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Global ecological and biogeochemical impacts of pelagic tunicates
Progress in Oceanography ( IF 4.1 ) Pub Date : 2022-05-19 , DOI: 10.1016/j.pocean.2022.102822
Jessica Y. Luo , Charles A. Stock , Natasha Henschke , John P. Dunne , Todd D. O'Brien

The pelagic tunicates, gelatinous zooplankton that include salps, doliolids, and appendicularians, are filter feeding grazers thought to produce a significant amount of particulate organic carbon (POC) detritus. However, traditional sampling methods (i.e., nets), have historically underestimated their abundance, yielding an overall underappreciation of their global biomass and contribution to ocean biogeochemical cycles relative to crustacean zooplankton. As climate change is projected to decrease the average plankton size and POC export from traditional plankton food webs, the ecological and biogeochemical role of pelagic tunicates may increase; yet, pelagic tunicates were not resolved in the previous generation of global earth system climate projections. Here we present a global ocean study using a coupled physical-biogeochemical model to assess the impact of pelagic tunicates in the pelagic food web and biogeochemical cycling. We added two tunicate groups, a large salp/doliolid and a small appendicularian to the NOAA-GFDL Carbon, Ocean Biogeochemistry, and Lower Trophics version 2 (COBALTv2) model, which was originally formulated to represent carbon flows to crustacean zooplankton. The new GZ-COBALT simulation was able to simultaneously satisfy new pelagic tunicate biomass constraints and existing ecosystem constraints, including crustacean zooplankton observations. The model simulated a global tunicate biomass of 0.10 Pg C, annual tunicate production of 0.49 Pg C y-1 in the top 100 m, and annual tunicate detritus production of 0.98 Pg C y-1 in the top 100 m. Tunicate-mediated export flux was 0.71 Pg C y-1, representing 11% of the total export flux past 100 m. Overall export from the euphotic zone remained largely constant, with the GZ-COBALT pe-ratio only increasing 5.3% (from 0.112 to 0.118) compared to the COBALTv2 control. While the bulk of the tunicate-mediated export production resulted from the rerouting of phytoplankton- and mesozooplankton-mediated export, tunicates also shifted the overall balance of the upper oceans away from recycling and towards export. Our results suggest that pelagic tunicates play important trophic roles in both directly competing with microzooplankton and indirectly shunting carbon export away from the microbial loop.



中文翻译:

中上层被囊动物的全球生态和生物地球化学影响

中上层被囊动物,凝胶状浮游动物,包括鲑鱼、海鲀和附肢动物,是滤食性的食草动物,被认为会产生大量的颗粒有机碳 (POC) 碎屑。然而,传统的采样方法(即网)在历史上低估了它们的丰度,导致总体上低估了它们的全球生物量以及相对于甲壳类浮游动物对海洋生物地球化学循环的贡献。由于预计气候变化会减少浮游生物的平均大小和传统浮游生物食物网的 POC 输出,中上层被囊动物的生态和生物地球化学作用可能会增加;然而,上一代全球地球系统气候预测并未解决中上层被囊动物的问题。在这里,我们提出了一项全球海洋研究,该研究使用耦合的物理-生物地球化学模型来评估中上层被囊类动物在中上层食物网和生物地球化学循环中的影响。我们在 NOAA-GFDL 碳、海洋生物地球化学和低热带第 2 版 (COBALTv2) 模型中添加了两个被囊类群,一个大沙棘/海藻和一个小附肢动物,该模型最初用于表示流向甲壳类浮游动物的碳流。新的 GZ-COBALT 模拟能够同时满足新的中上层被囊动物生物量限制和现有的生态系统限制,包括甲壳类浮游动物的观察。该模型模拟了 0.10 Pg C 的全球被囊动物生物量,0.49 Pg C y 的年被囊动物产量 NOAA-GFDL 碳、海洋生物地球化学和低热带地区第 2 版 (COBALTv2) 模型的一个大的鲑鱼/海藻和一个小附肢动物,该模型最初是用来表示流向甲壳类浮游动物的碳流。新的 GZ-COBALT 模拟能够同时满足新的中上层被囊动物生物量限制和现有的生态系统限制,包括甲壳类浮游动物的观察。该模型模拟了 0.10 Pg C 的全球被囊动物生物量,0.49 Pg C y 的年被囊动物产量 NOAA-GFDL Carbon、Ocean Biogeochemistry 和 Lower Trophics version 2 (COBALTv2) 模型的一个大的 salp/doliolid 和一个小的阑尾,该模型最初是用来表示流向甲壳类浮游动物的碳流。新的 GZ-COBALT 模拟能够同时满足新的中上层被囊动物生物量限制和现有的生态系统限制,包括甲壳类浮游动物的观察。该模型模拟了 0.10 Pg C 的全球被囊动物生物量,0.49 Pg C y 的年被囊动物产量 新的 GZ-COBALT 模拟能够同时满足新的中上层被囊动物生物量限制和现有的生态系统限制,包括甲壳类浮游动物的观察。该模型模拟了 0.10 Pg C 的全球被囊动物生物量,0.49 Pg C y 的年被囊动物产量 新的 GZ-COBALT 模拟能够同时满足新的中上层被囊动物生物量限制和现有的生态系统限制,包括甲壳类浮游动物的观察。该模型模拟了 0.10 Pg C 的全球被囊动物生物量,0.49 Pg C y 的年被囊动物产量-1在前 100 m,年被囊类碎屑产量为 0.98 Pg C y -1在前 100 m。被囊类动物介导的出口通量为 0.71 Pg C y -1,占超过 100 m 的总出口通量的 11%。与 COBALTv2 对照相比,来自透光区的总体出口基本保持不变,GZ-COBALT 的市盈率仅增加 5.3%(从 0.112 到 0.118)。虽然大部分由被囊类动物介导的出口生产是由于浮游植物和中型浮游生物介导的出口的改道,但被囊类动物也将上层海洋的整体平衡从循环利用转向出口。我们的研究结果表明,中上层被囊动物在直接与微型浮游动物竞争和间接将碳输出从微生物循环中分流方面发挥着重要的营养作用。

更新日期:2022-05-19
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