海洋生物碳泵（BCP）是海洋吸收并將有機(jī)碳輸送至深海、實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期封存的關(guān)鍵過(guò)程。其中，橈足類等浮游動(dòng)物產(chǎn)生的糞便顆粒（FP）是顆粒有機(jī)碳（POC）輸出的重要載體之一。但在自然海洋中，F(xiàn)P的“形成—下沉—分解”高度可變，導(dǎo)致顆粒碳通量常呈現(xiàn)明顯波動(dòng)與非線性響應(yīng)，機(jī)制識(shí)別與定量評(píng)估存在不確定性。
近日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所研究團(tuán)隊(duì)在BCP研究中取得進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)結(jié)合控制實(shí)驗(yàn)與多組學(xué)分析，定量闡明了當(dāng)浮游植物群落由硅藻向甲藻轉(zhuǎn)變時(shí)，浮游動(dòng)物攝食行為與微生物分解過(guò)程耦合機(jī)制，及其對(duì)POC深海輸出的影響。
研究團(tuán)隊(duì)將“攝食階段”和“分解階段”拆分開(kāi)展對(duì)比，并將關(guān)鍵過(guò)程參數(shù)納入統(tǒng)一框架評(píng)估。結(jié)果顯示，當(dāng)食物以甲藻為主時(shí)，橈足類產(chǎn)生的FP數(shù)量較硅藻處理組減少一半，下沉速度降低至硅藻處理組的三分之一，且微生物對(duì)甲藻來(lái)源FP的分解明顯加快。這些因素協(xié)同作用會(huì)導(dǎo)致FP向深海的輸送效率下降，最終削弱BCP效率。
在機(jī)制層面，F(xiàn)P的快速分解主要由機(jī)會(huì)型的顆粒附著微生物驅(qū)動(dòng)。宏基因組分析顯示，碳水化合物活性酶和溶酶體同工酶豐度，與FP分解速率高度相關(guān)，可作為評(píng)估FP分解強(qiáng)弱的重要生物指示信號(hào)。基因組證據(jù)表明，以浮霉菌為代表的附著型機(jī)會(huì)主義菌群具備更強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)能力、解毒系統(tǒng)與大分子降解酶體系，可在顆粒微環(huán)境中快速定殖并高效分解FP。
研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，升溫會(huì)通過(guò)增強(qiáng)關(guān)鍵分解酶基因豐度加快FP分解，且對(duì)甲藻來(lái)源FP的加速效應(yīng)更為突出。全球變暖背景下，許多海域持續(xù)出現(xiàn)硅藻比例下降、甲藻比例上升的結(jié)構(gòu)性轉(zhuǎn)變，這意味著這些區(qū)域的POC會(huì)更快被再礦化并滯留在上層海洋。研究強(qiáng)調(diào)，在評(píng)估碳匯功能變化時(shí)，需將浮游植物組成、浮游動(dòng)物攝食與微生物動(dòng)力學(xué)過(guò)程作為一個(gè)耦合系統(tǒng)綜合考慮，才能更準(zhǔn)確刻畫BCP的響應(yīng)與不確定性來(lái)源。
相關(guān)成果發(fā)表在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》《Environmental Science&Technology》上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)等的支持。（來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所）
相關(guān)論文信息：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c11967
橈足類攝食與微生物分解協(xié)同影響生物碳泵效率的示意圖