我国陆架边缘海氧氩比值和群落净生产力的高分辨时空分布及对碳源汇格局的影响研究

Marginal seas is an important net sink for atmospheric CO2, however, the air-sea CO2 fluxes show large variation in both space and time. Biological pump play significant roles in regulating the uptake and release of CO2 from the atmosphere. Net community production (NCP), defined as net primary production minus heterotrophic respiration, is the maximum amount of organic material that is available for export from the surface to the deep sea, hence is a good metric of biological activity’s net effect on carbon cycling in the upper ocean. delta O2/Ar is a measure of the biological O2 supersaturation, with Ar correcting for the impact of physical processes on O2. The O2/Ar ratio has been used to estimate the net community production of a water mass integrated over a timescale. In this study, a high-resolution underway method is applied to simultaneously determine dissolved O2, Ar, CO2 and other parameters in the surface waters of the East China Sea and South China Sea. Net community productivity will be estimated based on delta O2/Ar to investigate the magnitude of the biological pump. The objectives of this study are to determine spatial and temporal variability of O2/Ar and NCP in the East China Sea and South China Sea, to understand the main factors that influencing their distribution, and to estimate and compare the influence of biological pump on CO2 fluxes in these regions. This study will improve understanding of carbon cycles in the global marginal seas.

陆架边缘海是大气CO2的重要汇，其碳通量具有高度时空变异性，而生物泵对其吸收/释放大气CO2有重要调控作用。群落净生产力是衡量生物泵强度和生物活动对上层海洋碳循环影响的有效指标，氧氩比值（O2/Ar）消除了物理过程对海水中溶解氧的影响，其偏离平衡值的量（delta O2/Ar）可表征生物过饱和氧，并可据此估算群落净生产力。本项目拟以东海和南海为研究海域，通过多个航次的现场调查，连续走航高频率同时测定表层海水中的溶解O2、Ar、CO2等气体和其他理化参数，并基于delta O2/Ar估算混合层群落净生产力，揭示我国陆架边缘海氧氩比值和群落净生产力的高分辨率时空分布特征及其影响因素，通过同时获得的高分辨率碳输出（群落净生产力）和碳吸收（pCO2）数据，评估生物泵效率对我国陆架边缘海碳源汇格局的影响。该研究将为深入认识全球陆架边缘海碳循环提供科学依据和区域范例。

陆架边缘海是大气CO2的重要汇，其碳通量具有高度时空变异性，而生物泵对其吸收/释放大气CO2有重要调控作用。群落净生产力是衡量生物泵强度和生物活动对上层海洋碳循环影响的有效指标，氧氩比值（O2/Ar）消除了物理过程对海水中溶解氧的影响，其偏离平衡值的量（∆O2/Ar）可表征生物过饱和氧，并可据此估算群落净生产力。本项目以黄海、东海和南海等陆架边缘海和西太平洋为研究海域，通过6个航次的现场调查，连续走航高频率同时测定表层海水中的溶解O2、Ar、CO2等气体和其他理化参数，并基于∆O2/Ar估算了混合层群落净生产力,阐明了我国陆架边缘海及西太平洋氧氩比值和群落净生产力的高分辨时空分布特征，认识了影响其分布的主要因素及调控机制。研究结果表明：我国陆架边缘海水文环境复杂，NCP分布具有较大的时空差异性，但是总的来说，东海>黄海>南海>西太平洋，测定结果均在已报道的世界海洋NCP范围之内。我国陆架边缘海O2/Ar比值和NCP的时空分布主要受营养盐、浮游植物生物量、光照、陆源输入、不同尺度物理过程（如洋流、水团混合、垂直混合、涡旋等）等因素的影响。我国陆架边缘海的群落净生产力/总初级生产力的比值（NCP/GPP）在6.5-20.9%之间，基本在文献报道范围内。我国陆架边缘海及西太平洋群落净生产力和表层海水的CO2吸收通量呈较好的正相关，表明群落净生产对这些海域CO2吸收通量具有重要的调控作用。以上研究为深入认识生物泵对全球大洋及其陆架边缘海碳循环的影响提供了科学依据。本项目已培养博士1人，硕士2人，相关成果已经发表7篇论文，其中6篇SCI论文（1区3篇，2区3篇），1篇中文核心期刊论文。