美国马里兰大学环境科学中心联合加拿大拉瓦尔大学Amundsen Science、英国苏格兰海洋科学协会等机构，在楚科奇海东北陆架依托楚科奇生态系统观测站（CEO），使用德国HYDRO-BIOS公司的24杯顺序式沉积物捕获器，于37 m水深处锚系布放一整年，结合海冰藻生物标志物（HBI）与表层沉积物调查，厘清了海冰藻产量、沉降与埋藏的季节与纬度规律。研究成果于2020年发表于《PLoS ONE》。
研究背景
在北冰洋太平洋扇区，海冰藻是春季初级生产的先行者：海冰消融前，冰底藻类率先繁殖，随后在融冰时集中释放入水柱，既为浮游动物提供饵料，也把有机碳快速输向海底，是理解北极碳循环的关键一环。然而，海冰藻的产量与去向极难直接观测——它们生活在冰下水体中，季节窗口短暂，且常被后续的浮游植物水华掩盖。
高度支链异戊二烯（HBI）生物标志物为此提供了突破口。其中，IP25被视为海冰藻的专属标志物，HBI III则更多来自浮游硅藻；通过比较二者的比例，可以估算海冰藻与浮游植物对有机碳的相对贡献。但要把这套标志物定量解释清楚，必须先了解它们在时间与空间上的产生与埋藏动态，而这恰恰缺乏长期、连续的实测数据。要获得这层信息，就需要能在深水环境中按预设时间间隔自动连续采集沉降颗粒的锚系设备。
研究过程
研究依托位于汉纳浅滩东南翼（71.6°N、161.5°W）的楚科奇生态系统观测站（CEO），将一台顺序式沉积物捕获器锚系布放于37 m水深处、距海底约8 m的位置，布放时间为2015年8月至2016年8月，覆盖一个完整的海冰周期。
该捕获器为德国HYDRO-BIOS公司的24杯顺序式沉积物捕获器，配有24个采集杯，可在无人值守条件下按预设程序自动旋转切换，采样间隔在春、夏季缩短至一周、冬季放宽至一个月，实现了从冰封期到融冰期的连续、分时段颗粒物采集，样品回收后用于测定海冰藻硅藻与HBI标志物的通量。
在生物标志物分析中，研究测定了海冰藻专属的IP25与HBI II、浮游来源的HBI III，并用其相对丰度计算“HP指数”（H-Print），以估算海冰藻与浮游植物各自贡献的有机碳比例。同时，研究还分析了海冰专属硅藻Nitzschia frigida与Melosira arctica的通量，以及可能产生HBI的类群（Pleurosigma、Haslea与Rhizosolenia等）的通量，用以确认标志物的来源与海冰归属。此外，研究测定了2012—2017年白令海北部与楚科奇海表层沉积物中的标志物分布，并结合海冰浓度数据与沉积岩芯，评估其空间格局与长期保存状况。
图1. 德国HYDRO-BIOS公司24杯顺序式沉积物捕获器
图2. 太平洋北极区研究站位与楚科奇生态系统观测站沉积物捕获器位置（改编自 Koch et al. 2020, 图2）
实验结果
1. IP25全年可检出，通量在融冰期陡增。 在2015年8月至2016年8月的观测期内，IP25全年均有检出，2016年3月开始明显升高（约10 ng m⁻² d⁻¹），并在2016年7月达到峰值1331 ng m⁻² d⁻¹，反映出海冰藻在融冰期的集中释放。
2. 融雪触发海冰藻进入水柱。 研究显示，2016年5月的融雪过程触发了海冰藻向水柱的释放；随后冰下浮游植物的生长接续，形成海冰藻早于浮游硅藻的沉降格局。
3. 海冰藻沉降呈自南向北递增的纬度梯度。 表层沉积物中，IP25浓度在68—70°N附近呈局地高值，而在71—72.5°N一带持续呈现强烈的海冰藻信号，说明海冰藻的埋藏随纬度升高而增强。
4. 东北楚科奇海的海冰藻信号逐年减弱。 2012—2017年间，东北楚科奇海的海冰藻（sympagic）信号呈下降趋势，与同期海冰浓度的持续下降相吻合，提示海冰退缩正在削弱海冰藻的沉降输入。
图3. 2015—2016年楚科奇生态系统观测站的海冰浓度、雪深及硅藻与生物标志物年通量（改编自 Koch et al. 2020, 图3）
研究结论
这项研究以一整年的连续沉降观测，量化了海冰藻标志物IP25的季节动态：海冰藻信号全年存在，但在融雪与融冰期集中释放并达到峰值；在空间上，海冰藻埋藏随纬度升高而系统性增强，而在东北楚科奇海，随着海冰持续退缩，海冰藻信号在2012—2017年间不断减弱。研究由此建立了一套区域性的海冰藻标志物基线，为解读沉积记录、预测北极海冰变化下的碳循环响应提供了依据，也印证了以IP25为核心的HBI指标在指示海冰过程上的可靠性。
本研究中，德国HYDRO-BIOS公司的24杯顺序式沉积物捕获器是获取全程时序数据的关键。在37 m水深、无人值守的极地环境中，它依靠24个采集杯按预设间隔自动旋转切换，把采样分辨率从冬季的一个月逐步加密到春夏季的一周，完整记录了海冰藻从冰封期到融冰期的沉降节律——若没有这种长周期、分时段的连续采集，IP25从3月抬升到7月达到峰值的过程便无从捕捉。HYDRO-BIOS的顺序式沉积物捕获器系列提供6杯、12杯、24杯等规格，可搭载多个采集杯实现长周期分时采样，配转子与定位结构，广泛用于湖泊与海洋颗粒通量长期观测，是研究碳沉降与生物地球化学循环的可靠平台。
参考文献
Koch, C. W., Cooper, L. W., Lalande, C., Brown, T. A., Frey, K. E., Grebmeier, J. M. Seasonal and latitudinal variations in sea ice algae deposition in the Northern Bering and Chukchi Seas determined by algal biomarkers. PLoS ONE 15, e0231178 (2020). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231178
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