北冰洋楚科奇海颗粒有机碳的垂直分布特征及其生物地球化学调控机制

本研究针对北极快速变暖背景下楚科奇海碳循环机制不清的科学问题，通过分析生物聚合物碳（BPC）组分（CHO-C、PRT-C、LIP-C）对颗粒有机碳（POC）的贡献率及垂直分布特征，揭示脂类碳（LIP-C）在碳输出中的核心作用，并发现北风海盆（NB）存在侧向输送对POC的显著影响，为理解北极生物泵效率变化提供了关键数据支撑。

　　

北极海洋作为全球碳汇的关键区域，其CO₂
吸收量占全球海洋的5-14%。然而，气候变暖导致的海冰消退和永久冻土侵蚀，正使北极碳汇功能面临严峻挑战。其中，楚科奇海作为太平洋水进入北极的主要通道，其碳循环过程对北极乃至全球气候系统具有重要影响。但现有研究多局限于真光层（epipelagic zone），对中深层（mesopelagic）和深渊层（bathypelagic）的碳动态认知严重不足。

为揭示全水柱尺度下碳循环机制，韩国海洋科学技术院（KIMST）资助的研究团队在2021-2022年夏季，通过"ARA12B"和"ARA13B"航次对楚科奇海北部9个站点进行采样。研究聚焦生物聚合物碳（BPC）三大组分——碳水化合物碳（CHO-C）、蛋白质碳（PRT-C）和脂类碳（LIP-C）的垂直分布规律，及其对颗粒有机碳（POC）的贡献机制。该成果发表于《Marine Environmental Research》，为预测北极碳汇功能演变提供了新见解。

关键技术方法包括：1）基于温度/盐度/营养盐的层次聚类分析划分门捷列夫海岭（MR）、楚科奇海盆（CB）和北风海盆（NB）三个区域；2）高效液相色谱（HPLC）测定叶绿素a浓度；3）荧光分光光度法量化BPC组分；4）稳定同位素分析区分碳来源。

【研究结果】

1. 环境特征与BPC组成
   聚类分析显示NB区受波弗特环流影响，呈现低盐高温特征。所有区域均表现为氮限制状态，促使浮游植物优先合成LIP-C而非PRT-C。BPC组成在三大区域高度一致，LIP-C占比达54-62%，显著高于CHO-C（23-28%）和PRT-C（15-18%）。

2. 垂直分布与衰减特征
   LIP-C在三大区域均表现最慢的衰减速率（0.0005-0.0013 m^-1
   ），其POC贡献率随深度增加而升高，在CB区300米深处达75%。MR和CB区POC峰值与LIP-C高值层对应，而NB区POC在真光层至深渊层持续高值，暗示陆源输入或侧向输送的额外贡献。

3. 区域差异机制
   MR和CB区POC分布主要受原位BPC（特别是LIP-C）调控，而NB区POC与叶绿素a相关性弱（R²
   =0.21），结合δ¹³
   C值偏负特征，证实该区域受陆源有机质和太平洋入流水影响显著。

【结论与意义】
该研究首次系统揭示了楚科奇海全水柱BPC的垂直分布规律，证实脂类碳（LIP-C）因其高能量密度和抗降解特性，成为碳输出的核心载体。特别发现北风海盆（NB）存在不同于其他区域的POC输送机制，这对完善北极碳循环模型具有双重启示：1）传统基于真光层参数的生物泵效率评估可能低估LIP-C的长期封存潜力；2）需在区域尺度上区分原位生产与侧向输送对POC通量的相对贡献。随着北极放大效应持续，这项研究为预测碳汇功能演变提供了关键科学依据。