北太平洋西部浮游植物光合溶解有机碳生产及其环境调控机制

Photosynthetically produced dissolved organic carbon (PDOC) released of marine phytoplankton，which is often neglected in the estimation of global marine primary productivity and carbon sequestration capacity，has an important scientific significance on marine carbon cycle as well as carbon balance model-building.This project will be thoroughly studied the issue on PDOC released of marine phytoplankton and its environmental regulation mechanism by carrying out field studies in the Japanese eastern sea of the western North Pacific.Through large scale investigation and field cultivation experiment，this project is intended to，in terms of ecological response，illustrate the temporal and spatial distribution of both size-fraction of phytoplankton biomass and productivity as well as both phytoplankton and heterotrophic bacterica respectively to further discuss the influence of key marine biological parameters on PDOC released of marine phytoplankton.The relationships between photosynthetically produced particulate organic carbon (PPOC) productivity and PDOC productivity，between new productivity and PDOC productivity as well as between heterotrophic bacteria productivity and PDOC productivity will be analyzed respectively in terms of biological pump contributions in carbon sequestration.Meanwhile，the contribution of PDOC productivity to total primary productivity will be studied. This project is intended to reveal the PDOC productivity response mechanism to marine environment changes through exploring the influence of marine environment factors on PDOC productivity and investigating the coupling between PDOC productivity and key biogeochemical process，which will be supplemented by lab experiment methods.This study can be applied to the correction of phytoplankton carbon sequestration amount and will provide vital basic parameter and scientific basis for marine carbon cycle and nutrition dynamics on marine ecosystems and food webs.

全球海洋初级生产力和碳吸收能力估算中常被忽略的浮游植物光合溶解有机碳生产对于海洋碳循环和碳收支模型的建立具有重要的科学意义。本项目围绕“浮游植物光合溶解有机碳生产及其环境调控机制”的科学问题，以北太平洋西部的日本东部海域为现场研究海域，通过大面调查、现场培养实验，从生态响应方面，研究浮游植物生物量和生产力粒级结构、浮游植物和异氧细菌的时空分布特征，探讨关键生物参数对光合溶解有机碳释放的影响；从生物泵储碳贡献角度，分析颗粒有机碳生产力、新生产力和异氧细菌生产力与溶解有机碳生产的关系，探讨光合溶解有机碳生产对总生产力的贡献；辅以室内实验手段，研究海洋环境因子对溶解有机碳生产的影响，探讨溶解有机碳生产与关键生物地球化学过程的耦合关系，揭示溶解有机碳生产对海洋环境变动的响应机理。该研究可应用于海域浮游植物固碳量的修正，并将为海洋碳循环和海洋生态系统食物网营养动力学研究提供重要的基础参数和科学依据。

针对“浮游植物光合溶解有机碳生产及其环境调控机制”的科学问题，通过2017-2018年2个航次的北太平洋西部海上现场调查和室内实验，开展了浮游植物生物量、颗粒有机碳（PPOC）生产力、溶解有机碳（PDOC）生产力、新生产力（NP）、微型和微微型浮游植物、异氧细菌（HP）及其生产力（BP）等时空分布的研究。.结果表明，北太平洋西部PDOC生产力存在明显的时空变化，季节上表现为春季高于秋季，空间分布则呈现由南向北逐渐升高的趋势。PDOC生产力与HP成显著正相关关系， BP/PDOC生产力由南向北逐渐降低说明可供HP利用的溶解有机物(DOM)逐渐增多，浮游植物释放PDOC的重要性逐步下降。PDOC生产力与其占总初级生产力（TPP）的比例（PER）成显著负相关关系表明越寡营养盐的海域，浮游植物细胞外释放的PDOC对TPP的维持越加重要。PDOC生产力与NP的正相关关系则暗示丰富的外来营养盐供应将有助于提升PDOC生产力。.以相对低温低盐为特征的亲潮以及高温高盐为特征的黑潮不仅引起水动力环境（冷涡和暖涡）的不同和物理海洋关键层位（混合层）的改变，同时影响和控制该海域上层水体海水的化学要素（营养盐和溶解氧）、生物要素（生物量，HP，微型和微微型浮游植物），从而引起南北两侧浮游植物PDOC释放速率的不同，间接造成PDOC生产力北高南低的现状。PDOC生产力环境调控机制综合分析结果显示，温度、营养盐水平和浮游植物粒径是调控亲潮和黑潮延伸体及其周边海域浮游植物PDOC生产和PER的主要因子。另外，广布于北太平洋西部的冷涡能够通过相关机制改变营养盐的垂直通量，让更多的无机氮、磷酸盐进入到真光层内，从而增加其中心海域的PPOC和PDOC生产力、NP、HP和BP，并提高聚球藻和超微型真核藻的丰度，抬升叶绿素最大值层，提升浮游植物的现存量。而暖涡与冷涡的产生的生物地球化学效应则完全相反。.本研究成果将填补国内在北太平洋西部关于PDOC生产力研究的空白，可应用于相似海域浮游植物固碳量估算的修正，对于改进全球海洋生产力估算、海洋生态系统与全球气候变化的研究具有重要的科学意义。..