楚科奇海叶绿素极大层生物标志物特征及其与沉积记录的比较研究

Chlorophyll maximum thin layer, accounted for more than 90% of the total biomass of the entire water column, plays an important role in the marine food chain, biological carbon pump and sedimentary biomarker records. Chukchi shelf is one of the most productive regions in the Arctic ocean. Under the rapid global warming, sea ice retreat and Chukchi shelf Pacific inflow increase processes, the depth of chlorophyll maximum (DCM) and phytoplankton communities will be quick changed. This project take Chukchi shelf and slope as the key research region, focusing biomarker studies on chlorophyll maximum thin layer. Based on field observation and understanding of the spatial-temporal distribution characteristics of DCM, total organic index such as organic C/N ratio, δ13C and biogenic organic matter biomarkers will be studied together to obtain the biomarker characteristics of this chlorophyll maximum thin layer. Comparative study of biomarkers among biogenic particles in chlorophyll maximum thin layer, deposition particles in water column and sediment samples will be conducted to evaluate applicability of biomarker index in the Arctic Paleo-oceanographic research. The development of this project will provide reference index for the Paleo-oceanographic future research.

尽管叶绿素极大层以薄层存在，但其可占整个水柱生物量的90％以上，对海洋食物链、生物碳泵和沉积记录中的生物标志物信号来说，均具有举足轻重的地位。楚科奇海是北极、乃至全球初级生产力最高的海区之一，在全球变暖、海冰消退、太平洋入流增加等过程的作用下，叶绿素极大层深度和浮游植物群落均发生了很大变化。项目拟聚焦楚科奇海陆架和陆坡水体叶绿素极大层,采用传感器探测追踪叶绿素极大层的时、空分布；使用大体积原位过滤，沉积物捕获器、多管箱式等采样手段，获取叶绿素极大层生物颗粒物、水柱沉降颗粒物、沉积物浮泥层、表层沉积物等系列样品。在了解叶绿素极大层的时、空分布特征基础上，结合生物地球化学分析手段开展生物标志物研究。揭示叶绿素极大层生物标志物组成、时空变化；分析其对水柱浮游植物群落的代表性；根据叶绿素极大层与沉积记录的对比研究，探讨生物标志物替代性指标在北极古海洋研究中的适用性，为北极古海洋研究提供科学参考。

叶绿素极大层对海洋食物链、生物碳泵和沉积记录中的生物标志物信号来说，具有举足轻重的地位。项目聚焦西北冰洋楚科奇海及加拿大海盆，以叶绿素极大层生物颗粒物、水柱沉降颗粒物、沉积物浮泥层、表层沉积物作为分析对象，通过分析有机碳及其稳定同位素、光合色素以及类脂物等生物标志物，结合温度、盐度、营养盐等环境参数开展了西北冰洋叶绿素极大层的研究。研究结果表明随着北极浮游植物生长季节和无冰期的增加，次表层叶绿素最大值（SCM）层对北极大陆架生态系统也愈发变得越来越重要。分粒级色素分析（0.7μm-20μm和>20μm)结果表明楚科奇海水体SCM层积累了水柱大约50%的浮游植物生物量，在楚科奇海高生物量区，SCM层浮游植物生物量的贡献在整个水柱中占比高于80%，甚至达到 90%以上。表明夏季SCM在陆架生态系统中具有非常重要的地位。利用沉积物捕获器阐释了上层有机碳向下的沉降通量及影响因素，指出楚科奇海高生物量和大型硅藻为主的浮游植物组成特征，将对生物颗粒有机 碳输出效率以及为底栖生物的食物和能量供给提供物质支撑。开展了极地沉积物中生物标志物如甾醇、脂肪酸等的组成及其对上层海洋新鲜有机碳输入的指示研究，指出楚科奇海陆架区硅藻生产力高、细菌活动弱，支撑了极高的新鲜有机质沉降效率；而在加拿大海盆、楚科奇海陆坡的浮游植物群落由绿藻与金藻主导。太平洋入流的变化、海冰消融、海水层化都将对叶绿素极大层的分布及浮游植物组成产生影响。