南极普里兹湾百年来浮游植物结构变动对生物泵效率的影响及其与全球气候变化的关联

The "biological pump" operation effectivity controls CO2 net absorption ability in Polar Ocean directly. Meanwhile, it is an important responding channel for Polar Ocean to global change. This project will focus on "ocean bottom sedimentary records - deep sea sediment trap records - ocean upper structure" by combining field investigation data and satellite remote sensing data. We will synthesize sedimentary biomarkers of phytoplankton (coupling with organic proxies of environment), biogeochemistry of particle collected by long-term time series sediment trap and field data from Prydz Bay, East Antarctica, to study the model of "upper ecological response - deep sea depositional particle flux - bottom sediment record" in the Southern Ocean and to obtain information of phytoplankton community structure and production and their relationship with marine environmental change, depositional particle fluxes and its biogeochemical cycle as well as interannual variation of upper ecosystem. It is expected that we can answer the following questions by actualizing this project: 1) what is the function of phytoplankton community shift in biological pump progress in the Southern Ocean; 2) what is the relationship between phytoplankton community variation and biological pump operation effectivity and 3) what is the correlation for them with global climate change.

生物泵的运转效率直接决定着极地海洋净吸收大气CO2的能力，同时也是极地海洋对全球变化的重要反馈渠道之一。本项目着眼"海洋底部沉积记录-深水捕获器记录-海洋上层结构"这一主线的3个方面进行综合研究：利用南极普里兹湾海洋底部沉积物中藻类生物标志物（结合环境替代标志物）的地层记录，深水布放的长时间序列捕获器收集沉降颗粒物的生物地球化学参数，以及历年现场实测资料和水色遥感数据指示的海洋上层结构，构建起南极海洋"上层生态响应-深层颗粒沉降通量-底层地质记录"作用模式，获得100年来浮游植物群落结构和生产量与海洋环境变化的互动史，沉降颗粒物生物地球化学通量以及上层生态系统的年代际变化。我们期望回答或部分回答：南极海域浮游植物群落结构变动在生物泵过程中的作用如何？与生物泵运转效率的耦合关系和影响程度怎样？与全球气候变化有着怎样的联系和作用？

作为全球变暖的“放大器”，南极典型海域是研究海洋生态系统对气候变化响应与反馈的天然实验室。研究南极海域初级生产和藻类种群结构长期变化及其对气候和海洋环境变化的响应，对于理解南极海洋生态系统变化在全球碳循环和气候演变中的作用有着重要意义。本项目以南极普里兹湾和南极半岛海域海域为调查区域，利用粒度、元素组合特征、磷形态、有机碳、生物标志物参数组合，对南极普里兹湾和南极半岛海域的表层沉积物样品进行了综合分析，认识这些海域的物质来源及现代海洋沉积环境。研究显示，普里兹湾的沉积作用主要受到生物生产和海冰的控制。湾内中心及东南区域的沉积主要为生源泥质沉积，沉积作用主要受生物生产控制；近岸弗拉姆浅滩—冰架前缘陆架区为粉砂—砂质沉积，沉积物中除了有生源物质外还有大量冰筏碎屑的输入。利用沉积物样品中特征类脂生物标志物，从分子级水平提取浮游植物群落结构与海洋环境变化的互动信息。发现，海洋沉积类脂生物标志物（菜籽甾醇、甲藻甾醇、长链烯酮）的地层记录显示，在El Niño和La Niña年期间不同藻类（硅藻、甲藻、颗石藻）的组成相差显著。在El Niño年，硅藻的相对比例增加，甲藻的减少；在La Niña年，硅藻的相对比例减少，甲藻的增加。通过本项目的实施，重建了近百年来南极典型海洋初级生产和藻类种群结构演变及对气候变化（ENSO）的响应，这为深入理解南极海洋环境变化对海洋生态系统的影响及其历史变化，以及了解极地海洋浮游植物对气候变化的响应及其在全球碳循环中的作用提供了一定的理论基础。