynthetic pigment markers would be measured to study phytoplankton composition, and high-resolution profile of nitrate and photosynthetically active radiation (PAR) would be applied to understand how phytoplankton adapts to the change of light intensity and available nutrients in central Arctic. On this basis, the impact of some variability on phytoplankton biomass and community structure in the ice-ocean interface, included thinning of sea-ice, increase of melting pool and decrease of ice ridge, would be evaluated to answer the interannual variation of phytoplankton structure and the possible succession trend. Implementation of this project would help to explore the ecological response of phytoplankton dynamics in central Arctic to global changes and the rapid melting of Arctic sea ice.

北极海冰持续融化引起了广泛关注，但生态系统和生地化过程对北极快速变化的响应的信息仍比较缺乏，尤其是在北冰洋中心区。海洋“生物泵”过程由于能够调节海洋碳收支和一定程度上影响全球气候变化，了解北冰洋中心区海洋“生物泵”过程对海冰变化的响应显得尤为重要。目前研究主要集中在“生物泵”碳输出过程是否增强，细节到“生物泵”组成结构在融冰季节时间序列演变的研究较为缺乏。本项目以北冰洋中心区海冰消融过程为研究对象，采取现场调查、时间序列观测及原位培养实验等手段，利用光合色素等生物标志物来解析北冰洋中心冰区浮游植物组成信息，应用高分辨率的硝酸盐和光合有效辐射（PAR）的剖面观测，获取融冰季节营养盐、PAR和浮游植物群落信息及生源物质输出通量，研究北冰洋中心区优势浮游植物类型及“生物泵”组成结构在融冰季节的时间序列演变。本项目的实施有助于探讨北冰洋“生物泵”过程及环境因子对北极快速变化的响应。

生物泵过程因为能够调节海洋对二氧化碳的吸收而受到广泛关注，北冰洋中央区是进行北冰洋海洋生态系统及生地化过程对海冰快速变化的响应研究的良好场所，但目前仍较缺乏这一海域生物泵组成结构的演变信息。项目根据申请时预期研究目标和研究方案，在样品和数据获取以及实验和数据分析的基础上，从不同时间尺寸（季节、年际以及十年际）对北冰洋中心区“生物泵”组成结构进行分析研究，发现北极波弗特环流的模态是近十年（2008年以来）来影响西北冰洋生物泵组成结构的主要因素。受反气旋的北极涛动的影响，风驱动旋转的波弗特环流造成了营养盐跃层、叶绿素极大层及其浮游植物组成的区域上差别，包括营养盐跃层和叶绿素极大层变深以及浮游植物组成硅藻的贡献显著降低，这些过程都对生物生产率和生物泵效率产生负面效应。太平洋入流的变化，尤其是太平洋暖水增强，也显著影响西北冰洋生物泵组成结构，气候变化下太平洋暖水的强度和路径的变化可能会导致生态系统以及碳循环的变化。此外，海冰退缩和融池增多下的海冰生物泵过程，通过观测温盐、营养盐及可利用光在海冰生态系统的变化，发现北冰洋中心区海冰变薄、融池增多，可能使绿藻在海冰浮游生态系统中扮演更重要的角色。最后，在长时间尺度上，氮盐可利用性将改变北冰洋的生物泵组成结构。过去30年，北冰洋上层海洋的硝酸盐分布的变化，显示随着海冰快速融化，北冰洋中心区经历硝酸盐降低的过程，使得该海域受到了氮不足的限制而使得海域贫营养化的进程，由于氮盐在生物生产中的不可或缺性，西北冰洋氮盐可利用性将在长时间尺度上改变北冰洋的生物泵组成结构。标注项目资助发表论文5篇，其中SCI收录的论文4篇，另有2篇论文已接收。培养硕士生2名，其中1名已经取得硕士学位，1名在读。项目投入直接经费19万元，支出18.9540万元，已基本执行完毕，各项支出基本与预算相符。