海洋所研究發(fā)現(xiàn)河海連續(xù)體顆粒有機碳存在顯著的細(xì)菌重塑過程
近日,中國科學(xué)院海洋研究所海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點實驗室宋金明、袁華茂團(tuán)隊聯(lián)合德國亥姆霍茲基爾海洋研究中心(GEOMAR)在地學(xué)領(lǐng)域國際期刊Geochimica et Cosmochimica Acta發(fā)表了題為“Sources and fate of particulate organic matter along the river-estuary-coastal ocean continuum: Constraints from amino acid and amino sugar carbon isotopes”的研究成果。研究首次通過氨基酸和氨基糖單體碳同位素分析,揭示了河流-河口-近海連續(xù)體中顆粒有機質(zhì)(POM)的多重來源及細(xì)菌重塑在其中扮演的重要角色。
作為全球碳循環(huán)樞紐的河口和近海區(qū)域,是陸源和海洋有機質(zhì)交匯、相互作用復(fù)雜動態(tài)系統(tǒng)的發(fā)生地,準(zhǔn)確追蹤其有機質(zhì)的來源、轉(zhuǎn)化及歸宿,對于理解陸海碳交換及全球碳收支至關(guān)重要。然而,河口及近海區(qū)域有機質(zhì)來源及組成極其復(fù)雜,加之受到人為活動的影響,準(zhǔn)確識別有機質(zhì)的來源和轉(zhuǎn)化仍面臨諸多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)方法多依賴于總有機質(zhì)參數(shù),如總體穩(wěn)定碳同位素(δ13C)和碳氮比值來追蹤有機質(zhì)來源,這些參數(shù)雖能初步區(qū)分陸源和海洋來源,但難以揭示有機質(zhì)的具體組成及其動態(tài)變化。本研究基于單體同位素分析技術(shù),結(jié)合顆粒有機碳(POC)及其組分分析,系統(tǒng)探究了長江口及鄰近海域POM的來源、反應(yīng)性及微生物轉(zhuǎn)化過程。
研究發(fā)現(xiàn),POC的總δ13C值主要反映了初級生產(chǎn)者的同位素信號,尤其在鹽度較高的區(qū)域,初級生產(chǎn)者與溶解無機碳(DIC)之間的同位素分餾程度顯著增大,導(dǎo)致高鹽區(qū)POC的δ13C值明顯偏低。這一現(xiàn)象表明,POM的同位素組成不僅受有機質(zhì)來源的影響,還受到生物過程的調(diào)控。沿著鹽度梯度,氨基酸和氨基糖的來源發(fā)生顯著變化。陸源氨基酸主要來自細(xì)菌和維管植物,而海源氨基酸則以藻類為主;氨基糖在淡水端呈現(xiàn)混合來源,包括細(xì)菌、真菌和藻類,而在向海方向逐漸過渡為以細(xì)菌來源為主。低鹽區(qū)的陸源POM呈現(xiàn)高度降解狀態(tài),并且大量(~19%)來源于細(xì)菌,而中高鹽度區(qū)的POM則受浮游植物生產(chǎn)的影響,反應(yīng)性顯著提高。綜合以上發(fā)現(xiàn),并結(jié)合細(xì)菌生物標(biāo)志物胞壁酸的同位素特征,本研究發(fā)現(xiàn)有機質(zhì)在河流-河口-近海連續(xù)體中存在顯著的細(xì)菌重塑過程,進(jìn)一步證實了陸源有機質(zhì)在河口區(qū)經(jīng)歷了快速移除過程。該研究揭示了河口系統(tǒng)中有機質(zhì)的復(fù)雜動態(tài)變化和細(xì)菌在有機質(zhì)轉(zhuǎn)化中的關(guān)鍵作用,將有助于深化對陸海交匯區(qū)域碳循環(huán)過程的深入認(rèn)識。

圖1 采樣站位圖

圖2 ?左:DIC,POC及其組分氨基酸(AA)、氨基糖(AS)的δ13C值沿鹽度梯度變化[不同顏色的陰影分別代表長江(P01-P04)、河口區(qū)域(P05-P08)和近海區(qū)域(P09-P10)];右: 基于必需氨基酸δ13C值的線性判別函數(shù)分析,揭示不同鹽度區(qū)氨基酸來源的變化
論文第一作者為海洋研究所郭金強博士,現(xiàn)在德國GEOMAR和法國海洋環(huán)境科學(xué)實驗室(LEMAR)從事博士后研究,袁華茂研究員為論文通訊作者。研究得到了國家自然科學(xué)基金、嶗山實驗室和山東省自然科學(xué)基金等項目的聯(lián)合支持。
論文信息:
Guo,J.Q.,Achterberg,E.P.,Shen,Y.,Zhou,B.,Song,J.M.,Li,X.G.,Duan,L.Q.,Yuan,H.M*. 2025. Sources and fate of particulate organic matter along the river-estuary-coastal ocean continuum: Constraints from amino acid and amino sugar carbon isotopes. Geochimica et Cosmochimica Acta,393: 31?42. https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.02.004.
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