海洋所利用細(xì)菌葉綠素重建東海內(nèi)陸架近百年低氧與厭氧光合固碳演變歷程
近日,中國科學(xué)院海洋研究所海洋生源物質(zhì)循環(huán)與碳匯過程研究組利用細(xì)菌葉綠素(Bchls)重建了東海近海百年來缺氧演變歷史,并定量估算了缺氧加劇對海洋厭氧光合固碳量的長期影響。該研究成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Limnology and Oceanography。
海洋缺氧已成為全球沿海生態(tài)系統(tǒng)面臨的重大環(huán)境挑戰(zhàn)之一,不僅嚴(yán)重威脅海洋生物多樣性,還深刻改變碳、氮等關(guān)鍵元素的生物地球化學(xué)循環(huán)。然而,由于長期連續(xù)溶解氧監(jiān)測數(shù)據(jù)的匱乏,近海低氧環(huán)境下厭氧光合固碳的演變歷程及其對碳循環(huán)的貢獻(xiàn)尚不明確,制約了對近海碳循環(huán)過程的系統(tǒng)認(rèn)識。低氧水體中的Bchls是厭氧光合細(xì)菌的特征色素,其中細(xì)菌葉綠素a(Bchl a)主要來源于紫色硫細(xì)菌。這類細(xì)菌能夠在缺氧且有光照的條件下,利用光能進(jìn)行不產(chǎn)氧的光合作用,固定二氧化碳。細(xì)菌脫鎂葉綠素a(Bphe a)作為Bchl a的降解產(chǎn)物,在沉積物中具有較好的保存潛力,可用于追蹤低氧和厭氧光合固碳過程。
研究團(tuán)隊(duì)基于東海內(nèi)陸架南(DH5-0)、北部低氧區(qū)(3100-1)沉積柱中Bphe a含量的變化特征,重建了東海近百年來水體低氧及厭氧光合固碳的演變歷程。研究表明,兩個(gè)沉積巖芯記錄均顯示東海缺氧歷史呈現(xiàn)兩階段演變:2000年之前,Bphe a含量整體較低,指示低氧和水體分層強(qiáng)度相對較弱;2000年之后,Bphe a含量顯著躍升,表明南、北低氧區(qū)的低氧與水體分層現(xiàn)象持續(xù)加?。▓D1)。這一變化主要與2000年后水體富營養(yǎng)化加劇、三峽大壩建成后水體透明度升高、光合有效光照增強(qiáng)等因素有關(guān)?;贐phe a沉積通量估算,2000年后東海內(nèi)陸架厭氧光合固碳量較之前明顯增加。其中,南部和北部低氧區(qū)的平均厭氧光合固碳量分別提升約1.79倍和1.59倍(圖2),表明缺氧加劇促進(jìn)了紫色硫細(xì)菌的固碳活動(dòng)。盡管不產(chǎn)氧光合作用的絕對固碳量持續(xù)上升,其在總光合固碳量(包括產(chǎn)氧和不產(chǎn)氧)中的相對占比卻有所下降。這一現(xiàn)象主要?dú)w因于2000年后水體透明度提高和營養(yǎng)鹽富集更加有利于浮游植物(進(jìn)行產(chǎn)氧光合作用)的生長,使其固碳能力增長更為迅速。

圖1?沉積柱中細(xì)菌脫鎂葉綠素a(Bphe a)和總?cè)~綠素a(TChl a)的年際變化

圖2?沉積柱中厭氧光合固碳量(AnPC-F)及其占總光合固碳比例(AnPC-F /TC-F)的年際變化
本研究為重建海洋長期缺氧歷史提供了可靠的生物標(biāo)志物方法,并從百年尺度上量化了缺氧加劇對厭氧光合細(xì)菌固碳能力的影響。結(jié)果表明,在全球海洋持續(xù)脫氧的大背景下,厭氧光合細(xì)菌的固碳功能正變得日益重要,這一過程對海洋碳循環(huán)和碳埋藏具有不可忽視的潛在調(diào)控作用。
中國科學(xué)院海洋研究所博士研究生闞家薇為第一作者,段麗琴研究員為通訊作者,宋金明研究員、李學(xué)剛研究員、袁華茂研究員、王應(yīng)霞工程師等為合作者。本研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。
論文信息:
Kan, J., Duan, L.*, Song, J., Yin, M., Li, X., Liu, X., Wang, Y., 2025. Multi-decadal to centennial oxygen variability influences carbon fixation on the inner shelf: Insights from bacteriochlorophylls.?Limnology?and?Oceanography,?71:?e70410.?https://doi.org/10.1002/lno.70410.
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