南海浮游生态系统结构及其对生物泵效率的调控机制

Biological pump and its role in the carbon cycle is the leading issue of global change. Based on the previous project funded by NSFC(40730846), the present project focus on the scientific question of “biological pump and its controlling mechanism in low-latitude marginal sea”, and major in the planktonic ecosystems in the South China Sea (bacteria- phytoplankton- zooplankton), through field investigation, process research, combined with the ecological model, to study the plankton community structure and lower trophic levels carbon flow model of different ecosystems in the South China Sea to investigate the roles of community structure and carbon flow patterns on the efficiency of the biological pump. The study was designed to clarify the production of organic carbon (phytoplankton carbon fixation), storage of particulate organic carbon (POC, biomass), POC transfer and cycling (zooplankton feeding and bacterial production), the export of POC (phytoplankton sedimentation and zooplankton excrement) and organic carbon consumption (community and bacterial respiration) and other biological processes, in-situ measurements of these biological process parameters, combined with the coupled physical - chemical -biological factors to reveal the mechanism of the process changes; discuss the effects of key factor on the carbon flow process and its controlling mechanism. Eventually build different planktonic ecosystem carbon flow processes, POC export flux and the coupling mode of biological pump efficiency.

海洋生物泵及其在碳循环中的作用是当今全球变化研究的前沿课题，在申请人前期自然科学基金重点项目(40730846) 的研究基础上，针对“低纬度边缘海生物泵及其调控机制”这一科学问题，项目立足南海上层浮游生态系统（细菌－浮游植物－浮游动物），通过现场调查、过程研究并结合生态模型，研究我国低纬度边缘海－南海不同生态系统浮游生物群落结构和低营养级碳流模式，探讨群落结构和碳流模式对生物泵效率的调控作用。将研究有机碳的生产(浮游植物固碳)、颗粒有机碳存储(生物量)、颗粒有机碳传递和循环(浮游动物摄食和细菌生产)，颗粒有机碳的输出(浮游植物沉降和浮游动物排遗)和有机碳的消耗(群落和细菌呼吸)等生物过程，现场测定各生物过程参数，并结合物理-化学-生物等多因子耦合揭示上述过程的变动机理；探讨影响浮游生物碳流过程的关键因子及其调控机理。最终构建不同浮游生态系统的碳流过程、颗粒有机碳输出通量和生物泵效率的模式。

边缘海环境梯度变动大，生物群落的时空演变和相互作用过程复杂,目前对边缘海生物泵过程及其调控机制的认识尚不深入。针对“低纬度边缘海浮游生物群落如何调控生物泵效率？”这一科学问题，项目按任务书要求开展各项研究，圆满地完成了立项时提出的主要工作任务。在执行期间（2014-2018年），项目在西太平洋中低纬度边缘海之陆架（南海、东海和台湾海峡等）、陆坡（南海）和海盆（南海）等海域联合组织和搭载25个航次，海上调查时间共计2461人*天。采用现场观测、原位观测、培养实验、漂浮式沉积物捕获器和Bio-Argo等技术手段，并结合遥感反演、统计模型和生态模型，聚焦浮游植物生物量、群落结构、多样性、初级生产力、群落净生产力、光合固碳参数、浮游动物组成、摄食率和粪球沉降速率、颗粒有机碳输出等研究。项目在以下四个方面取得重要进展：1）较为深入阐明了西太边缘海浮游植物群落的时空演变及环境影响机制；2）揭示了西太边缘海微微型真核浮游生物多样性及群落构建机制；3）剖析了南海浮游植物群落对中尺度涡旋和近岸上升流的响应模式；4）进一步厘清了南海典型生态系统若干重要生态过程与关键速率对生物泵的调控机制。截止2018年12月31日，项目已在Journal of Geophysical Research:Oceans, Water Research, Progress in Oceanography, Environmental Microbiology, Ecosystems, FEMS Microbiology Ecology, Frontiers in Microbiology, Deep-Sea Research I，Marine Ecology Progress Series, Frontiers in Marine Science等国内外海洋学和生态学权威和主流期刊上发表研究论文29篇（SCI收录26篇），申请漂浮式锚链可拓展沉降颗粒捕获装置发明专利1项。项目实施显著提升了在边缘海生物泵研究领域的人才培养、团队建设、学术交流和科普传播等方面的水平和影响力。