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利用细菌叶绿素（Bchls）重建了东海近海百年来缺氧演变历史，并定量估算了缺氧加剧对海洋厌氧光合固碳量的长期影响。该研究成果发表于国际学术期刊Limnology and Oceanography。

海洋缺氧已成为全球沿海生态系统面临的重大环境挑战之一，不仅严重威胁海洋生物多样性，还深刻改变碳、氮等关键元素的生物地球化学循环。然而，由于长期连续溶解氧监测数据的匮乏，近海低氧环境下厌氧光合固碳的演变历程及其对碳循环的贡献尚不明确，制约了对近海碳循环过程的系统认识。低氧水体中的Bchls是厌氧光合细菌的特征色素，其中细菌叶绿素a（Bchl a）主要来源于紫色硫细菌。这类细菌能够在缺氧且有光照的条件下，利用光能进行不产氧的光合作用，固定二氧化碳。细菌脱镁叶绿素a（Bphe a）作为Bchl a的降解产物，在沉积物中具有较好的保存潜力，可用于追踪低氧和厌氧光合固碳过程。

研究团队基于东海内陆架南（DH5-0）、北部低氧区（3100-1）沉积柱中Bphe a含量的变化特征，重建了东海近百年来水体低氧及厌氧光合固碳的演变历程。研究表明，两个沉积岩芯记录均显示东海缺氧历史呈现两阶段演变：2000年之前，Bphe a含量整体较低，指示低氧和水体分层强度相对较弱；2000年之后，Bphe a含量显著跃升，表明南、北低氧区的低氧与水体分层现象持续加剧（图1）。这一变化主要与2000年后水体富营养化加剧、三峡大坝建成后水体透明度升高、光合有效光照增强等因素有关。基于Bphe a沉积通量估算，2000年后东海内陆架厌氧光合固碳量较之前明显增加。其中，南部和北部低氧区的平均厌氧光合固碳量分别提升约1.79倍和1.59倍（图2），表明缺氧加剧促进了紫色硫细菌的固碳活动。尽管不产氧光合作用的绝对固碳量持续上升，其在总光合固碳量（包括产氧和不产氧）中的相对占比却有所下降。这一现象主要归因于2000年后水体透明度提高和营养盐富集更加有利于浮游植物（进行产氧光合作用）的生长，使其固碳能力增长更为迅速。

图1 沉积柱中细菌脱镁叶绿素a（Bphe a）和总叶绿素a（TChl a）的年际变化

图2 沉积柱中厌氧光合固碳量（AnPC-F）及其占总光合固碳比例（AnPC-F /TC-F）的年际变化

本研究为重建海洋长期缺氧历史提供了可靠的生物标志物方法，并从百年尺度上量化了缺氧加剧对厌氧光合细菌固碳能力的影响。结果表明，在全球海洋持续脱氧的大背景下，厌氧光合细菌的固碳功能正变得日益重要，这一过程对海洋碳循环和碳埋藏具有不可忽视的潜在调控作用。

中国科学院海洋研究所博士研究生阚家薇为第一作者，段丽琴研究员为通讯作者，宋金明研究员、李学刚研究员、袁华茂研究员、王应霞工程师等为合作者。本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的联合资助。

论文信息：

Kan, J., Duan, L.*, Song, J., Yin, M., Li, X., Liu, X., Wang, Y., 2025. Multi-decadal to centennial oxygen variability influences carbon fixation on the inner shelf: Insights from bacteriochlorophylls. Limnology and Oceanography, 71: e70410. https://doi.org/10.1002/lno.70410.