今生颗石藻(living coccolithophores)是主要存在于海洋环境中的单细胞(4-24μm)钙质鞭毛藻,是重要的一类浮游植物,其细胞表面被一层或多层以CaCO3为主要成分的无机鳞片(即颗石粒,coccolith)包裹,相互连锁的颗石粒形成了颗石球(coccosphere),颗石粒对颗石藻细胞具有“压载效应”。颗石藻既具有初级生产者的有机固碳能力,又具有生物矿化(钙化)作用产无机碳的能力,这种双重碳泵机制赋予了其在海洋生物地球化学循环和全球碳汇中的特殊地位。现代海洋受人为活动干扰明显,海洋暖化、酸化及富营养化都深刻影响着海洋生态系统和生物多样性,尤其威胁着钙化生物的生理代谢和生态功能。受冬、夏季亚洲反转季风以及青藏高原的影响,印度洋形成了独特的生境与季风系统。作为一个受全球气候变化及人为干扰明显的热带大洋,印度洋的生物物理过程不明,自然颗石藻群落结构及钙化速率的研究几近空白。本论文的研究目的是揭示季风间期东印度洋钙化生物活动对生地化环境因子及大尺度气候事件的反馈及响应机制,具体研究内容包括以下几点:①东印度洋今生颗石藻群落结构及丰度在2011-2018年间的年际变化规律及影响因素;②东印度洋表层及水柱CaCO3现存量的主要贡献物种、水体钙化速率以及与浮游植物光合生产力的关系;③室内培养的单种颗石藻(Chrysotila dentata)钙化相关的生理生态特征;④现场模拟海洋酸化条件下自然颗石藻群落结构演替及钙化速率的响应特点。为实现以上研究目的,共分析了 2011-2018年间七个航次的现场调查资料,利用光镜方法共鉴定出33种钙化颗石藻,其中30种是异晶颗石藻,优势物种有大洋桥石藻Gephyrocapsa oceanica、赫氏艾密里藻Emiliania huxleyi、粗壮环翼球藻Algirosph aera robusta、深水花球藻Florisphaeraprofunda、以及不规则伞球藻Umbellosphaera irregularis等。总体来看,颗石藻细胞丰度和有机碳含量呈逐年上升趋势,但伴随着特殊气候事件有一定波动:ElNino暖年(对应着IOD+)颗石藻细胞丰度增加,La Nina冷年(对应着IOD-)丰度降低,因此El Nino的热力学机制有利于寡营养物种生长。最终根据颗石藻的生物地理分布和环境因子,定量模拟了颗石藻优势物种在东印度洋调查区的生态位特征(包括平均生态位和生态位宽度两个参数)。对颗石藻钙化速率估算结果表明,颗石藻能贡献8.5%的总碳生产(有机碳+无机碳),且数量上占优势的物种(即使颗石粒体积小)是海区碳酸钙存量的主要贡献者。随深度增加,颗石粒碳酸钙对POC的压载作用增强。在真光层底部钙化速率和初级生产力发生解耦合作用(二者比值显著增加),揭示了钙化作用更依赖于硝酸盐,而光合作用对光照的依赖性更大。为探索颗石藻细胞对未来海洋酸化、暖化等气候变化的生理生态响应特征及机制,分别在室内模拟了单种近岸颗石藻物种(Chrysotila dentata)对温度和光照的响应规律,以及东印度洋调查区自然群落结构及代谢速率对本世纪末CO2升高的响应。现场培养的结果表明,未来海洋酸化及层化引起的N限制将刺激钙化生物丰度及钙化速率的增加,而硅、甲藻等小型浮游植物丰度及初级生产力将会受到抑制,最终促使颗石藻成为浮游植物中的“winner”,而硅、甲藻成为“loser”。