《Progress in Oceanography》：Circadian particulate organic carbon driven by size-fractionated microbial communities in northern South China Sea
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本研究通过连续24小时多深度采样，分析南中国海北部陆架海域悬浮颗粒物光学特性及POC昼夜循环特征，揭示微生物群落丰度与呼吸速率对POC分布的驱动机制，发现暗碳固定对深层POC供应的重要性，强调昼夜POC变化在评估生物碳泵效率中的关键作用。
李欣欣|齐一帆|王紫嫣|李文鹏|陈宏伟|赵鑫
南方科技大学海洋科学与工程学院，中国深圳518055
摘要
颗粒有机碳（POC）的昼夜循环可能影响其季节性和年际生物地球化学模式。为了了解中国南海北部贫营养水域中的昼夜POC动态，本研究在一个大陆坡站点进行了连续24小时的时间序列采样，采样深度为4个层次（5米、叶绿素最大值层、200米和662米），并分析了悬浮颗粒物（SPM）的光学特性、POC的性质、微生物群落丰度及不同尺寸微生物的呼吸速率（MCR），以及它们的暗碳固定速率（DCF）。结果表明，SPM、POC、MCR、微生物丰度与光照强度之间存在不同程度的耦合相关性，这与不同的初级生产过程和昼夜垂直迁移模式有关。尺寸分级分析揭示了三种不同的代谢模式，但它们对总MCR的贡献没有显著差异：小型浮游植物和细菌浮游生物（0.2–0.8微米）的丰度变化呈现“快速碳循环模式”；中型浮游生物（0.8–3.0微米）的细菌丰度、POC和MCR之间存在显著相关性，它们作为主要的POC分解者；大型浮游生物（>3.0微米）则表现出解耦的代谢模式，可能利用非初级生产碳源。暗碳固定速率（56.9±9.2毫克碳/平方米/天）是深海中POC的重要来源，除了通过输出生产和侧向传输之外。该研究强调了在评估贫营养边缘海域生物碳泵效率时考虑昼夜POC科学的重要性和必要性。
引言
海洋中的颗粒有机碳（POC）循环受到不同时间尺度上生物地球化学过程的全面影响。季节性方面，初级生产受温度（Winogradow等人，2019年）、密度（Fennel，2010年）、营养浓度（Kawakami和Honda，2007年）以及浮游植物群落演替（Evangeliou和Florou，2013年；Lochte等人，1993年）等因素的影响，从而导致POC浓度的相应变化。来自遥感卫星和水下浮标的长期观测显示，POC浓度的年际和十年变化与厄尔尼诺-南方涛动等极端气候事件有关（Triana等人，2021年）。然而，上述时间尺度上的碳循环更容易受到人为干扰，而较短时间尺度上的碳循环为研究自然碳循环过程提供了更好的机会（Regnier等人，2013年），因此基于昼夜生物节律的POC循环观测是模拟更大规模自然过程的基础（Binder和DuRand，2002年）。在营养有限的贫营养海域中，光照强度的昼夜变化成为影响原位生物地球化学循环的关键因素（Oubelkheir和Sciandra，2008年）。这种影响主要体现在驱动初级生产力、调节水柱混合、影响生物节律（Binder和DuRand，2002年）以及控制有机物的光降解（Gomez-Consarnau等人，2019年；Zhao等人，2021年）方面。在冬季没有混合层的区域，昼夜变化可能比月度或年际变化更为重要（Stramska等人，1995年）。研究表明，海表面20%–30%的初级生产力通常在24小时内被代谢（Carvalho等人，2017年）。大多数浮游植物、细菌和病毒的生命周期都在24小时内完成，它们的复制、分裂、生长、代谢和其他生命活动与昼夜循环中的元素紧密相关（Aylward等人，2017年）。Ghiglione等人（2007年）指出，微生物对POC的利用转化效率在夜间更高，但这一偏见在当前的碳循环模型中仍未得到充分考虑，限制了对生物碳泵碳储存的全面评估。采样
采样工作于2020年9月1日至2日在南海北部大陆坡的TS站点（667米，北纬20.09度，东经115.21度）进行，使用RV“东方红3”号调查船（图1a）。连续24小时的水样采集在四个深度进行：5米（表层）、叶绿素最大值层（图1b）、200米和662米，采样间隔为3–4小时，时间从上午9点到次日上午5点，使用CTD（电导率、温度、深度）测量仪器。白天采样时间分别为上午9点、12点和16点，夜间...水体内悬浮颗粒物的光学特性
白天时，叶绿素最大值层逐渐加深，到晚上19点左右达到76米，夜间则变浅，在22点后稳定在约53米（图1b），这反映了有利于浮游植物生长的营养和光照条件的昼夜变化。根据TS图（图1c），采样在同一水体中进行了24小时跟踪（图1c）。悬浮颗粒物（SPM）的体积浓度范围为0.03至1.73（0.16±0.24）微升/升（图2a）。
海水中的昼夜SPM和POC
在光合作用层，初级生产对昼夜POC循环起着重要作用。颗粒光束衰减系数（Cp）与SPM和POC浓度、后向散射系数（Walsh等人，1995年）、叶绿素信号（Stramska等人，1995年）以及微生物丰度（Claustre等人，2002年）存在相关性，而这些参数在昼夜之间表现出不同程度的耦合（Mara?ón等人，2021年；Stramska等人，1995年）。在本研究中，Cp显示出最强的...结论
昼夜POC主要由微生物过程驱动，而不仅仅是浮游植物。虽然初级生产力、侧向传输和暗碳固定共同为系统提供了POC，但细菌浮游生物与POC变化和MCR的相关性更为显著，突显了它们在短期碳循环中的主导作用。未引用参考文献
Martínez-García等人（2009年）。CRediT作者贡献声明
李欣欣：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 初稿、可视化、验证、监督、项目管理、方法论、研究、资金获取、概念化。齐一帆：撰写 – 初稿、可视化、方法论、研究。王紫嫣：撰写 – 初稿、可视化、方法论、研究、正式分析、数据管理。李文鹏：撰写 – 初稿、方法论、研究。陈宏伟：撰写 – 初稿...利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。致谢
作者感谢RV“东方红3”号的船长和船员执行了NORC2021-05号开放研究巡航，该巡航得到了国家自然科学基金 Shiptime Sharing项目（编号42049905）的支持。作者还要感谢周春在巡航期间的领导作用。本研究得到了国家自然科学基金（编号42576030、42276045）、南方科技大学高级特别基金（编号G03050K001）以及广东大鹏液化天然气有限公司的支持。
