几种海洋生物碳收支及其对海洋碳循环的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘庆霞 |
| 答辩日期 | 2019 |
| 授予单位 | 南海海洋研究所 |
| 导师 | 张黎 |
| 关键词 | 碳收支，海洋碳循环，食浮游动物鱼类，浮游动物，浮游植物 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 海洋生物学 |
| 其他题名 | The carbon budget of several marine oragnisms and their implication on the ocean carbon cycle |
| 英文摘要 | 海洋生物在海洋碳循环中扮演非常重要的角色。浮游植物通过光合作用合成的有机碳沿食物链向浮游动物、鱼类等高营养级生物传递，在此过程中，海洋生物通过分泌、呼吸、排泄等活动产生大量的溶解有机碳（DOC）、二氧化碳（CO2）和颗粒碳（PC），在碳的海洋生物地球化学循环中发挥重要作用。浮游植物在海洋碳库和碳循环中的贡献已获得大量研究，其作用受N、P、Fe等元素影响。已知铝（Al）会增加海洋浮游植物的固碳和生源碳向深海的输送，但尚不清楚Al对海洋浮游植物的作用机理，甚至连Al的吸收及其在细胞内分布等基础的问题也缺乏研究。浮游动物碳排放产物对海洋有机和无机碳库有重要贡献，但浮游动物碳排放的分配比例却存在争论，并且，除桡足类外，也少有对其它海洋浮游动物类群碳排放的研究。食浮游动物鱼类是海洋食物网中的重要类群，近年来发现，海洋中层鱼类（大部分以浮游动物为食）可能在海洋碳循环中发挥重要作用，然而目前尚不清楚食浮游动物鱼类的碳同化及排放，因而无法准确估算中层鱼对海洋碳循环的贡献。基于以上研究背景，本论文为探讨海洋经典食物链中几种重要生物碳收支及其对海洋碳循环的影响，制定了以下研究方案：以浮游植物模式生物—威氏海链藻Thalassiosira weissflogii为对象，研究Al对海洋浮游植物碳固定和分解的影响及其作用机制；以浮游动物模式生物—褶皱臂尾轮虫Brachionus plicatilis为对象，研究浮游动物摄入碳的同化及排放，重点关注DOC的排放；以鱼类模式生物—海洋青鳉Oryzias melastigma为对象，研究鱼类摄入的食物碳和自身结构碳排放的分配，并结合鱼类碳排放模型估算全球大洋中层鱼的碳贡献。主要研究结果如下：（1）Al添加使海洋硅藻的固碳能力提高15%?23%，使POC的分解速率降低了29%-58%，说明Al促进了硅藻固碳，并减缓了硅藻POC的降解；海洋硅藻具有较强的吸收Al的能力，有相当部分（12%）的Al进入到细胞器中，可能影响了海洋硅藻的固碳，有少部分（< 3%）Al与蛋白质结合可能会形成稳定的化学结构，从而减缓生源碳的降解。我们的研究表明，Al可以通过增加海洋浮游植物固碳和促进生源碳向深海的输送，进而对生物泵和海洋碳循环产生影响。（2）喂食不同密度小球藻Chlorella sp.（1×105 cells/mL、5×105 cells/mL、1×106 cells/mL）后，褶皱臂尾轮虫对小球藻碳的同化率（AEs）为34%–51%，呈现随饵料密度增加而减小的趋势；未被轮虫同化的碳，主要以DOC的形态排放到水体中，DOC占碳排放的比例为37%–51%，随着饵料密度增加而增加；CO2的比例为15%–40%，随着饵料密度增加而减小；POC占碳排放的比例较少，为23%–34%，随着饵料密度的增加而增加。此外，褶皱臂尾轮虫排放的DOC中，低分子量有机碳（LMW，< 3kD）占57%–67%，胶体有机碳（COC, 3 kD–0.22 μm）占33%–43%。本研究结果表明，浮游动物可把相当部分食物中的碳转化为DOC，排放到水体中为细菌所利用，在海洋碳循环中发挥重要作用。（3）海洋青鳉摄食褶皱臂尾轮虫后，约25%–47%的食物碳被海洋青鳉同化转化为自身组织，未被同化的部分以DOC、CO2和PC的形式被排放到体外。海洋青鳉摄入食物碳的排放以DOC为主，约占碳排放的48%–59%；其次是CO2，约占碳排放的30%–40%；PC所占比例最小，约占碳排放的11%–13%。海洋青鳉的DOC以LMW为主（52%–55%），COC较少（45%–48%）。当海洋青鳉日摄食量占鱼体干重比为2.2%和4.3%时，结构碳库中的碳排出速率分别为0.12/d和0.053/d，结构碳排放以DOC（39%–42%）和CO2（40%–45%）为主，PC（16%–18%）较少。运用碳排放模型及其它参数，我们估算出大洋中层鱼类排放的DOC、CO2和PC的量分别为1.34–15.2 G t/y、0.95–10.8G t/y和 0.35–3.97 G t/y。我们的研究表明，食浮游动物的中层鱼类可以产生大量的DOC和快速沉降的粪球，不仅为微生物提供能量，对海洋生物泵和海洋碳循环也有重要影响。综上所述，本文通过研究Al对海洋硅藻碳固定和分解的影响及其作用机制，再次证实Al有益于硅藻生长，增加了硅藻固碳，铝添加使硅藻来源颗粒有机碳更难分解。通过对褶皱臂尾轮虫和海洋青鳉碳排放的研究，发现海洋浮游动物和鱼类摄入的食物碳排放均以DOC为主，证实浮游动物和鱼类是海洋DOC库的重要来源。通过估算全球大洋中层鱼的碳贡献，揭示了食浮游动物的中层鱼可以产生大量的有机碳，对海洋生物泵和碳循环也有重要影响。 |
| 源URL | [http://ir.scsio.ac.cn/handle/344004/18127]  |
| 专题 | 南海海洋研究所_学位论文（博士） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘庆霞. 几种海洋生物碳收支及其对海洋碳循环的影响[D]. 南海海洋研究所. 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：南海海洋研究所
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