近日，国际海洋学期刊Journal of Geophysical Research-Oceans以“Zooplankton fecal pellet characteristics and contribution to the deep-sea carbon export in the southern South China Sea”为题发表我院博士生李嘉盈及合作作者的研究成果，揭示了南海浮游动物粪粒特征、数量通量、碳通量及其对沉降颗粒有机碳通量贡献的时空序列变化。这是迄今我院发表的第一篇以浮游动物粪粒碳通量为主题的研究论文。
浮游动物粪粒是浮游动物摄食浮游植物或其他物质后产生的颗粒状排泄物，是海水中一种常见的颗粒有机物。作为海洋生物泵的关键过程，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一种重要途径，对研究海洋生物泵组成、海洋有机碳输出与局地生态系统动力学机制具有重要意义。从上世纪70年代开始，已有数百项研究报道了全球范围内多个海域的浮游动物粪粒，探讨了粪粒产生、沉降、降解和再循环的过程。然而，这些研究大多集中在大西洋和两极的上层海洋，对于太平洋边缘海和海洋深层的研究相对较少。
该项研究利用南海南部湄公河岸外广雅斜坡处TJ-T站位两个深水锚系沉积物捕集器（500 m, 2190 m）在2020年6月至2021年5月收集到的沉降颗粒物为研究材料，分析了沉降颗粒物中浮游动物粪粒的特征、数量通量与碳通量。结果显示，南海南部沉降颗粒物中浮游动物粪粒的平均数量通量和平均碳通量，在500 m深度分别为2.30×104 pellets m-2 d-1和0.31 mg C m-2 d-1；在2190 m深度分别为4.22×104 pellets m-2 d-1和0.71 mg C m-2 d-1。其中，椭球形和球形粪粒为主要类型，占粪粒数量通量的90%以上；体积较大的长柱形粪粒数量较少（平均6%），但其对粪粒碳通量的贡献达到15%。
图1 南海南部深海典型浮游动物粪粒的镜下照片
粪粒数量通量与碳通量具有明显的季节性变化：在夏季和秋季较低，冬季和春季较高，最高值出现在12月至1月上旬；反映东亚冬季风带来的表层降温、水柱混合与强降雨的影响，使得海洋表层初级生产力增强、浮游动物生物量增加。
垂向上，粪粒通量在2190 m深度处高于500 m深度处，且在2190 m处出现更多体积更大的粪粒，揭示了中深层浮游动物群落对粪粒碳输出的显著影响。南海南部浮游动物粪粒碳通量占总沉降颗粒有机碳通量的0.4%–30.0%，平均占9.0%。在东亚冬季风期间，粪粒碳通量的贡献显著增加，指示此时浮游动物粪粒是构成有机碳向下沉降的主要来源。
图2 南海南部深海时间序列的沉降颗粒有机碳通量与浮游动物粪粒碳通量
该项研究首次提供了热带边缘海浮游动物粪粒特征与碳通量的时空序列变化信息，揭示了粪粒碳通量与东亚季风、海洋表层生产力与浮游动物群落组成间的相关关系，对研究热带边缘海的海洋生物泵效率与生物地球化学循环具有重要意义。
论文第一作者是我院博士生李嘉盈，通讯作者是刘志飞教授，合作作者还包括林宝治博士、赵玉龙副教授等深海沉积学团队的多位教师和研究生。该项研究由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”等项目资助开展。
全文链接：https://doi.org/10.1029/2022JC019412