厦门大学黄毅彬副教授与黄邦钦教授团队利用剖面浮标揭秘边缘海深海碳脉冲！

科研进展

RESEARCH PROGRESS

近日，厦门大学海洋生物地球化学全国重点实验室黄毅彬副教授（海洋与地球学院）与黄邦钦教授团队（台湾海峡海洋生态系统国家野外科学观测研究站、环境与生态学院），在南海深海碳通量高频变化规律及其调控机制研究中取得新进展，相关成果以“Physical dynamics modulate deep-sea carbon flux in the western Pacific marginal sea”为题，发表于期刊Limnology and Oceanography。

该研究利用生物地球化学剖面浮标实现1000 m深颗粒有机碳通量连续三年高频观测，揭示了季节性气旋涡和沿岸急流驱动深海碳通量脉冲的机制。

研究背景

Background

生物泵通过将表层浮游植物固定的颗粒有机碳（POC）持续输送至深海，在海洋长期碳封存和全球碳循环中发挥关键作用。通常认为，只有颗粒有机碳沉降至1000 m甚至更深海域，才能实现百年以上尺度的碳储存，因此深海POC通量是评估海洋碳汇能力的重要指标。然而，受传统沉积物捕获器观测周期长、空间覆盖稀疏等因素限制，深海POC通量的连续、高时间分辨率观测长期缺乏，目前对于其季节演化规律及关键驱动过程的理解仍存在明显不足。

研究结果

Research Results

研究团队利用厦门大学在南海西南部布放的生物地球化学剖面浮标 (Bio-Argo) 所搭载的透射计（Transmissometer）作为“光学沉积物捕获器”，实现了1000 m深颗粒有机碳通量的连续监测（图1）。同时，通过集成Bio-Argo携带的温盐、溶解氧、叶绿素等多种物理、生物和光学传感器，构建了覆盖真光层、弱光层直至深海的生物泵关键过程连续观测体系，实现了从初级生产、颗粒输出到深海碳封存全过程的同步监测。

图1.Bio-Argo运行轨迹及其搭载的透射计（可作为“光学沉积物捕获器”）

高频观测解析物理过程对深海碳输出的调控

基于Bio-Argo连续三年观测结果估算，研究海域年平均净初级生产力、真光层POC输出通量和1000 m深POC通量分别为24.4 ± 6.4、3.3 ± 1.3和0.2 ± 0.1 mol C m-2 yr-1，对应的真光层输出效率和深海碳传输效率分别约为13%和6%。利用Bio-Argo估算得到的生物泵关键过程速率与历史船基观测结果高度一致，验证了利用Bio-Argo连续监测深海碳通量的可靠性。高时间分辨率连续观测进一步揭示了物理动力过程对深海碳输出的重要调控作用（图2）。每年7–9月浮标多次记录到季节性气旋涡事件，其通过上升流将深层富营养盐输送至真光层，促进浮游植物生长及颗粒有机碳生成，使净初级生产力、真光层POC输出通量和1000 m深POC通量分别达到非涡旋时期的1.5倍、1.8倍和1.7倍。除气旋涡外，浮标还于2018年4–6月记录到一次沿岸急流事件，使1000 m深POC通量较2017年同期增加约1.9倍。研究表明，边缘海深海碳输出不仅受表层初级生产过程控制，还受到陆架–海盆横向输送过程的重要调节，揭示了物理动力过程对深海碳循环的重要影响。

图2.生物泵关键碳通量的高频变化及其对物理过程的响应

不同粒径颗粒具有显著不同的深海输送效率

基于透射计对不同粒径颗粒的响应特征，研究进一步区分了大颗粒和小颗粒对深海POC通量的贡献（图3）。结果表明，大颗粒主导了深海POC通量的变化，在气旋涡和沿岸急流影响期间，其贡献约占深海总POC通量的70%，说明物理过程主要通过增强大颗粒输出促进深海碳输送。

时间滞后分析进一步揭示了不同粒径颗粒具有显著不同的输送时间尺度。大颗粒由真光层沉降至1000 m仅需15 ± 4天，对应平均沉降速度68 ± 22 m d-1；小颗粒则需54 ± 6天，对应沉降速度17 ± 2 m d-1。这一结果定量刻画了不同粒径颗粒向深海输送的效率及时间尺度，为理解海洋生物泵效率及深海碳封存过程提供了关键的观测证据。

图3.不同粒径颗粒对深海POC通量的贡献及其输送时间滞后

研究意义及展望

Significance and Prospects

该研究展示了Bio-Argo在连续监测“表层生产-颗粒输出-深海碳封存”全过程方面的独特优势，揭示了边缘海深海碳输出受气旋涡和沿岸急流共同调控的重要机制。研究成果为构建区域海洋碳循环长期观测体系、提高海洋碳汇评估精度、优化海洋生物地球化学模型提供了新的观测手段和科学依据，也为未来全球Bio-Argo观测网络拓展深海碳循环监测能力提供了重要示范。

研究团队及资助

Research Group and Funding

该论文第一作者为厦门大学2020级博士毕业生徐超，通讯作者为厦门大学黄毅彬副教授和黄邦钦教授，共同作者还包括自然资源部第二海洋研究所邢小罡研究员、厦门大学邱国强博士、法国索邦大学Antoine Poteau工程师、厦门大学王海黎教授级高级工程师、胡建宇教授和柴扉教授。该研究获得国家自然科学基金项目（42130401、42406099、42141002、42376117）、厦门市自然科学基金项目（3502Z202472006）和中央高校基本科研业务费专项资金（20720240105、20720240053）的联合资助。

论文来源及链接

Xu, C., Huang, Y., Xing, X., Qiu, G., Poteau, A., Wang, H., Hu, J., Chai, F., Huang, B. 2026. Physical dynamics modulate deep-sea carbon flux in the western Pacific marginal sea. Limnology and Oceanography, 71: e70440.

https://doi.org/10.1002/lno.70440

供稿 | 徐超 黄毅彬 黄邦钦

编辑 | 房月

排版 | 陈蕾

审核 | 杨伟锋 万显会

• 信息来源：中国海洋大学。

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