《Marine Environmental Research》：Transformation of particulate matter while sinking through the oxygen minimum zone of the Eastern Arabian Sea
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悬浮颗粒有机碳氮及同位素特征显示，阿拉伯海东岸两站点表层60米内有机质快速降解，氮同位素比值升高，δ13C值随深度降低至-25.6‰，表明重碳化合物流失。亚缺氧层对颗粒埋藏有次要作用，显微镜观测证实颗粒组成及降解程度受氧分层影响。
Siby Kurian|Apsara Vijayan|Damodar M. Shenoy|Suhas Shetye|Supriya Karapurkar|Albertina Dias|Anand Methar|Aninda Mazumdar|Aditya Peketi|Rakhee Khandeparkar
摘要：
海洋中颗粒有机物的降解在调节海洋碳循环和维持缺氧最小带方面起着关键作用。本研究分析了阿拉伯海东部两个站点的悬浮颗粒物质，这些站点涵盖了氧化水和亚氧化水层，以探讨颗粒物质在垂直传输过程中的变化。扫描电子显微镜显示，不同类型的浮游生物群落存在，且随着深度的增加，其丰度显著下降。颗粒有机碳（POC）和颗粒氮（PN）的浓度在表层60米内急剧减少，表明在光合作用活跃区域易分解的有机物迅速降解。POC/PN比值随深度增加而增加，表明在再矿化过程中氮元素优先丢失。δ15N值介于+2.7‰至+6.4‰之间，表层和亚氧化层中的δ15N值较高，而δ13C值则随深度增加而逐渐降低（最高达到?25.6‰），这反映了较重同位素的损失以及较轻、更难分解物质的占比增加。浮游植物标志色素在表层水柱中较为丰富，而降解产物则主要存在于亚氧化水中。脂肪酸甲酯谱中棕榈酸含量最高，其次是硬脂酸，这表明硅藻和甲藻占主导地位。甾醇分析发现了胆固醇、 brassicasterol、stigmasterol和β-sitosterol，它们的浓度随深度变化而变化。尽管两个站点之间的深度和溶解氧分布存在差异，但研究一致表明，在表层60米的氧化水柱中有机物发生了大量降解，并揭示了各种生物地球化学标志物的不同保存效率。
引言
“生物泵”通过光合作用将无机碳转化为有机碳，并将其从表层海洋输送到深海，在全球碳循环中起着关键作用。其效率取决于颗粒有机物（POM）再矿化的深度，这一过程受到温度、有机物质量、颗粒大小、压载物组成和微生物活动等因素的影响（DeVries和Weber，2017；Laufk?tter等人，2017；Cram等人，2018）。主要由浮游植物聚集体、浮游动物粪便颗粒和碎屑物质组成的有机颗粒的垂直通量是这一过程的主要驱动力（Turner，2015）。颗粒的组成、密度、孔隙率和生态来源的不同导致其沉降速度和再矿化速率也有所不同（Iversen和Lampitt，2020；Kobari等人，2013）。大部分颗粒通量在 twilight zone（约100–1000米深度）被减弱，因为那里的微生物降解活动最为活跃（Buesseler和Boyd，2009）。早期模型强调沉降速度和降解速率之间的平衡，而最近的研究指出这两个过程的耦合是碳通量效率的关键决定因素（Alcolombri等人，2021）。实验室和野外实验表明，压载矿物可以加速颗粒沉降，从而减少其在下降过程中的停留时间并促进易分解有机碳的降解（Ploug等人，2008）。
阿拉伯海（AS）是北印度洋生物生产力最高的区域，在中层深度（150-1200米）形成了明显的缺氧最小带（OMZ），这一现象是由西南季风的上升流和东北季风的对流混合作用驱动的（Wyrtki，1971；Madhupratap等人，1996；Naqvi等人，2006）。表层海洋产生的有机物在沉降过程中会经历多个降解阶段。缺氧最小带通过抑制微生物对下沉颗粒的降解，促进了碳向深海的有效转移（Cram等人，2018；Weber和Bianchi，2020）。尽管阿拉伯海拥有全球最强烈的缺氧最小带之一，但关于下沉通量转移效率的研究仍然有限（Gaye等人，2013；Roullier等人，2014；Keil等人，2016）。对上层缺氧最小带中通量减弱现象的观察以及靠近下层氧跃层的颗粒重新聚集现象表明，与氧化区域相比，缺氧最小带可能增强了深海碳的输送（Roullier等人，2014）。Keil等人（2016）指出，氧气浓度和微生物循环动态是上层缺氧最小带中通量转移的关键调节因素，而在更深层次则由浮游动物活动和沉降速度主导。最近，Cram等人（2022）强调，缺氧最小带内再矿化的减缓，加上浮游动物介导的颗粒运输和分解，有助于提高碳通量效率。
