海洋中的颗粒有机碳(POC)的组成及来源

2022-06-23

  颗粒态有机碳:(Particulate Organic Carbon,POC)指不溶于水而以颗粒状态悬浮在水体中的碳的一种形式。


  POC虽然占总C组成的很小部分,但由于其沉降作用决定了POC在固碳及向下运输相关元素方面扮演着重要角色,具有生物泵的功能。


  研究表明,人类每年向大气排放的CO2约有一半被海洋吸收,并通过浮游植物的光合作用转化为颗粒有机碳被沉降固定下来,POC是海洋生物体代谢、沉积物再悬浮及陆源输入产生的有机颗粒物,包括浮游植物细胞、细菌以及有机碎屑等,是海水中碳固化和迁移输出的主要形式。在海洋中,POC的变化反映水中颗粒物的运动变化。


  POC的沉降在碳循环中占有重要作用,是气候变化重要调剂机制之一。水体中的POC在整个碳循环及生态系统中有着举足轻重的地位和能力,不仅对水中的胶体有机碳(COC)和溶解无机碳(DIC)及溶解有机碳(DOC)的行为有一定程度上的控制,而且还是所有生物摄食和代谢的主体,对水体生态系统结构有着巨大影响。


  POC的组成:海洋POC可分为生命与非生命两部分。生命POC来自生物生产过程,包括微小型光合浮游植物,大型藻类以及细菌、真菌、噬菌体、浮游动物、小鱼小虾、海洋哺乳动物;非生命POC也称为有机碎屑,包括海洋生物生命活动过程中产生的残骸、粪便等。不同海区POC的组成各不相同,对楚科奇海的研究发现,沉降的生命POC主要由粒径<330μm,以硅藻为优势的浮游植物(包括硅藻、甲藻、绿藻、鞭毛藻)、小型浮游动物(纤毛虫类、肉足虫类)和以桡足类为优势的大型浮游动物(桡足类、箭虫、腹足类、枝角类)组成幼虫)以及非生命的浮泥小颗粒、浮游动物粪便、蜕皮和桡足类残体组成。


  POC与生物过程的关系:海洋真光层的浮游植物通过光合作用吸收水体里的溶解CO2,通过一系列的光化学反应将其转化为颗粒态,即有生命的POC(大多为单细胞藻类,如硅藻等,粒径从几个到几十个微米),这些有机碳再通过食物链(网)逐级转移到更大的颗粒如浮游动物、鱼类等。未被利用的活体POC将死亡、沉降和分解,同时各级动物产生的粪团、蜕皮等构成了大量非生命POC向下沉降。生活在不同水层中的浮游动物,通过垂直洄游也构成了POC由表层向深层的接力传递。另一方面,各种海洋生物通过新陈代谢活动产生大量的DOC释放到水体中,这些有机物有一部分将被氧化降解而进入再循环,其余的将被异养微生物利用后通过微型食物网进入主食物网,并转化为较大的POC。上述由有机物生产、消费、传递、沉降和分解等一系列生物学过程构成的碳由表层向深层的转移称之为生物泵。


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