自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室 - 自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室

微生物团队发表论文揭示长江口及邻近海域微生物驱动的氮循环机制

近日，我室微生物团队在《Marine Pollution Bulletin》上发表了题为 “Spatio-temporal variability of nitrogen-cycling potentials in particle-attached and free-living microbial communities in the Yangtze River estuary and adjacent regions” 的研究论文。该研究系统探明了长江口及邻近海域的氮循环主要由颗粒附着型（particle-attached，PA）和自由生活型（free-living，FL）微生物群落共同驱动，它们在时空分布上呈现显著功能差异。盐度、温度和营养盐是调控这两类群落结构及氮关键过程的核心要素。该研究揭示了微生物在河口生态位的分工协作机制，为精准调控氮通量提供了理论支撑。海洋二所与上海交通大学联合培养博士生陈雨豪为本文第一作者，刘倩研究员为共同一作和通讯作者，许学伟研究员为共同通讯作者。氮循环是维系沿海生态系统生产力、缓解富营养化与保持生态平衡的核心过程，而河口区作为咸淡水交汇的重要过渡带，是氮素输入、转化与输出的关键控制点。微生物是氮循环的主要驱动者，以栖息策略不同可分为颗粒附着型（particle-attached，PA）和自由生活型（free-living，FL）两类。厘清这两类群落在时间与空间上氮循环功能差异及其环境调控机制，对于深入认识河口氮素收支和制定调控策略具有重要意义。课题组于2019—2020年在长江口及邻近海域开展采样调查，采样站位沿盐度梯度覆盖河口、近岸及外海水域，季节包括春、夏、秋和冬季。结合高通量测序和宏基因组学分析，系统解析了PA与FL群落结构与功能的时空分布特征及其对环境变化的响应规律（图1）。研究结果表明，氮循环基因在河口低盐高营养区丰度较高，以反硝化为主导过程，主要功能类群以Gammaproteobacteria和Betaproteobacteria为主，其中与硝化和反硝化相关的Nitrososphaeria在底层水体（尤其夏季）显著增加；盐度、硝酸盐和磷酸盐浓度是塑造PA和FL群落结构及功能分布的最重要环境因子，温度与铵态氮则在调控特定反硝化基因（nirK、norB）丰度方面起关键作用。PA群落对盐度和硝酸盐浓度变化更敏感，整体多样性与丰富度普遍高于FL群落；加权基因共表达网络分析（WGCNA）揭示多个由功能基因与特定类群组成的

2025-10-28 查看详情

海洋生物地球化学团队发表论文揭示涡旋衰亡阶段锋面处生物泵的输出格局

近日，MED海洋生物地球化学研究团队在Environmental Research Letters发表了题为 “Decaying cyclonic eddies enhance deep carbon transfer while frontal zones attenuate export: mechanistic drivers of divergent pathways”的研究论文，揭示了处于消亡阶段的涡旋-锋面系统其差异化的生物泵传输效率及其驱动机制，为深入理解涡旋和锋面的碳封存效应提供了新见解。2025届二所-交大联合培养博士毕业生王新洋和海洋二所张静静副研究员为共同第一作者，陈建芳研究员和李宏亮研究员为通讯作者。中尺度涡旋及其边缘锋面构成的“涡旋-锋面”系统在海洋中几乎无处不在，作为关键过程调控着海洋的物理和生物地球化学过程。尽管已有研究对涡旋的生成和强化阶段的生物泵输出过程有了一些认识，但是其在消亡阶段的生物泵输出特征仍属未知。研究团队利用集成了CTD、原位紫外硝酸盐仪（Deep SUNA）、荧光传感器及水下粒子成像仪UVP等设备的生化剖面仪，在斯里兰卡岛东南海域开展船基断面观测。结果显示，消亡阶段的冷涡和锋面处均出现了浮游植物旺发，但二者的营养盐供应机制存在差异，硝酸盐跃层的抬升和垂向硝酸盐扩散通量的增加分别是涡旋和锋面处浮游植物旺发的主要原因。研究团队基于UVP5获取的颗粒物粒径谱数据，估算了颗粒有机碳（POC）的输出通量。结果显示，消亡阶段的冷涡和锋面处生物泵传输特征存在显著差异（图1）。在消亡阶段，气旋涡增加了POC的传输效率，而锋面则降低了其传输效率（图1）。在消亡阶段的气旋涡内部，次表层形成的下降流过程和较高的大粒径颗粒物占比加速了有机质的输出；而在锋面处，次表层上升流过程、水团交汇界面形成的强烈层化和较低的大粒径颗粒物占比共同抑制了有机质的输出，降低了生物泵的传输效率（图2）。图1 消亡阶段涡旋和锋面处Chl-a浓度、颗粒物浓度、POC通量、颗粒物粒径谱斜率和衰减系数的断面分布特征图2 消亡阶段涡旋-锋面差异化的生物泵传输格局及其驱动机制概念图该研究得到国家自然科学基金委（Nos. 42176039、42330412、42476047)、海洋二所基础科研经费(No. SZ2403)、全球变化与海气相互作用专项(Nos. GASI-01-EIND-STwin、GASI-04-WLHY-03)和澳门科技发展基金(No

