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

海洋生物地球化学研究团队揭示北极季节性海冰覆盖区北风海脊生物硅通量的驱动因素及其对生物碳泵的影响

近日，MED海洋生物地球化学团队在国际海洋类期刊Marine Pollution Bulletin发表题为 “Biogenic silica fluxes in the seasonally ice-covered Northwind Ridge, western Arctic Ocean: drivers and implications for the biological carbon pump” 的研究论文。该论文已于2026年9月在线发表。吴彬助理研究员为论文第一作者，任健副研究员与陈建芳研究员为共同通讯作者。在全球碳循环中，北冰洋吸收的CO2占全球海洋大气总吸收量的5%至14%，这一过程主要由生物碳泵驱动，而硅循环正是海洋生物泵的核心“驱动器”。硅藻贡献了全球海洋约40%的初级生产力，其硅质壳体可作为“压舱物”，驱动有机碳向深海快速输出。但在快速变化的北极海洋环境中，生物硅输出的季节与年际变化规律、关键驱动因素，以及其在生物碳泵中发挥的作用，目前仍不完全清楚。为此，研究团队依托第三次北极科学考察期间（2008年8月至2009年9月）获取的北风海脊沉积物捕获器样品（图1），完成了生物硅含量分析，并结合已发表研究成果与卫星遥感观测资料，系统厘清了生物硅通量的控制因素及其对碳输出的贡献。在此基础上，研究团队进一步利用细胞体积与硅、碳含量之间的转换关系，估算了关键硅质浮游生物对生物硅和有机碳通量的贡献。图1 沉积物捕获器采样站位图研究表明，调查期间生物硅通量呈现出显著的季节性变化特征，变化趋势与颗粒有机碳和硅藻通量高度一致，且2009年的平均通量达到2008年的三倍（图2）。这种年际差异主要由季节性海冰消退、寡营养的波弗特环流与富营养太平洋入流水三者的相互作用驱动。图2 沉积物捕获器中生物硅、有机碳、硅藻通量的时间序列在硅质生物群落中，高度硅质化的角毛藻休眠孢子占据主导地位，且影响力最为显著，其丰度与生物硅及颗粒有机碳通量均呈现出显著的统计学相关性。尽管据估算，角毛藻休眠孢子对总生物硅通量的直接贡献相对有限，但它们在驱动颗粒有机碳输出的时间差异性方面发挥了关键作用，其影响远超其他海冰硅藻类群。研究显示，研究区域的生物硅平均通量为119.9 mmol Si m⁻² yr⁻¹，接近全球平均水平，明显高于大西洋和太平洋暖池，但低于南大洋和白令海。此外，Si/Cinorg和Corg/Cinorg的摩尔比均大于1，表明楚科

2026-10-21 查看详情

海洋生态化学研究团队揭示浮游植物群落与物理过程协同调控南大洋溶解营养盐多尺度动态

近日，MED海洋生态化学研究团队基于中国第38次南极科学考察资料，在阿蒙森海和宇航员海溶解营养盐循环研究方面取得系列进展。相关成果分别发表于Journal of Ocean University of China和Acta Oceanologica Sinica。我所硕士研究生耿云裳、陈丽诗分别为两篇论文第一作者，赵军副研究员为通讯作者。阿蒙森海研究显示，浮游植物群落结构主导混合层营养盐空间分布。冰间湖以南极棕囊藻为优势种，其旺盛生长导致硝酸盐显著消耗，混合层平均浓度降至12.07 μmol/L、最低1.74 μmol/L，存在潜在氮限制；邻近开阔海以硅藻占优，硅酸盐消耗更显著，混合层平均浓度低至45.59 μmol/L。磷酸盐则主要受海冰退缩、环极深层水上涌和下降风等物理过程调控。月际变化呈现溶解无机氮先于硅酸盐消耗、二者于3月回升的特征，反映了南极棕囊藻向硅藻的群落演替（图1）。图1 夏季阿蒙森海冰间湖（ASP）环境参数和营养浓度的季节变化示意图。该图显示了以下方面的时间变化：1）营养盐（硝酸盐、磷酸盐和硅酸盐）浓度，2）混合层深度（MLD），3）叶绿素a浓度。深蓝色的波浪线是海面。在海冰覆盖期间，每个参数的时间趋势的开始和结束都用虚线表示，代表了冰盖条件下的外推趋势。数据来源：营养物浓度、MLD和叶绿素a来自Arrigo and van Dijken (2003)、Kim et al. (2016a)、Lee et al. (2016)、Yager et al. (2016)和本研究。浮游植物群落演替动态参考了Wilson et al. (2015)、Lee et al. (2016)和Lee et al. (2022)的研究。营养限制阈值来自Franck et al. (2000)和Millero (2013)。宇航员海研究将海域划分为陆坡锋区、开阔海区和安角邻近区。2022年夏季各站均无氮、磷、硅限制，但空间异质性明显：陆坡锋区硝酸盐和磷酸盐最低、硅酸盐和Si/P最高，主要与南极棕囊藻优势及浅混合层抑制磷酸盐补给有关；开阔海硅酸盐最低、亚硝酸盐最高，反映硅藻生长及铁限制抑制亚硝酸盐氧化菌活动；安角邻近区磷酸盐最高，得益于较深混合层促进垂向补给。月际变化显示，2月硅藻快速生长消耗硅酸盐并伴随亚硝酸盐积累；全区叶绿素a下降、铵盐升高，指示浮游动物摄食增强。长期趋势分析进一步表明，南极中层水磷酸盐浓度过去半个多世纪呈显著上升趋势，速率约