阿拉伯海缺氧最小带下的沉积物富含有机物，其原因包括表层的高生产力、底层水中的低氧水平以及沉积速率（Paropkari等人，1992；Calvert等人，1995；Pedersen等人，1992；van der Weijden等人，1999；Kurian等人，2020）。众所周知，大多数在表层海洋产生的有机物在表层水域被循环利用，只有少量到达更深的水域，而更少的部分被保存在沉积物中（Wakeham和Lee，1993）。传统上使用沉积物捕集器长时间收集下沉颗粒，从而获得了关于阿拉伯海季风驱动的生产力和颗粒通量季节变化的宝贵信息（Nair等人，1982；Haake等人，1993；Rixen等人，2019；Vijayan等人，2023）。最近，大容量的原位过滤系统被用来捕获大量海水中的悬浮颗粒，使得对其成分和特性进行详细分析成为可能（Wakehalm和Canuel，1988；Gaye等人，2013）。虽然沉积物捕集器仅收集下沉颗粒，但原位泵可以同时捕获较大的颗粒（>70 μm，代表下沉部分）和较小的颗粒（1–70 μm，代表悬浮部分）（Abramson等人，2010；Gaye等人，2013）。然而，在海洋中层，使用沉积物捕集器和原位过滤收集的颗粒有机物显示出不同的类别，这些颗粒在颗粒大小和有机组成上存在差异（Wakeham和Canuel，1988）。一般来说，悬浮颗粒富含钙化藻类的标志物，而下沉颗粒主要与硅化藻类相关（Abramson等人，2010）。尽管有许多研究关注阿拉伯海缺氧最小带内外有机物的保存情况以及下沉通量的季节性变化，但悬浮颗粒物质（SPM）在下降过程中发生的变化和降解仍需进一步探索。本研究旨在分析从阿拉伯海缺氧最小带收集的SPM，以探讨其通过氧化层和亚氧化层下沉时的变化。采样站点表现出分层氧气分布，表层水为氧化状态，有一个站点在底部附近出现了明显的亚氧化层（O2 ≤ 0.1ml/L；Naqvi等人，2010），而另一个站点在200米深度以下始终处于亚氧化状态。除了分析碳和氮的浓度及其稳定同位素组成外，我们还使用了一系列有机生物标志物（包括浮游植物色素、氨基酸、脂肪酸和甾醇）来追踪整个水柱中SPM的来源和降解途径。
材料与方法
用于生物地球化学分析的水样来自阿拉伯海东部的两个站点：G12E站点（水深668米）和G14B站点（水深1484米），采样时间是在2021年10月RV Sindhu Sadhana第84次研究航行期间（图1a）。采样使用安装在CTD（CTD rosette系统）上的Niskin瓶进行。温度和盐度剖面数据由CTD（SBE 19 plus，Sea-Bird Electronics，美国）测量，测量精度为±0.001 °C和±0.0001 S m-1
站点的水文条件
G12E站点的海表温度（SST）为29.36 °C，随着深度增加逐渐降至650米处的10.99 °C（图2a）。海表盐度（SSS）为34.82，然后在底层逐渐增加到35.65，这与阿拉伯海的高盐度水体相符。盐度随后略有下降，并在整个较深的水柱中保持相对稳定。G14B站点的温度和盐度剖面类似；然而，温度有所下降
SPM在通过缺氧最小带下沉过程中的降解
本研究在阿拉伯海东部的两个站点分析了SPM，以研究其在通过氧化水和亚氧化水层下沉过程中的变化。G12E站点的上层水体为氧化状态，而在200米深度以下转变为持续的亚氧化条件（图2a）。相比之下，G14B站点的表层水体为氧化状态，缺氧最小带内的中间层为亚氧化状态，底部水体为缺氧状态（图2b）。因此，有机物的下沉通量
结论
本研究基于显微镜观察和来自两个站点的无机和有机地球化学指标，揭示了SPM在通过阿拉伯海东部氧化、缺氧和亚氧化水柱下沉过程中的变化。结果表明，大部分有机物在氧化水层的表层60米内发生降解，而亚氧化条件和水深在SPM的埋藏过程中起次要作用。显微镜图像显示
CRediT作者贡献声明
Supriya Karapurkar：正式分析。Albertina Dias：正式分析。Anand Methar：资源准备、方法论。Aninda Mazumdar：方法论、调查。Aditya Peketi：撰写 – 审稿与编辑、方法论。Rakhee Khandeparkar：方法论、正式分析。Siby Kurian：撰写 – 审稿与编辑、资金获取、数据管理、概念构思。Apsara Vijayan：方法论、正式分析。Damodar M. Shenoy：撰写 – 审稿与编辑、项目管理、资金
未引用的参考文献
Keil等人，2016；Nair等人，1989；Volkman等人，1989。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
我们感谢CSIR–国家海洋研究所（CSIR-NIO）的主任提供必要的设施和支持，以完成这项研究。我们感谢RV Sindhu Sadhana SSD-084航次的参与者和船员在船上样本收集过程中的协助。特别感谢Sidharth Vernekar先生在操作McLane过滤装置方面的支持，以及Areef Sardar先生在扫描电子显微镜（SEM）分析方面的帮助，还有Teja女士的帮助
