论文部分内容阅读
极地海域是全球碳循环的重要汇区,在全球气候变化的背景下,极地海域生物泵的运转效率及其变化对全球碳循环有着重要影响。南极海冰呈现不均一性变化趋势,对极地生物泵的影响亟待评估。本文利用20092015年普里兹湾的现场调查资料和时间序列沉积物捕获器样品数据,以不同界面的碳通量来量化普里兹湾生物泵强度与效率,并分析其控制因素。结合海冰、叶绿素a等遥感资料,运用碳稳定同位素和生物标志物(不饱和高支链类异戊二烯烃)指标,解析并定量研究冰藻对普里兹湾海域有机碳沉降通量的贡献及其对海冰变化的响应,主要研究结果如下:(1)普里兹湾湾内450m深度处有机碳的年平均通量为253mmol C m-2 yr-1,明显高于湾外,且存在显著的季节性和年际变化,主要受控于海冰和光照等因素。沉降颗粒物主要由硅藻及其残体组成,且生物硅与有机碳之间存在显著正相关关系,说明硅藻是有机碳的主要贡献者。利用Martin曲线将南大洋不同海域的有机碳通量标准化至100m深度,发现各海域的年通量差异较小。(2)2010/2011年普里兹湾有机碳的输出效率和输送效率分别为11.4%和3.4%,而2014/2015年分别为4.9%和1.1%,均低于南大洋平均水平,说明普里兹湾海域的生物泵效率较低。2014/2015年存在高生产低效率的现象,其原因可能在于:1、海冰的提前消融导致温度的升高和浮游植物的提前旺发,促进了细菌生产力的提高;2、缺少冰筏碎屑等有效“压舱物”,使得更多的有机质停留在上层分解再循环。(3)沉降颗粒物中冰藻标志物与海冰消融、冻结存在明显的响应现象,可较好的反映海冰的变化过程。冰藻贡献的沉降碳通量年平均为82μmol m-2 d-1,占总沉降碳通量的18.6%,其中夏季沉降碳通量为120μmol m-2 d-1,同期占比约为23.6%。夏季冰藻沉降碳通量占海冰中有机碳储量的22.1%,相对浮游藻类具有更高的生物泵效率,其主要原因可能是冰藻与冰筏碎屑的共沉降效应。由于未来南极海洋海冰减少、温度升高和铁供应增加,硅藻生产力可能将大大提高,但生物泵效率的变化仍然存在很大的不确定性,使南极海洋生物泵的变化趋势愈加复杂,仍需要开展长期观测与研究以评估未来南极海洋的固碳能力。