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海洋氮循环关键过程—厌氧氨氧化（anammox）研究中取得重要突破。研究团队利用独特的细菌藿烷四醇立体异构体（BHT-x）作为生物标志物，揭示了西太平洋中等缺氧水体中厌氧氨氧化过程的存在及其空间分布规律，并阐明了暖涡对其垂直迁移的调控机制。相关成果发表于国际学术期刊Geochimica et Cosmochimica Acta（Nature Index期刊）。

厌氧氨氧化细菌通过将铵盐与亚硝酸盐转化为氮气实现脱氮，贡献了全球约30%的生物可利用氮损失。传统观点认为该过程仅活跃于极端缺氧环境（O2 < 20 μmol/L）。然而，在氧含量为60–100 μmol/L的中等缺氧水体中是否发生厌氧氨氧化尚不明确。BHT-x是海洋厌氧氨氧化细菌（主要是Ca. Scalindua属）产生的特异性生物标志物，相较于传统的梯烷脂（ladderanes），BHT-x化学稳定性更高，可在沉积物中长期保存，是追溯古海洋厌氧氨氧化活动的理想工具。

研究团队基于西太平洋140°E断面的四个站位，采集了从表层至深层（5–2000 m）的悬浮颗粒物样品，综合运用高效液相色谱－高分辨质谱（HPLC-HRMS）、功能基因定量（amx-16S rRNA和amoA）及物理海洋学模拟等手段，系统分析了BHT-x的垂直与纬度分布、功能基因及环境参数。结果表明，所有站位均同时检测到厌氧氨氧化功能基因（amx-16S rRNA）和BHT-x，证实西太平洋氧跃层（O2 60~100 μmol/L）中存在厌氧氨氧化过程。amx-16S rRNA基因拷贝数在氧跃层或氧最小值深度（OMDs）达到峰值，而BHT-x丰度最大值出现在核心或下部OMDs，二者呈现明显的垂直偏移，表明氧跃层产生的BHT-x会通过颗粒吸附向下输送。在北赤道逆流（NECC）区，暖涡活动增强了这一向下输送过程，导致BHT-x在更深水层富集。在不受暖涡影响的站位，BHT-x比值（BHT-x / 总BHT）与溶解氧（DO）浓度呈显著负相关（r = –0.87, p < 0.01），证实该比值可作为氧化还原变化的可靠代用指标。研究进一步揭示了厌氧氨氧化细菌与氨氧化古菌之间的营养竞争关系。在不受暖涡影响的站位，NO2-浓度显著高于NH4+，氨氧化古菌占优；而在暖涡影响的站位，NO2-被大量消耗，浓度低于NH4+，厌氧氨氧化细菌占优。这种生态位分化决定了不同水层脱氮途径的主导性。

图1 暖涡驱动BHT-x向下输运的机制示意图

图2 厌氧氨氧化细菌（Anammox）与氨氧化古菌（AOA）在不同营养条件下的竞争关系示意图

该研究在西太平洋中等缺氧水域提供了厌氧氨氧化过程的生物标志物和基因证据，拓展了人们对厌氧氨氧化发生阈值的认识。研究同时指出，中尺度暖涡可通过促进颗粒物向下输运，增强厌氧氨氧化生物标志物向深海的埋藏，这一机制可能对深海有机碳储存具有潜在影响。研究成果为评估全球变暖背景下缺氧海域氮损失过程及生态风险提供了新的科学依据。

论文第一和通讯作者为段丽琴研究员，合作者包括宋金明研究员、刘传玉研究员、袁华茂研究员和李学刚研究员等。研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、山东省自然科学基金等项目支持。

论文信息：

Liqin Duan*, Jinming Song, Meiling Yin, Xiaowei Wang, Chuanyu Liu, Jiawei Kan, Zhuoyue Wang, Feng Zhao, Xuegang Li, Huamao Yuan, 2026. A bacteriohopanetetrol stereoisomer in Western Pacific oxycline indicates anammox-driven nitrogen loss and warm eddy dynamics. Geochimica et Cosmochimica Acta 416, 265-278.

https://doi.org/10.1016/j.gca.2026.01.025