2025-10-21 查看详情

海洋生物地球化学团队发表论文阐述白令海陆架陆源有机碳的净汇效应及其埋藏的复杂机制

近日，MED海洋生物地球化学团队于《Marine Geology》期刊发表了题为“The Bering Sea shelf as a sink for terrigenous organic carbon: Insights from sediment geochemistry”的研究论文，证实白令海陆架作为陆源有机碳的净汇，为理解北极地区碳循环提供了科学依据。我所培养的2023级硕士研究生张松为论文第一作者，李中乔副研究员为通讯作者。陆源有机碳在全球碳循环中具有关键作用，但其在气候变暖背景下的归宿及循环机制仍存在诸多未解之谜。该研究表明，白令海表层沉积物中的有机碳含量与来源组成具有显著差异。东北部地区的TOC值和δ13C值显著低于西南部地区，这与白令海细颗粒及比表面积分布特征相符，而与粗颗粒分布特征呈相反趋势，表明白令海有机碳受到水动力分选机制的调控。此外，除西部浮冰区和圣劳伦斯岛冰间湖地区外，其他区域的初级生产力普遍较低，这一现象与本研究中观察到的有机碳分布模式相似，进一步表明白令海有机碳不仅受到水动力分选机制的调控，还与初级生产力密切相关。而圣劳伦斯岛西南部的δ13C值最高，此现象还与富含高营养盐的阿纳德尔流输入相关。图 1 总有机碳（TOC, a）与稳定碳同位素（δ13C, b）的分布木质素已被成功应用于追踪陆源有机碳输入至河流与海洋沉积物的示踪剂。该研究中的木质素参数表明，白令海沉积物主要来源于被子植物与裸子植物的草本组织。其中，被子植物非木质组织信号呈现出自东部向西南方向逐渐增强的趋势，此趋势与比表面积及细颗粒沉积物分布相似，表明该区域沉积物主要受水动力分选及矿物吸附作用调控。此外，受海流、河流、初级生产力、海冰、微生物种类及冷池等多种因素影响，木质素降解参数(Ad/Al)V与(Ad/Al)S呈现出较宽范围，导致该参数无法准确反映木质素降解状况，体现了白令海的区域特性。结合3,5-Bd/V参数分析表明，随着离岸距离增加，木质素降解程度随之增加，与矿物比表面积呈正相关，与粒径呈负相关，表明木质素降解主要受控于水动力分选及矿物吸附作用。图 2 陆源有机碳（ft, a）与海源有机碳（fm, b）的分布本研究由国家重点研发计划（2024YFF0507000、2019YFE0120900）、浙江省自然科学基金（ZCLZ25D0601）、自然资源部第二海洋研究所科研业务费项目（JG2310、JB2404）、国家自然科

2025-10-17 查看详情

科研动态

微生物团队发表论文揭示长江口及邻近海域微生物驱动的氮循环机制

海洋生物地球化学团队发表论文揭示涡旋衰亡阶段锋面处生物泵的输出格局

海洋生物地球化学团队发表论文阐述白令海陆架陆源有机碳的净汇效应及其埋藏的复杂机制

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生物泥沙絮凝体结构的动力学机制

蓝藻微生物席与海水演化

Importance of Coccolithophores in the carbon cycle: The input of AI and automation

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