《Global and Planetary Change》近日以“Zooplankton fecal pellet flux and carbon export: The South China Sea record and its global comparison”为题，发表了海洋与地球科学学院博士生李嘉盈与合作者的研究成果，揭示了南海浮游动物粪粒碳通量的时空序列变化，并与全球深海浮游动物粪粒碳通量进行对比，探讨浮游动物粪粒向深海碳输出的控制机制。
浮游动物粪粒的垂向沉降是海洋有机碳从表层向底层输出的重要途径，构成海洋生物泵的关键过程。全球范围内，已有多项研究利用沉积物捕集器分析了浮游动物粪粒碳通量的时空变化。然而，这些研究大多集中在中上层海洋，对海洋深层的研究相对较少。有机碳向深海乃至海底的输出对于其长期封存至关重要，因此，量化快速下沉的浮游动物粪粒碳通量及其对深海有机碳输出的贡献是研究海洋生物泵效率的关键突破口。
该研究利用布设在南海南部广雅斜坡处TJ-T深海锚系上装备的两台时间序列沉积物捕集器，收集了2020年6月至2022年5月之间半月际分辨率的颗粒物样品，分析了沉降颗粒物中浮游动物粪粒的碳通量及其对沉降颗粒有机碳通量的贡献。在此基础上，整合了全球17个不同生产力海域的深海锚系沉积物捕集器（> 500 m）中浮游动物粪粒碳通量的数据集。
图1 浮游动物粪粒碳通量研究的深海锚系站位分布图
结果显示：南海南部沉降颗粒物中浮游动物粪粒碳通量具有明显的季节性变化，受到东亚季风影响，在夏季和秋季较低，冬季和春季较高；深层捕集器（2190 m）粪粒碳通量比上层捕集器（500 m）平均高出两倍，在冬末春初，深层粪粒碳通量增加更为显著，比上层高出五至十倍，与中深层浮游动物的再摄食打包和深层海流的侧向搬运密切相关；两年时间序列中，南海南部浮游动物粪粒对沉降颗粒有机碳的贡献平均为10%。
图2 南海南部颗粒有机碳通量与浮游动物粪粒通量的时间序列变化
全球范围内，浮游动物粪粒向深海输出的碳通量大多集中在0.1–2 mg C m-2 d-1区间，对颗粒有机碳输出的贡献集中在1–40%。将生产力较高的高纬度海域、上升流区域、热带边缘海与生产力较低的开放大洋寡营养海域进行对比，发现海洋初级生产力与浮游动物粪粒碳输出具有良好的相关性。在全球尺度上，浮游动物粪粒向深海的有机碳输出受温度、浮游动物生物量和浮游动物粒径谱的影响。
图3 全球深海浮游动物粪粒碳通量及其对颗粒有机碳输出的贡献
论文第一作者为我院博士生李嘉盈，通讯作者为刘志飞教授，合作者包括我院深海沉积学团队的多位教师和研究生。该论文是国家自然科学基金重点项目“南海南部深海沉积搬运过程及其对海洋碳循环影响的锚系观测研究”等项目的研究成果。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2024.104657