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《中国科学院研究生院(海洋研究所)》 2010年
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夏冬季中国近海今生颗石藻及其钙化作用速率研究

栾青杉  
【摘要】: 颗石藻是海洋浮游植物功能群中一类重要的钙化生物类群,同时也是海洋中生源无机碳的主要来源,其通过光合作用(有机碳泵)和钙化作用(碳酸盐反向泵)两个过程,将海水中的溶解无机碳(DIC)转化为颗粒有机碳(POC)和颗粒无机碳(PIC)。 本研究基于2009年冬季(2月11日至21日)在南海北部进行的断面调查,以及2009年夏季(7月18日至8月31日)在南海、黄东海进行的大面调查。研究内容主要包括:海水叶绿素a含量;浮游植物丰度和碳生物量;颗石藻丰度、碳生物量和颗石粒方解石(CaCO3)含量;颗粒碳库(Phyto-C、POC、PIC);钙化速率(pPIC)和固碳速率(pPOC);温度、盐度、营养盐等参数。 海水叶绿素a含量使用荧光法进行测定;浮游植物丰度和碳生物量采用Uterm?hl倒置显微镜和细胞体积转化法;颗石藻丰度和碳生物量采用偏光显微镜方法;颗石粒方解石含量采用扫描电子显微镜颗石粒体积转化法;POC测定使用CHN分析仪进行;PIC测定采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)进行;钙化速率和固碳速率采用14C微扩散法进行;温盐采用CTD实时监测;营养盐使用自动分析仪进行。 对叶绿素a含量、浮游植物群落、颗石藻群落、颗石粒CaCO3、颗石藻和方解石通量进行研究后发现:2009年夏季调查期间,叶绿素a高值主要出现在海水上混合层(SML)以下,南海叶绿素a含量为0.401±0.322 mg m-3,东海0.696±0.669 m g m-3,黄海0.751±0. 525 m g m-3。南海总浮游植物丰度平均1.39×104 cells/L,高值为硅藻的柔弱伪菱形藻(Pseudo-nitzschia delicatissima)控制,东海平均7.72×103 cells/L,高值为硅藻的角毛藻(Chaetoceros spp.)控制,黄海平均8.41×103 cells/L,高值为甲藻的具齿原甲藻(Prorocentrum dentatum)控制。颗石藻优势种主要为赫氏艾密里藻(Emiliania huxleyi)和大洋桥石藻(Gephyrocapsa oceanica)。南海总颗石藻丰度为4.24±5.61×103 cells L-1(2009年冬季为40.9±37.0×103 cells L-1,是夏季的近十倍),黄东海为8.41±7.95×103 cells L-1。南海颗石粒CaCO3含量平均51.9±50.5 mg m-2,黄东海为77.2±81.4 mg m-2。南海总颗石藻现存量为286.0±273.2×106 cells m-2,黄东海为506.4±527.4×106 cells m-2。南海总颗石藻通量为9.7±9.0×106 cells m-2 d-1,黄东海为20.7±15.7×106 cells m-2 d-1。南海总方解石通量为1.80±1.70 mg m-2 d-1,黄东海为3.08±2.33 mg m-2 d-1。 对颗粒碳库、钙化速率和固碳速率进行研究后发现:2009年夏季调查期间,南海浮游植物碳(Phyto-C)为24.8±30.2 mmol m-2,黄东海为83.4±112.0 mmol m-2。南海POC为382.6±139.6 mmol m-2,黄东海为431.4±136.2 mmol m-2。南海PIC为31.9±21.6 mmol m-2,黄东海为53.5±54.3 mmol m-2。南海pPIC平均6.48±3.19μmol C m-3 d-(15.43±1.77 mg C m-2 d-1),黄东海平均9.95±5.53μmol C m-3 d-1(6.17±2.75 mg C m-2 d-1)。南海pPOC平均0.402±1.457 mmol C m-3 d-1(291.7±397.1 mg C m-2 d-1),黄东海平均0.736±0.890 mmol C m-3 d-1(468.7±375.6 mg C m-2 d-1)。 对基于C吸收的生长率、C库的周转、钙化对海洋C固定的贡献、雨率(pPIC:pPOC)动态进行研究后发现:2009年夏季调查期间,南海μ-PIC为0.018±0.008 d-1,黄东海为0.016±0.013 d-1。南海μ-POC为0.054±0.043 d-1,黄东海为0.093±0.074 d-1。南海μ-PhytoC为0.83±0.52 d-1,黄东海为0.63±0.51 d-1。南海τ-PIC为67.9±32.6 days,黄东海为131.1±129.9 days。南海τ-POC为31.9±26.0 days,黄东海为21.6±22.9 days。南海τ-PhytoC为1.37±1.20 days,黄东海为4.85±9.86 days。南海颗石藻钙化占到总碳固定的3.5±2.8%,黄东海占到1.9±1.5%。南海颗石藻有机碳对总有机碳固定的贡献为5.4±4.5%,黄东海为2.9±2.3%。南海雨率变化在0.002 ~ 0.412之间,平均0.067±0.078,黄东海变化在0.003 ~ 0.102之间,平均0.034±0.031。 综合以上研究,夏季台湾岛东北部黑潮影响区、菲律宾吕宋海峡黑潮上游分支入侵区、东南亚时间序列站(SEATS)以及珠江口与陆架的邻接区,是今生颗石藻群落的主要分布区域。尽管E. huxleyi在总颗石藻丰度、现存量、颗石球通量上占有绝对优势,但是因其细胞体积和颗石粒体积相对较小,因此其在有机碳含量、方解石现存量、方解石通量上的贡献相对较低。相反,细孔钙盘藻(Calcidiscus leptoporus)、纤细伞球藻(Umbellosphaera tenuis)等颗石粒钙化程度高、CaCO3含量大的物种对碳的贡献也同样不可忽视。尽管黄东海的颗石藻钙化速率比起南海来有所增加,但是在黄东海,硅甲藻等光合自养生物的初级生产要比南海高很多,因此导致了南海的雨率要显著高于黄东海。同样,尽管钙化速率在垂向上的变化范围不是很大,但是固碳速率随水深增加却急速下降,因此导致了雨率随水深增加而显著升高,高值多出现在近真光层底部的水体中。比较了海洋上层生产与深层输出后发现,上层水体有机碳生产在向深层输出的过程中,再矿化(氧化作用)还是十分显著的,最后只有约0.7%的有机碳生产能够抵达海底。但是方解石的情况却有很大的不同,由于颗石藻(方解石)是最难溶的,即使到达接近海底的深度(~ 3700 m),也只有~ 42.2%的方解石溶解,约50%的颗石藻CaCO3生产埋藏进入海底表层沉积物,从而完成大气CO2向海洋内部深层的扣押过程。从深层碳输出与表层碳生产之间量上的差异来看,方解石保持在一个数量级水平上,但是有机碳却变化在1-2个数量级上。但是如果单是从碳(C)的角度来看,抵达海底的有机碳与无机碳基本持平,无机碳埋藏占到~ 54%的总C埋藏。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(海洋研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:Q948.8

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