中国近海浮游植物光合溶解有机碳生产研究

溶解有机碳是海洋中最大的有机碳库，其中化学性质不稳定的成份大部分来自海洋浮游植物的释放。浮游植物释放光合溶解有机碳是初级生产过程的重要组成部分，对海洋碳循环和微食物环营养动力有极其重要的意义。然而绝大多数海洋生产力观测仍只对颗粒态部分的初级生产力进行测定，与此相应，大多数相关的食物网营养动力学模型，碳循环和碳收支模型也忽略了这一部分重要的碳流。由此造成对全球海洋初级生产力和碳吸收能力的低估达10Gt/a左右。本项目拟通过在中国黄海、东海、南海近海海域进行浮游植物PDOC生产力的现场测定，并选择浮游植物关键优势物种进行相关生态生理实验，了解溶解态光合初级生产力在中国近海的分布特征与控制机制，及其与颗粒态光合产品初级生产力以及浮游植物粒径结构和群落组成的关系。通过观测结果对以上海域浮游植物的光合溶解有机碳释放量进行估算，并对中国近海浮游植物初级生产力和固碳量估算进行修正。

浮游植物光合作用过程中直接以溶解有机物(PDOC)的形态释放的光合产物被以往绝大多数海洋生产力观测所忽略，由此造成对全球海洋初级生产力和碳吸收能力的低估。本项目首次在中国黄海、长江口—东海、南海北部等典型海域开展系统的浮游植物光合溶解有机碳现场观测研究，利用改进的14C同位素示踪方法获取海区的PDOC生产力分布资料以及光合有机碳细胞外释放比例(PER)比的分布变化特征。项目除对中国近海浮游植物PDOC释放的环境调控机制，浮游植物物种特征与PDOC释放的关系，浮游植物PDOC释放对微食物环的作用等进行了系统分析外，还对浮游植物季节性水华、河口季节性低氧过程等特定生态过程与浮游植物PDOC释放之间的关系进行了讨论。.项目获得的重要结果包括：得到中国各海区真光层初级生产力的PER比变化范围为7.6~39.3%，平均PER比为22.2%，在把PDOC释放纳入计算的情况下中国近海总固碳量约为9.4×108t，从而得出忽略浮游植物溶解态光合产品而造成的中国近海固碳量低估约为2.5×108t。2009年黄海春季水华期浮游植物PDOC生产力与PER比均高于水华发生前，以较小粒径的甲藻为优势物种的水华PDOC释放明显高于以较大粒径硅藻为原因物种的水华过程；水华期浮游植物溶解有机物的大量释放促进了异养浮游细菌生物量迅速上升，显示PDOC生产力对微食物环的重要意义。2006年长江口夏季低氧区的形成与浮游植物生产力的变化密切相关，低氧核心区的形成与河口强烈水华事件有直接关系；夏季高生产力期浮游植物的PDOC释放速率也出现高值，但真光层水体浮游植物PDOC大量释放与底层低氧的出现并无直接关系。2009年夏季和冬季南海北部海区异养细菌分布及浮游植物PDOC生产力分布的对比分析结果显示，在寡营养外海区域来自浮游植物直接释放的DOM对细菌生产力的维持更为重要，而在近岸海区，更多来源的DOM可供异养细菌利用，浮游植物释放的重要性相对降低；细菌需碳量估算结果显示，直接来自PDOC生产的溶解有机物不能满足南海北部异养浮游细菌的需要。中国近海浮游植物光合溶解有机碳释放主要控制因子包括光照、营养盐水平和浮游植物粒径特征等；垂直分布上，PER高值经常出现在存在光抑制的表层和光照微弱的真光层底部水体；在水平分布上，外海以小粒径浮游植物占优势的寡营养海域PER显著高于大粒径浮游植物占优势的近海富营养海区。