01

　　暗碳固定对海洋初级生产力和全球碳收支的贡献约为0.77 Pg C y-1。海洋沉积物中近一半的暗碳固定发生在河口海岸地区，但控制暗碳固定的环境因素和负责其产生的微生物仍有待探索。本研究采用14C标记和DNA-稳定同位素示踪（DNA-SIP）技术，对长江口潮间带沉积物的暗碳固定速率和活性化学自养微生物进行了研究。测量的潮间带表层沉积物暗碳固定速率范围为0.27-3.37 mmol C m-2 day-1。暗碳固定速率与沉积物硫化物含量密切相关，表明还原性底物的有效性可能是控制潮间带沉积物暗碳固定的主要因素。暗碳固定速率也与cbbM基因丰度呈显著正相关关系。DNA稳定同位素示踪（DNA-SIP）结果进一步证实了在潮间带沉积物暗碳固定中起主导作用的是携带cbbM的细菌，而不是携带cbbL的细菌。另外系统发育分析显示，主要的携带cbbM细菌属为Burkholderia，Sulfuricella denitrificans, Sulfuriferula, Acidihalobacter,Thiobacillus,Sulfurivermis fontis。此外，宏基因组分析表明，在潮间带沉积物中发现的大多数潜在的暗碳固定细菌也具有硫氧化、反硝化或硝酸盐异化还原为氨（DNRA）的基因，这表明这些化学自养微生物可能在碳、氮和硫的耦合循环中发挥重要作用。

　　这些结果揭示了潮间带湿地由化学自养微生物驱动的暗碳固定过程的生态重要性和潜在机制。

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02

　　本研究从浮游植物光合色素的视角开展研究。通过水体中的浮游植物色素，柱状沉积物中的色素以及数值模型来共同探究长江口的关键赤潮藻种演替历史。研究发现，水柱中的PER（甲藻特征色素）相对于FUCO（硅藻特征色素）以及其他色素有着更强的表层-底层浓度耦合特征。沉积物中埋藏保存的PER含量可能受到甲藻赤潮等脉冲式输送的影响比较大，而FUCO以及其他特征色素受到赤潮的影响更小，反而对水体中持续的高本底性含量可能有更好的埋藏记录。在通过降解模型消除色素早期成岩作用影响后，研究发现沉积物中的PER/FUCO的比值拐点出现在20世纪90年代初。同时，三维物理-生态耦合的数值模型合理地再现了长江口1960s-2010s的关键要素变化历史，并表明每年5月的硅藻相对于甲藻的占比比值，也是从20世纪90年代初开始下降。结合水体，沉积物以及数值模拟的结果来看，我们认为沉积物中埋藏保存的色素暗示长江口硅甲藻演替的时期发生在20世纪90年代初，且基于水柱色素调查和数值模型等手段，我们认为该种演替的机制是春季甲藻赤潮增加，而不是全年尺度上的硅藻（甲藻）生物量减少（增加）。通过数值模拟还进一步发现，在具体机理上，长江口春季SST和N/P都是长江口的硅甲藻演替的重要影响因素。其中，我们发现SST的逐渐升温，对硅甲藻的演替时间窗口和变化趋势有很好的直接相关对应关系，SST对硅甲藻的演替有直接而表观的呼应关系，与此同时河流营养盐N/P比值变化带来的相关性则缺乏直接的时间对应关系。但如果将河流N/P营养盐比值人为增大，则河口硅藻在整个浮植中比例下降，反之则有硅藻比例的上升。这种变化，暗示说明营养盐比值，尤其是N/P比值的变化，对硅甲藻的演替具有隐性的影响。

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图 柱状沉积物A5-4中PER/FUCO比值历史变化

03

　　海洋浮游植物春季水华的爆发时间与规模对全球海洋初级生产力和渔获量水平起到决定性贡献。春季水华与混合层深度和湍流扩散这两个关键物理过程的变化有关，然而，其中的关键水动力过程与水华的对应关系并不明确。

　　本研究利用18年的卫星遥感数据与3次海洋锋面观测数据，建立了浮游植物春季水华与锋面、湍动能之间的时空变化关系。提出海洋锋面强度与结构的季节变化是推动混合层深度与湍流扩散改变的关键中尺度物理过程，与大气强迫条件共同调制了浮游植物春季水华的爆发时间与规模。海洋锋面强度和结构的季节改变提高了水体稳定度，促使更浅混合层深度的形成与浮游植物在上层水体的聚积，同时加速了营养盐从近岸向陆架的输送，营造了引起浮游植物快速生长的光照与营养盐环境。陆架春季水华的起始时间对应着湍动能产生速率接近零的海洋环境条件，水华的量级与锋面结构的变化时间、程度，以及更弱湍流显著相关，包含了物理聚集与生物生长两个叠加过程。

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