近日，中国科学院海洋研究所海洋生源物质循环与碳汇过程研究组在构建大洋最小含氧带（Oxygen Minimum Zone，OMZ）“结构－变化－效应”研究的核心理论体系方面取得新进展，其系列研究成果在Science China Earth Sciences、《中国科学：地球科学》《海洋与湖沼》和《海洋学报》等期刊上发表。

OMZ是全球海洋变化最重要的环境效应之一，指大洋水体中溶解氧低于某一阈值的水层，是大洋低氧最为重要的代表（图1）。作为横亘在大洋中层广阔的低氧水体，OMZ对全球海洋生态系统的影响不言而喻。近年来，随着全球变暖的加剧，海洋低氧问题日趋严重，OMZ的研究得到了迅速发展，涌现出大量的高水平成果。但国内有关OMZ的研究还十分有限，这在一定程度上限制了对全球海洋低氧和脱氧过程的科学认知，以及我国在相关海洋生态治理框架中的话语权。因此，亟须系统诠释OMZ的结构特征、驱动因素、变化机制、物质循环响应和生态效应等关键科学问题，整体构建OMZ研究的核心理论体系，从而更好地把握全球海洋低氧和脱氧演化进程，为制定面向未来的可持续发展策略提供科学支撑。

图1 全球大洋500 m水层中OMZ的分布

研究团队长期致力于全球变化背景下OMZ演化机制和生物地球化学效应的研究工作，形成了对OMZ“结构－变化－效应”的系统认识。在OMZ的典型结构特征及驱动因素方面，研究团队明确了全球大洋OMZ的溶解氧阈值范围为20~100 μmol L^-1；界定了上部氧跃层、下部氧跃层和核心低氧层构成的OMZ主体结构；阐明了海洋内部溶解氧的持续消耗和海水分层对水体交换的限制，是形成OMZ的两个核心机制（图2）；指出了动物摄食降低导致的微生物耗氧增加和厌氧代谢导致的产物耗氧增加等两种正反馈调节方式是OMZ低氧状态的维持机制；阐明了OMZ的扩张与结构调整归因于温度效应与大洋环流效应等两类核心因素；探明了风应力、中尺度涡和淡水通量可通过影响混合层深度、通风程度和层化稳定性等，调控OMZ的结构和演化过程。

图2 OMZ的形成机制

在OMZ的时空变化方面，研究团队提出了全球变暖直接驱动OMZ变化的三个途径：一是显著降低氧气的溶解度，二是增强海水分层限制对中层的氧气补给，三是加速水柱中生物呼吸和有机质分解等耗氧过程；阐明了全球变暖还可通过加速海冰融化和削弱风应力等间接作用加速OMZ的扩张（图3）；明确了1960年以来全球海洋溶解氧浓度显著下降，OMZ面积和体积在多数海域持续扩张的规律。

图3 海冰融化对OMZ的影响机制

OMZ及其变化对物质循环过程、海洋生物活动和气候变化产生深远的影响。研究团队厘清了OMZ中反硝化与厌氧氨氧化等两个关键氮循环过程；发现OMZ可提高生物泵的输送能力，影响微生物的碳转化和碳酸盐泵的平衡，深刻影响碳循环；揭示了OMZ对浮游动物、游泳动物、底栖动物和微生物的差异化影响机制；探明了OMZ可通过增加深海碳汇，增强N2O和CH4等温室气体的释放等方式影响气候演化进程。

基于对OMZ“结构－变化－效应”的系统认识及核心理论体系的构建（图4），研究团队提出未来应重视建立既能覆盖各个海域，又能充分反映脱氧规律的OMZ梯度阈值和评价标准；强化对OMZ扩张和各驱动因素贡献的定量解析，提高对OMZ时空变化的系统认识；量化评估OMZ变化对生物活动的影响；加强对强度较弱且受全球变化影响较大的西太平洋等海域OMZ的深入研究；利用机器学习工具构建更全面的DO数据产品，为全球OMZ变化研究提供坚实可信的数据基础；增强对OMZ与碳循环关系的探讨，充分挖掘其在深海碳汇中的潜在价值；完善生物地球化学模型的兼容性和适配性，开发既能涵盖全球尺度OMZ的动态分析，又能聚焦各大洋细微的变化过程归因解析的模型。该核心理论体系的构建不仅为深入解析全球变化与大洋OMZ的耦合机制，从全球尺度系统揭示海洋低氧与脱氧过程的内在规律提供了关键理论支撑，更为科学应对全球海洋脱氧风险，推动海洋生态环境的可持续治理提供了重要科学依据。

图4 OMZ系统科学与研究展望

系列论文的第一作者为中国科学院海洋研究所马骏副研究员，通讯作者为宋金明研究员，李学刚、袁华茂、段丽琴、戴佳佳、温丽联、邢建伟、曲宝晓、王启栋和刘珊珊等为共同作者。研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目的支持。

论文信息：

Ma, J., Song, J.*, Li, X., Yuan, H., Duan, L., Dai, J., Wen, L., 2026. Characteristics and driving factors of oceanic oxygen minimum zone (OMZ) in the context of global change. Science China Earth Sciences 69, 478-490.

马骏, 宋金明*, 李学刚, 袁华茂, 段丽琴, 戴佳佳, 温丽联, 2026. 全球变化背景下大洋最小含氧带（OMZ）的特征及其驱动因素. 中国科学:地球科学56 (2), 498-509.

马骏, 宋金明*, 李学刚, 邢建伟, 曲宝晓, 王启栋, 刘珊珊, 2026. 大洋最小含氧带（OMZ）对全球变暖的响应. 海洋与湖沼, 57 (2), 285-300.（封面论文）

马骏, 宋金明*, 李学刚, 袁华茂, 段丽琴, 戴佳佳, 温丽联, 2025. 大洋最小含氧带（OMZ）对海洋物质循环的影响与生态响应. 海洋学报 47 (11), 27-41.