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

海洋生物地球化学团队研究揭示西北冰洋黑碳时空分布特征及其机制

近日，MED海洋生物地球化学团队在《Journal of Geophysical Research: Oceans》发表了题为“Spatiotemporal variations and sources of black carbon in surface sediments and sinking particles in the western Arctic Ocean”的研究论文，利用表层沉积物和沉积物捕获器获取的沉降颗粒物，探讨西北冰洋黑碳的时空分布特征及其机制。我室2023级硕士研究生谭淇为论文第一作者，任健副研究员为通讯作者。黑碳主要由生物质和化石燃料不完全燃烧产生，是全球碳循环的重要组成部分。研究表明，西北冰洋的黑碳主要表现为现代生物质燃烧、化石燃料燃烧及沿岸侵蚀输入的混合来源。受沿岸侵蚀、水动力分选作用以及不同黑碳亚型颗粒物自身特性的影响，楚科奇陆架与楚科奇边缘地的表层沉积黑碳呈现出明显不同的来源特征：楚科奇陆架以沿岸侵蚀的岩源输入为主，而楚科奇边缘地则主要反映化石燃料燃烧来源。因此，楚科奇陆架与楚科奇边缘地的黑碳含量存在显著的区域性差异。楚科奇陆架的表层沉积黑碳平均含量为1.29 mg g-1，占有机碳库的10.2%，显著高于其它北冰洋陆架海域，表明楚科奇陆架在北极碳汇中的重要作用（图1）。黑碳含量会随离岸距离的增加而降低。此外，由于受到海水分层和海底地形的影响，楚科奇陆架南部区域的黑碳含量相对较低。图1 楚科奇陆架和楚科奇边缘地表层沉积物中黑碳和黑碳/总有机碳的空间分布(a, b)，以及黑碳含量与离岸距离的关系(c)楚科奇边缘地的颗粒态黑碳通量呈现明显的季节性变化，海冰消融期的沉降通量是结冰期的四倍。其中，在结冰期间出现的高黑碳通量，可能反映了海底底流增强对楚科奇陆架沉积碳源的刮蚀作用，并北向搬运至楚科奇边缘地。基于沉积物捕获器记录的黑碳通量，估算每年有约40.5 Gg的颗粒态黑碳（大约466 Gg颗粒有机碳）从楚科奇陆架向北侧向输运至楚科奇边缘地一带（图2）。图2 楚科奇陆架及楚科奇边缘地颗粒态黑碳的收支概念模型该研究系统量化了西北冰洋的黑碳通量，揭示其多元来源，为评估北极碳源汇格局变化提供了新的视角。这些结果能为我国参与极地国际治理提供重要数据支撑。该研究得到国家自然科学基金（42476260，42076241）和自然资源部第二海洋研究所科研业务费项目（JG2310）等项目联合资助。论文引用：Tan, Q., Yu, X., Ren, J

2026-02-02 查看详情

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

科研动态

海洋生物地球化学团队研究揭示西北冰洋黑碳时空分布特征及其机制

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

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基于质量守恒重构端元混合模型——揭示老化滞留碳库与现代碳输入效应

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