The impacts of nutrients and organic carbon availability on microbial carbon utilization and its consequences

海洋作为地球上重要的碳库，在全球气候变化的背景下，受到广泛关注。其中微型生物在海洋碳循环过程中发挥了重要作用。传统研究认为，环境营养盐浓度的提高可以增加初级生产力，固定更多的CO2，因此有利于储碳；而微型生物碳泵的生态学原理指出，过量营养盐会刺激细菌利用环境中的惰性有机碳，不利于储碳。即，固碳不等于储碳。同时，土壤和淡水环境的研究发现，在外源活性有机碳输入的条件下，原位环境的惰性有机碳会被加速利用，导致更多有机碳被消耗，称为“激发效应”(PrimingEffect,PE)。PE在碳循环中具有重要意义，然而人们对海洋环境的PE，缺乏基本的定性研究。本论文利用培养实验方法，通过营养盐和(或)碳源的...Ocean, as an important carbon pool on the earth, has attracted extensive attention in the context of global climate change. Scientific research shows that microbes play a key role in the process of marine carbon cycling. It is generally considered that inorganic nutrients supplement could lead to higher primary production by further CO2 fixation which is positive for carbon storage. However excess...学位：理学博士院系专业：海洋与地球学院_海洋生物学学号：2232012015345

The research of typical microbial functional group reveals a new oceanic carbon sequestration mechanism——A case of innovative method promoting scientific discovery

海洋微型生物是海洋生物地球化学循环的主要驱动者,也是海洋能量代谢的主要参与者,在海洋生态系统中发挥着举足轻重的作用.好氧不产氧光合异养细菌(AAPB)是海洋中一类重要的功能类群,在海洋中广泛分布,它们可以利用光能补充自身的能量代谢,在海洋碳循环中发挥着重要而特殊的作用.在21世纪初,由于微型生物显微荧光定量方法的弊端,人们对于AAPB分布规律的认识存在着一定的偏差."时间序列红外荧光显微数字化方法"(TIREM)的建立,修正了AAPB定量偏差,揭示了海洋中AAPB分布的真正规律.之后,对AAPB生态分布调控因素的进一步研究表明:相对于光照,溶解有机碳(DOC)对AAPB绝对丰度和相对丰度的影响更重要.此认识推翻了"AAPB通过利用光能就可以赢得与普通异养细菌竞争"这一"想当然"的理论推测.而对AAPB碳源利用特点的研究表明,此功能类群具有重要的碳分馏作用,即AAPB在碳代谢过程中,部分碳源并非简单的沿着传统生物泵方向传递.在此基础上的海洋微型生物与DOC相互作用关系研究,最终导致海洋储碳新机制—微型生物碳泵(MCP)的提出,它解释了海洋中巨大溶解有机碳库存在的原因和机制,实现了海洋储碳机制理论上的新突破.科技部创新方法工作专项项目(编号:2011IM010700);; 国家自然科学基金项目(编号:41422603,41176095,91428308);; 国家海洋局专项项目(编号:GASI-03-01-02-03)资

海洋微型生物碳泵理论的发展与展望

微生物是驱动海洋元素循环的主体,在调节全球气候变化中起着重要作用.近半个世纪海洋研究的一个谜团就是"为什么有着一个相当于大气CO2碳总量的惰性溶解有机碳(Recalcitrant Dissolved Organic Carbon, RDOC)库在海洋中长期存在?".生物泵(Biological Pump, BP)和微食物环(Microbial Loop, ML)研究加深了我们对生物在海洋碳循环中作用的理解,但直到微型生物碳泵(Microbial Carbon Pump, MCP)理论的提出,才真正阐释了海洋惰性溶解有机碳来源和存储的生物地球化学机制. MCP是由微型生物介导的溶解有机碳(非沉降)转化和迁移的海洋储碳新机制,提出了RDOC产生的3个重要途径:(1)微型生物特别是异氧细菌和古菌在有机质降解代谢过程中改造并分泌RDOC;(2)病毒颗粒裂解宿主导致细胞的死亡并释放RDOC;(3)原生动物等捕食者摄食微型生物并释放RDOC. MCP揭示了海洋RDOC的惰性机制,定义了两类RDOC组分(RDOCc和RDOCt),为调节气候和改善生态环境提供了可验证的理论.为纪念中国科学家在海洋碳循环领域的突出贡献,文章在回顾海洋微型生物与碳循环相关研究基础上,系统总结并讨论了MCP理论提出以来中国在此领域的国际引领地位和影响力,并展望了未来研究的方向

To Decipher the Ocean Carbon Sink Through Interdisciplinarity and the Integration of the Past and Present

海洋是地球上最大的活跃碳库,发挥着全球气候变化“缓冲器“的作用,研究海洋碳循环过程与储碳机制是当前的国际热点。然而,地球系统的复杂性注定了这个重大命题必须通过学科交叉、古今结合才能取得较全面的认识和新的突破。The ocean is the world's largest active carbon pool and buffers global climate change.Current scientific research focuses on ocean carbon cycling and carbon sequestration mechanisms.The new cognition can be successfully reached only through interdisciplinary and integrative studies of the past and present oceans.国家重大科学研究计划项目“海洋微型生物碳泵储碳过程与机制研究”(编号:2013CB955700); “南海深海过程演变”重大研究计划集成项目“南海碳循环与生物学储碳机制集成研究”资

