近日，中国科学院海洋研究所海洋生源物质循环与海洋碳汇过程研究组发表最新研究成果，揭示了海洋表层沉积物中番茄烷（lycopane）与正构三十一烷烃（n-C₃₁）比值对近岸季节性低氧底层水溶解氧变化的响应机制，重建了长江口近二十年来的季节性低氧演变过程，为季节性低氧海域底层水溶解氧变化研究与海洋水产养殖低氧预测预警提供了新思路。相关成果发表在国际期刊Limnology and Oceanography Letters。

低氧是全球河口和陆架海域日益突出的生态环境问题，不仅严重影响海洋生物的生存，还深刻影响生源物质的生物地球化学循环过程和海洋生态系统功能。长江口是全球典型的季节性低氧区，其低氧范围和强度具有显著的季节及年际变化。然而，连续现场观测资料相对有限，限制了对该区域低氧长期演变趋势及驱动机制的认识。lycopane是一种在低氧或缺氧环境中易选择性保存的C₄₀类异戊二烯烷烃，而n-C₃₁则具有相对较强的抗氧化降解能力，因此二者的相对比值可记录沉积物上覆水体的不同氧化还原条件，但该指标此前主要应用于缺氧的沉积环境，其在近海季节性低氧环境中的应用尚属空白。

研究团队基于2020年和2024年对长江口及邻近海域水体悬浮颗粒物、表层和柱样沉积物的研究分析，并结合底层水溶解氧、沉积物中的氧化还原敏感元素（MoEF/UEF）、古菌特征脂质甘油二烷基甘油四醚（GDGTs）及古菌群落组成等多种证据，系统评估了表层沉积物中lycopane的来源及lycopane/n-C₃₁比值对底层水低氧环境的响应关系。结果显示，长江口底层悬浮颗粒物及表层沉积物中lycopane/n-C₃₁比值与底层水溶解氧呈显著负相关关系（图1），表明该比值能够较敏感地记录长江口季节性低氧区底层水的低氧程度。进一步研究发现，lycopane仅在低氧的底层悬浮颗粒物中被检出，且其含量高于对应站位的表层沉积物（图2），表明沉积物中的lycopane可能来自底层颗粒物的贡献。结合表层沉积物中的GDGTs组成和古菌群落分析，研究提出了表层沉积物中lycopane的“双来源”模式。在长江口季节性分层水体中，光合生物产生的类胡萝卜素前体可能向底层水体输送，并在低氧条件下经微生物作用发生还原转化形成lycopane。底层低氧环境有利于悬浮颗粒物中lycopane的保存和相对富集，进而沉降进入沉积物；与此同时，lycopane/n-C₃₁比值与基于GDGTs的甲烷指数MI存在一定相关性，表明产甲烷古菌和厌氧甲烷氧化古菌在表层沉积物中的原位活动也可能贡献少量lycopane。

图1 长江口表层沉积物及底层悬浮颗粒物中lycopane/n-C₃₁比值与底层水溶解氧的关系

图2 长江口底层悬浮颗粒物与表层沉积物中lycopane/n-C₃₁比值的对比

在此基础上，研究团队利用长江口季节性低氧核心区沉积柱，重建了2005~2020年的底层水低氧演变过程。结果显示，lycopane/n-C₃₁比值在短期波动中呈现明显的长期升高趋势，并在2015~2016年前后发生显著的均值跃迁，指示长江口低氧程度进一步增强。lycopane/n-C₃₁比值与同一沉积柱中的MoEF/UEF呈显著正相关，并与长江口区域其他沉积柱记录的BHT-x和梯烷脂等厌氧氨氧化生物标志物变化相互印证（图3），支持lycopane/n-C₃₁比值作为重建长江口底层水氧化程度年代际变化的潜在沉积代用指标。综合沉积记录和历史观测资料分析，长江口低氧的逐步增强是气候变暖、富营养化和流域物质输送变化共同作用的结果，lycopane/n-C₃₁比值与海表温度、最低溶解氧水平和长江输沙量之间的显著相关关系也为上述机制提供了沉积记录证据。

图3 沉积记录揭示的长江口近二十年低氧演变及相关环境变化

该研究揭示了长江口低氧区表层沉积物lycopane的来源与lycopane/n-C₃₁比值的环境指示意义，提出了其作为长江口季节性低氧区记录底层溶解氧变化的指标体系（图4），该指标可与氧化还原敏感元素和氮同位素等低氧指标协调应用，为缺乏连续观测资料的河口和陆架海域现代多年低氧重建提供新的思路。

图4 表层沉积物lycopane/n-C₃₁记录季节性低氧演变的过程示意图

论文第一作者为中国科学院海洋研究所博士研究生宋庆男，袁华茂研究员和宋金明研究员为共同通讯作者，中国海洋大学张桂玲教授以及中国科学院海洋研究所泮枫敏助理研究员、李学刚研究员和段丽琴研究员等为合作者。研究得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金和青岛市博士后应用研究项目的共同资助。

论文信息：

Song, Q., Yuan, H.*, Song, J.*, Zhang, G., Pan, F., Li, X., and Duan, L. (2026). Sedimentary lycopane/n-C₃₁ ratio as a proxy for bottom water hypoxia in coastal ocean. Limnology and Oceanography Letters, 11, e70167. https://doi.org/10.1002/lol2.70167