The missing piece of the upper mesopelagic carbon budget? Biomass, vertical distribution and feeding of aggregate-associated copepods at the PAP site

上層中層碳收支中缺失的部分？PAP 站點(diǎn)聚集體相關(guān)橈足類的生物量、垂直分布和攝食

來源：Progress in Oceanography 10.1016/j.pocean.2019.102243

 

摘要核心發(fā)現(xiàn)

 

本研究首次量化了小型聚集體相關(guān)橈足類（<1 mm）對海洋碳通量的關(guān)鍵作用。通過測量聚集體攝食者M(jìn)icrosetella norvegica（橈足綱）和Oncaeaspp.（劍水蚤目）的生物量、垂直分布及攝食率，發(fā)現(xiàn)其碳消耗高達(dá)79±33 mg C m?2 d?1，接近該區(qū)域上層碳預(yù)算盈余（172 mg C m?2 d?1）。這些橈足類通過降解海洋雪顆粒，顯著影響生物泵效率，是解釋中深海碳預(yù)算失衡的關(guān)鍵因子。

 

研究目的

 

1.生態(tài)功能解析：

 

量化兩種橈足類（M. norvegica與Oncaeaspp.）對海洋雪顆粒的攝食貢獻(xiàn)，揭示其在碳通量衰減中的作用。

2.碳需求估算：

 

結(jié)合呼吸率（Unisense電極）、胃葉綠素含量等功能響應(yīng)實(shí)驗，構(gòu)建碳需求模型。

3.生物泵效率修正：

 

驗證"門衛(wèi)假說"（Jackson 1993），即小型橈足類通過攝食下沉顆粒調(diào)控碳輸出效率。

 

研究思路

 

1. 多維度數(shù)據(jù)整合

 

 

生物量與分布：多層網(wǎng)采樣（0-1000 m，5個水層）獲取豐度與垂直分布（圖2）。

 

攝食率量化：

 

胃葉綠素分析（圖3）

 

功能響應(yīng)實(shí)驗（束毛藻與碎屑聚集體攝食，圖4）

 

呼吸率測量（Unisense微電極，表2）

 

卵產(chǎn)量估算

 

碳需求計算：整合呼吸率、攝食率與生物量數(shù)據(jù)，估算區(qū)域碳消耗（圖5）。

 

2. 時空動態(tài)對比

 

 

在PAP站位（東北大西洋）10天內(nèi)進(jìn)行8次采樣，對比不同水文條件下橈足類響應(yīng)（表1）。

 

結(jié)合CTD剖面（溫度、鹽度、熒光，圖1）解析環(huán)境驅(qū)動因子。

 

關(guān)鍵數(shù)據(jù)及研究意義

1. 生物量與垂直分布（圖2）

 

數(shù)據(jù)：

 

總生物量55–280 mg C m?2（0.27–1.32×10? ind. m?2），種間貢獻(xiàn)相近。

 

M. norvegica聚集在表層（0-100 m），Oncaeaspp.分布于深層（>100 m）。

 

意義：揭示垂直生態(tài)位分化——M. norvegica在熒光峰附近攝食自養(yǎng)聚集體，Oncaeaspp.在弱光層降解異養(yǎng)碎屑。

 

2. 攝食率與碳需求（圖3-5）

 

 

數(shù)據(jù)：

 

胃葉綠素：M. norvegica（0.09±0.08 ng chl-a ind.?1）顯著高于Oncaeaspp.（圖3）。

 

功能響應(yīng)：M. norvegica對束毛藻攝食率高達(dá)0.11 μg C ind.?1 d?1（圖4a）。

 

碳消耗總量：79±33 mg C m?2 d?1（圖5），其中50%發(fā)生在0-50 m層。

 

意義：證實(shí)種類特異性攝食策略——M. norvegica主導(dǎo)表層碳降解，Oncaeaspp.調(diào)控中深層通量衰減。

 

3. 呼吸率數(shù)據(jù)（表2）

 

數(shù)據(jù)：

 

M. norvegica：0.020±0.027 μL O? ind.?1 h?1

 

Oncaeaspp.：0.026±0.020 μL O? ind.?1 h?1

 

意義：為碳需求模型提供核心代謝參數(shù)，支撐"呼吸率→碳消耗"換算（呼吸商0.97）。

 

丹麥Unisense電極數(shù)據(jù)的核心價值

技術(shù)突破性

 

單個體代謝解析：

 

采用Clark氧電極（精度0.005 μL ind.?1 h?1）直接測量橈足類耗氧率，避免群體培養(yǎng)偏差。

 

原位過程模擬：

 

控溫（12°C）黑暗環(huán)境模擬中深海條件，結(jié)合背景扣除（過濾海水空白）分離專屬代謝信號。

 

關(guān)鍵科學(xué)發(fā)現(xiàn)

 

1.代謝基準(zhǔn)建立：

 

測得M. norvegica呼吸率為0.02 μL O? ind.?1 h?1，據(jù)此推算其碳需求為0.24±0.33 μg C ind.?1 d?1（表3），與胃含物法結(jié)果交叉驗證。

2.碳預(yù)算閉合關(guān)鍵：

 

呼吸數(shù)據(jù)支撐"橈足類消耗50%上層碳盈余"結(jié)論（對比Belcher et al. 2016），破解中深海碳失衡謎題。

3.種類代謝差異：

 

Oncaeaspp.深層分布但呼吸率與表層種相當(dāng)，暗示其適應(yīng)低能環(huán)境的高效能量利用策略。

 

應(yīng)用意義

 

生物泵參數(shù)化：

 

為全球碳模型提供小型橈足類代謝參數(shù)，修正傳統(tǒng)"細(xì)菌主導(dǎo)降解"的認(rèn)知偏差。

 

氣候變化響應(yīng)指標(biāo)：

 

呼吸率對溫度敏感（Q??≈2），可預(yù)測變暖下碳通量衰減加速。

 

結(jié)論

 

1.碳循環(huán)"缺失環(huán)節(jié)"：

 

小型橈足類降解79 mg C m?2 d?1，占PAP區(qū)域上層碳盈余的46%，是生物泵效率的關(guān)鍵調(diào)控者。

2.垂直分工機(jī)制：

 

M. norvegica與Oncaeaspp.通過表層-深層分工優(yōu)化碳利用——前者攔截新鮮聚集體，后者降解深層碎屑。

3.方法學(xué)革新：

 

Unisense電極實(shí)現(xiàn)單個體分辨率代謝測量，為微型生物碳代謝研究樹立新標(biāo)準(zhǔn)。

 

未來方向：量化氣候變暖對橈足類代謝的影響，并整合分子技術(shù)解析其攝食選擇性。