2026-10-19 查看详情

大洋生态研究团队首次建立深海多金属结核区病毒基线

近日，MED大洋生态研究团队在国际著名期刊Nature Communications发表题为“Viral diversity and ecological functions in the world’s largest deep-sea mineral exploration region”的研究论文。我室与重庆大学联合培养博士生侯博文为论文第一作者，重庆大学张利兰教授和我室孙栋研究员为共同通讯作者。深海采矿是全球关注的深海焦点议题，而对深海矿区及采矿扰动背景下深海生物多样性与生境变化规律的认知不足是这些博弈与争论背后的关键科学缺口。在世界上最大的深海矿产勘探区克拉里昂-克利珀顿断裂带（CC区），深海微生物通过有机质转化、元素氧化还原和金属耐受等过程维持生存，也可能参与结核形成相关的地球化学过程。深海多金属结核区拥有独特的底栖微生物群落，但人们关于调节它们的病毒不论在多样性还是功能上的认知都近乎空白。研究团队依托大洋航次获得的高质量样品并整合全部可用的公开高质量数据集，建立全球首个CC区病毒基因组数据集（CCZV），并整合病毒多样性、病毒—宿主预测、辅助代谢基因与金属抗性基因分析，揭示了深海病毒可能参与宿主环境适应及生物地球化学过程的多条潜在途径。这些发现为多金属结核生境中的病毒生态作用提供了新认知，为未来的深海采矿环境影响评估建立了第一份病毒多样性及其功能的基线，进一步夯实了我所在深海矿区环境研究和支撑深海采矿环境影响评价方面的技术实力。图1 克拉里昂-克利珀顿断裂带（CC区）是全球最大的深海矿产勘探区，大洋协会和五矿集团两个中国承包者在此区域有着合计约15万平方公里的巨大矿区权益研究揭示了广泛的底栖病毒多样性，超过99%的病毒簇在当前参考数据库中没有代表。研究进一步将CCZV与海水、海沟、冷泉及热液环境的病毒数据进行蛋白共享网络比较后，在涉及CCZV的1065个病毒簇（VCs）中发现485个仅出现于CCZV所代表的数据集。与其它深海环境比较时，CCZV仅约4.0%的病毒蛋白簇与至少一个外部数据集共享。这表明，多金属结核区保存着大量尚待深入解析的病毒谱系和遗传功能资源。图2 CCZV病毒和病毒蛋白质库的跨生态系统比较研究推断的病毒-宿主关联表明病毒感染跨越广泛的原核谱系，涉及碳、氮、磷、硫和金属循环。通过感染关键功能微生物和编码辅助代谢基因，病毒可能会在感染期间调节宿主代谢和生存，这对多金属结核区沉积物中的生物地

2026-10-08 查看详情

科研动态

海洋生物地球化学研究团队揭示北极季节性海冰覆盖区北风海脊生物硅通量的驱动因素及其对生物碳泵的影响

海洋生态化学研究团队揭示浮游植物群落与物理过程协同调控南大洋溶解营养盐多尺度动态

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海洋微生物与地球环境变化

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