德國漢堡大學與萊布尼茨熱帶海洋研究中心科研團隊，依托德國HYDRO-BIOS公司的沉降物捕集器，在本格拉上升流海域進行了十余年的連續觀測，系統揭示了浮游動物遷移與底層水氧化還原環境對碳垂向輸送和沉積保存的關鍵調控作用。

研究背景

海洋“生物碳泵”是將大氣二氧化碳轉化為顆粒有機碳（POC）并輸送至深海的核心過程，對碳循環與氣候調節至關重要。然而，碳從表層向海底的輸送受浮游動物活動、水體含氧量及顆粒物沉降路徑等多種因素影響，其通量與最終歸宿仍存在較大不確定性。營養鹽豐富、生產力高的上升流系統是研究碳輸出與保存機制的天然實驗室。本格拉上升流系統作為四大東邊界上升流系統之一，其北部與南部子系統在水團結構、氧含量及生物群落方面差異顯著，為探究碳通量調控機制提供了理想的對比場景。

長期以來，直接測定海洋中沉降的顆粒物通量存在技術挑戰。沉降物捕集器作為一種能夠原位、長期收集水體中沉降顆粒的設備，已成為量化碳垂直通量、解析其組成與動態的關鍵工具。其中，德國HYDRO-BIOS公司生產的系列沉降物捕集器，憑借其可靠的設計與長期穩定運行能力，在海洋生物地球化學循環研究中得到了廣泛應用。

研究過程

研究團隊在本格拉上升流系統北部（nBUS）與南部（sBUS）分別布設了長期錨系式沉降物捕集器，持續觀測超過十年（2009~2022年）。并在2019~2021年利用16套自由漂浮式沉降物捕集器陣列進行了三個航次的強化觀測。

圖1 研究區域表層沉積物中的POC濃度空間分布。黃色星號表示自由漂浮式沉降物捕集器陣列投放站位；紅色菱形表示長期錨系站位

長期錨系式沉降物捕集器：采用德國HYDRO-BIOS公司多通道沉降物捕集器MST12（圖2）。該設備配備12個獨立樣品瓶，可按預設程序（9~40天間隔）自動旋轉，實現對不同時間段顆粒物的連續收集。捕集器布放在近海底約64m和100m水深處，長期監測該層的顆粒物沉降通量。

自由漂浮式沉降物捕集器陣列：使用HYDRO-BIOS公司Saarso單通道沉降物捕集器（圖3），每套自由漂浮式沉降物捕集器陣列搭載4~7個捕集器，布放深度從50m至500m不等。配備浮力單元與GPS定位系統，便于追蹤和回收。

兩種沉降物捕集器的沉降筒直徑與長度比例均為1：4，該設計能很大程度的防止已經收集到的沉降物被海流沖出來，確保樣品的準確性和代表性。

圖2 多通道沉降物捕集器MST12

圖3 Saarso單通道沉降物捕集器

所有樣品瓶在布放前經HgCl?和濃鹽水預處理以抑制微生物降解。回收后，樣品經1mm篩網分離，大于1mm部分認定為游泳生物，小于1mm部分認定為被動沉降顆粒。通過過濾、干燥及元素分析，分別計算出“主動POC通量”（生物活體貢獻）和“被動POC通量”（顆粒沉降貢獻）。

實驗結果

1.浮游動物的關鍵作用：研究在本格拉系統量化了不同類群浮游動物對碳通量的直接貢獻。結果表明，橈足類在主動碳輸送中占主導地位（在nBUS和sBUS分別貢獻約55.7%和46.2%的主動POC通量）。總體而言，南部子系統的主動POC通量是北部的近3倍，尤其在表層100m內差異顯著。

圖4 不同浮游動物類群在主動POC通量中所占的平均比例。Amph–端足類，Cope–橈足類，Deca–十足類，Euph–磷蝦類，Ostr–介形類，Ptero–翼足類，Fish–魚類幼體，Gela–膠質類生物，Zoo–未進一步鑒定的浮游動物

2.被動通量的衰減規律：盡管兩地生物活動強度不同，但測得的被動POC通量卻非常接近。該通量隨水深增加而衰減的趨勢（圖5），符合經典的Martin通量衰減模型。通過擬合數據，得到了適用于本格拉海區的衰減參數，證實了即便在動態的上升流區，顆粒碳的平均輸出行為仍具有可預測的系統性規律。

圖5 觀測到的POC通量隨水深變化的散點圖，并疊加擬合了不同衰減系數（b值）的Martin曲線

3.氧氣對碳保存的決定性影響：研究發現，盡管兩地的碳輸出通量相似，但北部子系統沉積物表面的POC濃度遠高于南部（圖1），形成了顯著的“富碳泥帶”。這與北部更強烈、更持久的近底層缺氧區直接相關（圖6）。低氧環境顯著減緩了微生物對沉降有機碳的降解速率，從而極大地提升了碳在沉積物中的埋藏與保存效率。

圖6 nBUS和sBUS子系統示意圖。綠色箭頭及其大小表征主動輸送路徑；黑色曲線表示基于Martin曲線的被動POC通量；紅色與藍色箭頭指示上升流源水團的貢獻及輸入路徑；深棕色區域代表北部子系統存在的富POC泥帶，該特征在南部子系統中缺失

研究結論

這項結合長期錨系與短期漂浮觀測的綜合研究，清晰揭示了海洋碳泵在本格拉上升流系統中的運作細節：浮游動物（尤以橈足類為主）是碳主動輸送的關鍵載體；被動碳通量符合物理衰減規律，受生產力和水深控制；底層水低氧環境是促進碳在沉積物中長期保存的決定性因素。

研究印證了HYDRO-BIOS沉降物捕集器在精確量化碳通量、解析碳泵過程方面的關鍵作用，為理解海洋碳匯機制及氣候響應提供了堅實數據基礎。

參考文獻

1. Meiritz, L. C., Rixen, T., van der Plas, A. K., Lamont, T., and Lahajnar, N.: The influence of zooplankton and oxygen on the particulate organic carbon flux in the Benguela Upwelling System, Biogeosciences, 21, 5261–5276