海洋所研究發(fā)現(xiàn)邊緣海細(xì)菌轉(zhuǎn)化可增加海洋碳匯
近日,中國科學(xué)院海洋研究所宋金明、袁華茂研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合德國亥姆霍茲基爾海洋研究中心(GEOMAR),在國際學(xué)術(shù)期刊Water Research上發(fā)表題為“Enhanced carbon sequestration in marginal seas through bacterial transformation”的研究成果。該研究通過D/L-氨基酸示蹤,發(fā)現(xiàn)邊緣?;钚杂袡C(jī)碳可通過細(xì)菌高效轉(zhuǎn)化為相對(duì)惰性的細(xì)菌有機(jī)碳,從而增強(qiáng)邊緣海的碳匯。
邊緣海雖僅占全球海洋面積的約7%,卻貢獻(xiàn)了約30%的海洋初級(jí)生產(chǎn)力和80%的海洋有機(jī)碳埋藏量,是陸海碳交換的關(guān)鍵區(qū)域。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為,浮游植物生產(chǎn)的活性有機(jī)碳由于富含碳水化合物、氨基酸等生物活性分子,通常會(huì)在數(shù)小時(shí)至數(shù)天內(nèi)被細(xì)菌快速呼吸分解為CO?。然而,水體中細(xì)菌生長效率的高度差異性表明,活性有機(jī)碳的歸宿可能遠(yuǎn)比想象中復(fù)雜。鑒于活性有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化過程與大氣CO?濃度緊密耦合,尤其是在全球近海CO?吸收速率持續(xù)上升的背景下,深入揭示其背后的調(diào)控機(jī)制已成為當(dāng)前亟須解決的科學(xué)問題。
該研究基于對(duì)南黃海與東海的三次綜合調(diào)查,創(chuàng)新性地結(jié)合氨基酸碳含量與D-氨基酸細(xì)菌標(biāo)志物技術(shù),定量解析了活性與細(xì)菌源顆粒有機(jī)碳(POC)的濃度。結(jié)果顯示,活性POC主要來源于原位浮游植物生產(chǎn),而總POC中有約23.2±7.7%來自細(xì)菌貢獻(xiàn),且與活性POC占比呈顯著正相關(guān),表明活性POC被高效轉(zhuǎn)化為細(xì)菌有機(jī)碳。這一快速轉(zhuǎn)化過程可能受邊緣海較高的營養(yǎng)鹽水平驅(qū)動(dòng),從而提升了細(xì)菌的生長效率并加速了有機(jī)碳的微生物重構(gòu)。研究團(tuán)隊(duì)之前的研究已表明,細(xì)菌有機(jī)碳中約2/3以相對(duì)穩(wěn)定的碎屑形式存在?;诖?,該研究進(jìn)一步估算全球邊緣海每年約有0.08±0.03 Pg(約占總有機(jī)碳埋藏量的40%)細(xì)菌有機(jī)碳最終埋藏于沉積物中,成為海洋碳匯的重要組成部分。

圖1 活性顆粒有機(jī)碳(POC)與細(xì)菌POC變化關(guān)系
該研究挑戰(zhàn)了“活性有機(jī)碳基本通過呼吸釋放CO?”的傳統(tǒng)認(rèn)知,提出細(xì)菌轉(zhuǎn)化驅(qū)動(dòng)碳增匯的關(guān)鍵途徑,為解釋近海CO?吸收增強(qiáng)現(xiàn)象提供了新的視角。隨著全球變暖導(dǎo)致大洋層化加強(qiáng)可能引起的生物泵作用減弱,邊緣海受人為富營養(yǎng)化影響的持續(xù)加劇或?qū)⑦M(jìn)一步增強(qiáng)其碳匯能力。

圖2 邊緣海細(xì)菌轉(zhuǎn)化活性顆粒有機(jī)物(POM)及其對(duì)碳封存貢獻(xiàn)的機(jī)制示意圖
論文第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所畢業(yè)博士生、現(xiàn)為德國GEOMAR和法國海洋環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)室(LEMAR)博士后郭金強(qiáng),共同通訊作者為中國科學(xué)院海洋研究所宋金明、袁華茂研究員。研究得到了國家自然科學(xué)基金和山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的聯(lián)合支持。
論文信息:
Jinqiang Guo,Bu Zhou,Eric P. Achterberg,Yuan Shen,Jinming Song*,Liqin Duan,Xuegang Li,Huamao Yuan*. 2025. Enhanced carbon sequestration in marginal seas through bacterial transformation,Water Research,281: 123595. https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123595
文章鏈接:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135425005081
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