海洋储碳机制及区域碳氮硫循环耦合对全球变化的响应

海洋作为地球表面最大的活跃碳库,其碳收支在很大程度上决定了全球气候变化的走向.然而,海洋碳循环是一个多时空尺度的过程,相关的碳收支估算存在很大的; 不确定性,其控制过程与机理更是一个颇具挑战性的难题(胡敦欣等, 2015),特别是海洋储碳机制,是研究全球变化及应对的核心内容之一.国家重点研发计划专项全球变化及应对项

中国海及邻近区域碳库与通量综合分析

中国海总面积约470万平方公里,纵跨热带、亚热带、温带、北温带等多个气候带.其中,南海北依\"世界第三极\"青藏高原、南邻\"全球气候引擎\"西太平洋暖池,东海拥有全球最宽的陆架之一,跨陆架物质运输显著,黄海是冷暖流交汇区域,渤海则是受人类活动高度影响的内湾浅海.中国海内有长江、黄河、珠江等大河输入,外邻全球两大西边界流之一的黑潮.这些鲜明的特色赋予了中国海碳储库和通量研究的典型代表意义.文章从不同海区（渤海、黄海、东海、南海）、不同界面（陆-海、海-气、水柱-沉积物、边缘海-大洋等）,以及不同生态系统（红树林、盐沼湿地、海草床、海藻养殖、珊瑚礁、水柱生态系统等）多层面对海洋碳库与通量进行了较系统地综合分析,初步估算了各个碳库的储量与不同碳库间的通量.就海气通量而言,渤海向大气中释放CO2约0.22Tg Ca-1,黄海吸收CO2约1.15Tg Ca-1,东海吸收CO2约6.92～23.30Tg Ca-1,南海释放CO2约13.86～33.60Tg Ca-1.如果仅考虑海-气界面的CO2交换,中国海总体上是大气CO2的\"源\",净释放量约6.01～9.33Tg Ca-1.这主要是由于河流输入以及邻近大洋输入所致.河流输入渤黄海、东海、南海的溶解无机碳（DIC）分别为5.04、14.60和40.14Tg Ca-1,而邻近大洋输入DIC更是高达144.81Tg Ca-1,远超中国海向大气释放的碳量.渤海、黄海、东海、南海的沉积有机碳通量分别为2.00、3.60、7.40、7.49Tg Ca-1.东海和南海向邻近大洋输送有机碳通量分别为15.25～36.70和43.39Tg Ca-1.就生态系统而言,中国沿海红树林、盐沼湿地、海草床有机碳埋藏通量为0.36Tg Ca-1,海草床溶解有机碳（DOC）输出通量为0.59Tg Ca-1;中国近海海藻养殖移出碳通量0.68Tg Ca-1,沉积和DOC释放通量分别为0.14和0.82Tg Ca-1.总计,中国海有机碳年输出通量为81.72～103.17Tg Ca-1.中国海的有机碳输出以DOC形式为主,东海向邻近大洋输出的DOC通量约15.00～35.00Tg Ca-1,南海输出约31.39Tg Ca-1.综上,尽管从海-气通量看中国海是大气CO2的\"源\",但考虑了河流、大洋输入、沉积输出以及微型生物碳泵（DOC转化输出）作用后,中国海是重要的储碳区.需要指出的是,文章数据是基于中国海各海区碳循环研究报道,鉴于不同研究方法上的差异,所得数据难免有一定的误差范围,亟待将来统一方法标准下的更多深入研究和分析.国家重点研发计划项目(编号:2016YFA0601400);;国家自然科学基金项目(批准号:91751207、91428308、41722603、41606153、41422603);;中央高校基础研究项目(编号:20720170107);;中海油项目(编号:CNOOC-KJ125FZDXM00TJ001-2014、CNOOCKJ125FZDXM00ZJ001-2014)资

中国西风区伊犁盆地塔勒德黄土-古土壤元素地球化学特征及环境意义/GEOCHEMICAL CHARACTERISTICS AND ENVIRONMENTAL SIGNIFICANCE OF THE TALEDE LOESS-PALEOSOL SEQUENCE IN WESTERLY AREA OF CHINA[J]

通过对新疆伊犁盆地塔勒德探井黄土-古土壤沉积物中常量、微量元素及其相关指标和参数的分析,讨论了西风区黄土-古土壤序列中各元素的分异规律及其与沉积环境之间的关系.结果表明塔勒德黄土-古土壤序列各层位中常量元素含量均表现出SiO2＞Al2O3 ＞CaO＞ Fe2O3 ＞MgO＞ Na2O＞K2O的变化特征；微量元素Rb,Sr,Sc,Ni,Cu,Ga,Mo,Y,Pb和Th在(弱)古土壤层、黄土层中相对下伏黄土L2层富集,而Zr,Cs,Nd和La在(弱)古土壤层中有不同程度的亏损.塔勒德黄土-古土壤的相关地球化学参数在整个研究地层序列中,黄土与古土壤之间分异并不显著,地球化学特征反映了受西风区影响的伊犁盆地黄土和古土壤形成时期其有效湿度较黄土高原同期小,形成环境更为干旱,具有其显著的区域特征.伊犁盆地黄土剖面元素地球化学特征主要受物质来源和气候环境的控制,当黄土物质具有相同来源时,其元素地球化学特征可以作为区域气候环境变化的良好代用指标