海洋所揭示西太暖池上層細菌顆粒有機質(zhì)快速消耗及有限碳儲貢獻
近日,中國科學院海洋研究所宋金明團隊與德國亥姆霍茲海洋研究中心合作,在國際地學自然指數(shù)(Nature Index)期刊《地球物理研究通訊》(Geophysical Research Letters)在線發(fā)表了題為“Rapid cycling of bacterial particulate organic matter in the upper layer of the Western Pacific Warm Pool”的研究成果,報道了西太暖池區(qū)細菌顆粒有機質(zhì)的豐度、活性及對海洋生物碳泵儲碳貢獻的新見解。
海洋是地表系統(tǒng)最大的碳儲庫,在全球碳循環(huán)及氣候變化中扮演著重要角色。海洋表層浮游植物通過光合作用將二氧化碳轉(zhuǎn)化為顆粒有機碳,在經(jīng)歷一系列復雜過程后在重力作用下沉降至海洋內(nèi)部,這一過程被形象地概括為生物碳泵,是最為重要的海洋儲碳機制之一。生物碳泵的效率普遍較低,大部分顆粒有機質(zhì)在海洋上層被細菌降解,僅有約10%可輸出至海洋中層(約1000米)以下,更有不到1%可最終到達沉積物中埋藏。然而,細菌對有機質(zhì)的降解和轉(zhuǎn)化機制并不清晰,細菌既是有機質(zhì)的降解者也是貢獻者,細菌的重要功能還可將活性有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為惰性細菌碎屑,從而助力碳封存,增加海洋碳匯。因此,細菌顆粒有機質(zhì)的豐度和活性成為影響生物碳泵儲碳效率的關(guān)鍵因素。但到目前為止,對水柱中細菌有機質(zhì)循環(huán)過程以及其對生物碳泵的貢獻仍知之甚少。

細菌對顆粒有機碳的降解與轉(zhuǎn)化
基于此,宋金明研究團隊對采集于西太暖池區(qū)的兩個全水柱懸浮顆粒物,通過解析細菌生物標志物D-氨基酸的變化,探究了細菌顆粒有機質(zhì)的豐度和活性。研究發(fā)現(xiàn),西太暖池表層約27%的顆粒有機碳和約39%的顆粒氮來源于細菌。然而,大多數(shù)細菌顆粒有機質(zhì)(約87%)具有易降解或半易降解特性,大約85%的細菌顆粒有機質(zhì)在100~300米深度之間被去除。細菌顆粒有機質(zhì)在上層海洋的快速去除可能與西太暖池區(qū)的寡營養(yǎng)特征有關(guān)。在寡營養(yǎng)條件下,大量細菌有機質(zhì)被呼吸消耗用于能量供給而非細菌生物量生產(chǎn)。此外,西太暖池區(qū)的高溫進一步增強了細菌有機質(zhì)的呼吸消耗,從而導致僅有~8%的細菌有機質(zhì)助力長期碳封存。這一結(jié)果表明,在寡營養(yǎng)海域細菌顆粒有機質(zhì)可能對生物碳泵儲碳的貢獻有限,這對解析開闊大洋碳匯過程與精確化評估海洋碳匯潛力具有重要的科學價值。

西太暖池區(qū)細菌顆粒有機質(zhì)的貢獻
論文第一作者為郭金強博士(目前在德國亥姆霍茲海洋研究中心從事博士后研究),宋金明、袁華茂研究員為論文通訊作者,該研究得到了國家自然科學基金、中科院A類先導專項等項目資助。
相關(guān)論文及鏈接如下:
Guo, J. Q., Zhou, B., Achterberg, E. P., Yuan, H. M., Song, J. M., Duan, L. Q., & Li, X. G. (2023). Rapid cycling of bacterial particulate organic matter in the upper layer of the Western Pacific Warm Pool. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL102896. https://doi.org/10.1029/2023GL102896.
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