南海碳循环与生物学储碳机制集成研究

This project will follow the overall design and objectives of “South China Sea Deep” (SCSD) Research Program, integrate the outcomes from the five on-going relevant SCSD projects towards a better understanding of the key processes and mechanisms of carbon sequestration in the ocean. We will focus on the interactions between the biological carbon pump (BP) and microbial carbon pump (MCP) and its effects on carbon sequestration under different environmental conditions. The integration is featured by coupling the epipelagic and deep waters, the water column and sediments, the micro- and macro-scale biogeochemical processes. Research contents include primary production and microbial respiration, physical and chemical variables, biomarkers for sedimentation and decomposition, along environmental gradients and temporal-spatial dimensions. We will establish conceptual models (focusing on the process and mechanism), box-type model (focusing mainly carbon reservoirs and their interface fluxes) and ecosystem dynamics model / numerical model (with emphasis on physical - biological coupling for potential manipulation and prediction).

本项目将遵循《南海深海过程演变》重大研究计划的总体设计，针对计划目标，在已有的生物地球化学方面涉及海洋碳循环的5个项目以及在南海执行相关的国家重大基础研究项目的基础上，围绕海洋碳汇形成过程与机制这个重大科学问题，通过微观与宏观的结合、进行上层水体与深层以及沉积物的耦合；抓住生物泵BP和微型生物碳泵MCP的关键过程，外延至相关理化过程和环境因子、阐释有关机制；在环境梯度上和时空尺度上探讨碳汇动态变化规律；通过建立概念模型（注重过程与机理）、箱式模型（注重主要碳库储量及其界面通量）以及生态系统动态模型/数值模型（注重理化-生物耦合和预测），实现多学科交叉，综合提升已有研究项目的总体水平；通过集成获得有关海洋碳汇的过程与机制认识上的突破、形成具有宏观效应的认识、引导未来研究发展趋势；并为我国制定应对全球变化的战略对策提供科学依据。

本项目在已有的生物地球化学方面涉及海洋碳循环的5个项目以及在南海执行相关的国家重大基础研究项目的基础上，围绕海洋碳汇形成过程与机制这个重大科学问题，通过微观与宏观的结合，进行了上层水体与深层以及沉积物的耦合；抓住生物泵BP和微型生物碳泵MCP的关键过程，外延至相关理化过程和环境因子，阐释了生物储碳关键机制，在环境梯度上和时空尺度上探讨了碳汇动态变化规律；完成了集成数据拟合分析，通过建立概念模型（注重过程与机理）、箱式模型（注重主要碳库储量及其界面通量）以及生态系统动态模型/数值模型（注重理化-生物耦合和预测），建立了不同学科之间的深入交流，进行了项目有关内容的学科交叉与集成，有效解答了项目拟定科学问题，完善了海洋碳汇理论，综合提升了已有研究项目的总体水平。通过集成研究，完成了项目既定的三个研究目标：（1）全面了解了南海北部浮游古菌、细菌脂类标记化合物的分布以及碳代谢途径的时空变化，建立了南海古菌、细菌同现代环境因子间的相互关系；评估了南海沉积物微生物参与碳循环的贡献。（2）揭示了颗粒吸附的与浮游的原核生物群落结构和活性差异以及对生物泵和微型生物碳泵的贡献和影响；评估了D型氨基酸的生物惰性以及其对海洋有机碳库的贡献；评估了海洋病毒、原生动物对南海生物泵和微型生物碳泵贡献；评估了南海异养微生物呼吸作用对储碳的影响。（3）建立了生物地球化学模型，比较了南海生物泵和微型生物碳泵的时空变化，初步估算了南海生物泵和微型生物泵碳汇总量，在推算产生最大碳汇的最优营养盐输入量方面取得进展，并预测了气候变暖和大气二氧化碳增加的条件下南海碳汇的相对变化。该集成项目不仅获得了有关海洋碳汇的过程与机制认识上的突破，形成了具有宏观效应的认识，而且引导了未来研究发展趋势；并为我国制定应对全球变化的战略对策提供了科学依据。