The outsized role of salps in carbon export in the subarctic Northeast Pacific Ocean  

樽海鞘在亞北極東北太平洋碳輸出中的超常作用  

來源：Global Biogeochemical Cycles, volume 37, article e2022GB007523.

《全球生物地球化學循環》第37卷，文章編號e2022GB007523

 

摘要內容

 

研究量化了2018年夏季亞北極東北太平洋樽海鞘（Salpa aspera）水華期間的碳輸出過程。樽海鞘通過三種機制顯著增強生物碳泵（BCP）效率：  

糞便顆粒輸出：占上層浮游動物糞便顆粒碳生產的82%，下沉速度達400–1,200 m d?1，微生物呼吸率低（<1%碳/天），導致100米層顆粒有機碳（POC）輸出占總下沉POC的48%。  

 

晝夜垂直遷移（DVM）主動輸送：夜間在表層攝食，白天在深層代謝，主動輸送碳至中深層。  

 

尸體下沉：水華衰退后尸體快速下沉。  

 

綜合效應使凈初級生產力（NPP）輸出到透光層底部的比例（E比率）提高1.5倍，透光層以下100米的POC留存比例（T???）提高2.6倍，顯著提升碳封存效率。  

 

研究目的

量化樽海鞘水華期間的多途徑碳輸出（糞便顆粒、DVM主動輸送、尸體下沉）。  

 

評估樽海鞘對亞北極低通量海域生物碳泵效率的貢獻。  

 

填補因樽海鞘斑塊分布和遷移行為導致的觀測數據缺失。  

 

研究思路

綜合觀測：在海洋站Papa（OSP）區域，結合多網分層拖網（MOCNESS）、水下視覺剖面儀（UVP）、沉積物陷阱（凝膠陷阱）和同位素標記法。  

 

過程量化：  

 

糞便顆粒：測量生產速率、下沉速度（旋轉罐實驗）和微生物呼吸（Unisense微呼吸系統）。  

 

DVM主動輸送：通過晝夜拖網和模型計算呼吸CO?、排泄DOC和糞便碳的深層通量。  

 

尸體輸出：基于種群壽命模型估算自然死亡率導致的碳通量。  

數據整合：對比樽海鞘介導通量與總POC通量，計算其對BCP效率的提升。  

 

測量數據、來源及研究意義

樽海鞘豐度與分布：  

 

數據來源：MOCNESS拖網（圖1）和UVP成像（圖1,3）。  

 

 

 

意義：證實樽海鞘晝夜垂直遷移（白天300–750 m，夜間0–100 m），揭示其聚集行為對碳輸出的空間影響。  

糞便顆粒動力學：  

 

生產速率：25.7 μg C ind?1 h?1（圖4a），占群落總糞便碳的82%（圖4b）。  

 

 

下沉速度：平均779 m d?1，高速下沉減少中層再礦化。  

 

微生物呼吸：Unisense電極測得僅0.4%碳/天被降解（方法2.6），支持糞便顆粒的高效碳保存。  

 

意義：解釋糞便顆粒為何貢獻48%的100米層POC輸出（圖4d）。  

DVM主動輸送：  

 

數據來源：模型計算呼吸CO?、排泄DOC和深層糞便碳（圖5）。  

 

 

通量：平均1.0 mg C m?2 d?1（占樽海鞘總輸出的11%）。  

 

意義：揭示遷移行為將表層碳直接輸送至中層，減少透光層再循環。  

尸體輸出：  

 

通量：0.9 mg C m?2 d?1（圖6），快速下沉（700 m d?1）減少衰減。  

 

 

意義：提供水華衰退后的額外碳輸出途徑。  

綜合碳通量對比：  

 

樽海鞘總輸出：8.9 mg C m?2 d?1，占100米層沉積物陷阱POC通量的34%（圖6）。  

 

意義：量化其對BCP效率的提升（E比率從12%升至18%，T???效率提高2.6倍，表1）。  

 

 

結論

主導碳輸出：樽海鞘糞便顆粒是核心輸出途徑（占群落糞便碳82%），高速下沉與低降解率使其成為高效碳載體。  

 

提升BCP效率：在低通量海域，樽海鞘使透光層底部碳輸出比例（E比率）提高1.5倍，中層碳留存率（T???）提高2.6倍。  

 

生態啟示：樽海鞘通過"短路"微生物食物網（直接攝食細菌并輸出），將寡營養系統的碳流向從再循環轉向輸出，挑戰傳統BCP模型。  

 

丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

 

研究中使用的Unisense微呼吸系統（方法2.6）直接量化樽海鞘糞便顆粒的微生物呼吸速率（0.6 ± 0.2 μg C 顆粒?1 天?1），其意義在于：  

關鍵機制驗證：證實糞便顆粒在深層海洋中僅0.4%碳/天被微生物降解，解釋其高碳保存率（99.6%），支撐高速下沉顆粒的高效碳輸送假說。  

 

技術優勢：微腔室設計（700 μL）結合高精度氧傳感（檢測限<0.1%氧變化），實現單顆粒水平呼吸測量，克服傳統方法對稀有顆粒（如大型糞便）的測量局限。  

 

模型參數約束：提供顆粒降解動力學關鍵參數，優化全球碳循環模型中POC衰減算法（如指數衰減系數b值）。