南科大李芯芯课题组参与智利海沟航次调查取得研究进展

2021年06月17日科研新闻

海沟是全球海底地形最深处，同时也是板块构造体系的重要组成部分，研究这一深海环境的生物地球化学循环过程有助于我们进一步理解海洋的物质循环。近日，南方科技大学海洋科学与工程系（以下简称“海洋系”）助理教授李芯芯课题组与国内外知名海洋科学研究单位共同参与的智利海沟国际联合考察航次取得研究新进展，揭示了8000米深海沟沉积物有机碳的来源问题。

研究成果分别以“Distribution, source, and burial of sedimentary organic carbon in Kermadec and Atacama Trenches”为题发表于Journal Geophysical Research: Biogeosciences，以“阿塔卡马海沟表层水颗粒有机碳与微生物群落呼吸作用的时空变化研究”为题作为封面文章发表在中文核心刊物《海洋与湖沼》。美国地球物理联合会（AGU）周刊Eos也作为“Research Spotlights”做研究热点报道。

初级生产力是海洋真光层经光合作用产生有机碳的能力，支持整个海洋生态系统的运转，但上层水体有机碳的生物有机地球化学过程与极深海沟（>6000m）相关过程的关系尚不明确。科技的发展提高了大洋调查仪器的抗压能力，使得科学家可以深入大洋最深处采集样品，开展研究。

研究团队对东南太平洋的阿塔卡马海沟（Atacama Trench; AT）和西南太平洋的克马德克海沟（Kermadec Trench; KT）采集的12个沉积物柱状样（图1）进行有机碳的生物地球化学对比分析。结果显示，海沟沉积物的海源有机碳分布与初级生产力密切相关；而相对于非海沟站位（深海平原参考站位），两海沟沉积物的陆源有机碳含量分别高出18%和24%，是潜在的陆源有机碳汇。本研究同时衡量了沉积物的沉积速率和陆源有机碳的埋藏通量。

图1：克马德克海沟和阿塔卡马海沟位置及采样站位图

图2 阿塔卡马海沟表层海水采样站位

为探索海沟水体-沉积物的耦合作用，尤其是初级生产力（NPP）产生的颗粒有机碳(POC)与微生物降解过程的相互作用，课题组以阿塔卡马海沟(Atacama Trench)表层海水样品为例（图2），测试其有机碳参数和不同粒径微生物群落呼吸速率。结果表明，该海域表层水中0.8—3.0 μm 微生物对POC降解起主导作用。昼夜尺度上，微生物群落呼吸过程对POC元素组成和同位素分馏产生作用；空间尺度上，海沟站位表层的微生物群落呼吸过程主要受NPP影响，占NPP的0.5%—4.6%，低于大洋平均水平。这与该区域较高的NPP导致的高输出生产力有关。这为海沟沉积物有机碳部分源于初级生产力提供了一定证据。

该研究由中国自然科学基金委，欧洲研究基金会（ERC）、深圳市国际合作基金、深圳地球古菌组学重点实验室、南方海洋实验室（广州）等资助，南科大智利海沟航次相关研究目前由李芯芯课题组联合上海海洋大学、南京大学、厦门大学、南丹麦大学、德国AWI极地研究中心、智利康赛普西翁大学，新西兰NIWA等多家国内外研究院所合作开展，南科大海洋系博士后肖文杰、博士生赵昕、李文朋，已毕业本科生陈宏威等共同参与进行。