近日，厦门大学环境与生态学院、海洋生物地球化学全国重点实验室、福建台湾海峡海洋生态系统国家野外科学观测研究站（台海站）肖武鹏副教授和黄邦钦教授团队，以Contrasting drivers of bacterial metabolism in the euphotic and mesopelagic zones of tropical oligotrophic oceans为题，在Global Biogeochemical Cycles发表最新研究进展。研究系统揭示了南海与西太平洋从真光层到弱光层细菌碳代谢速率的分布特征与控制机制（图1），为深入理解热带海域生物泵关键过程及其调控因子提供了新的科学依据。

图1. 研究区域及细菌碳代谢驱动因素示意图

异养细菌代谢：海洋微食物环以及有机碳循环的关键环节

异养细菌是海洋有机碳循环的核心参与者，它们通过生产（bacterial production）和呼吸（bacterial respiration）活动，利用海洋中主要的有机碳来源——溶解有机碳（DOC），调控碳的转化与储存。细菌需碳量（BCD）指的是细菌呼吸与生产活动过程中消耗DOC的总和，是指示细菌碳代谢速率的关键参数。作为微生物食物网物质流动的核心驱动力，BCD直接调控生物碳泵和微生物碳泵的运行效率，为理解海洋碳汇潜力不可或缺的一环。

南海与西北太平洋：细菌碳代谢的深度分异与区域对比

研究基于南海和西北太平洋的实地观测和现场培养实验，获取了从表层到1000米的异养细菌呼吸和生产速率数据。结果表明，两个海域中的BCD均随深度迅速降低，并在200米以下趋于稳定（图2）。尽管垂向变化趋势一致，南海与西太平洋不同水层中的BCD差异明显：在真光层（0–200 m），南海BCD显著高于西太平洋，表明其表层细菌代谢更为活跃；而在弱光层（200–1000 m），西太平洋则显示出更高的BCD，反映出其深层微生物的代谢能力更强。

图2. 南海和西太平洋细菌需碳量（BCD）垂直分布剖面及比较

细菌碳代谢差异揭示有机碳转化路径的区域特征

研究发现，不同水层的细菌碳代谢受控因子存在显著差异（图3）。在真光层，BCD与细菌丰度和净初级生产力呈显著正相关，表明光合自养过程所释放的有机物是异养细菌代谢的直接碳源。南海真光层BCD显著高于西太平洋，可能与其受陆源输入和区域物理过程影响以及初级生产力相对更高有关，进而促进了细菌的有机碳利用效率。而在弱光层，BCD则主要受DOC浓度的限制。由于西太平洋颗粒有机碳的垂向衰减速率较低，有机物更容易穿越真光层进入深层水体，为异养微生物提供持续的碳源供给，维持了较高的深层代谢活性。这一差异反映了两大海区在有机碳垂向输送和保存机制上的区域特征，为理解不同海区生物泵效率差异以及上下层耦合过程提供了新的视角。

图3. 南海和西太平洋不同深度细菌需碳量（BCD）的环境驱动因素

启示与展望

该研究首次系统对比了南海与西太平洋热带寡营养海域的细菌碳代谢特征及其驱动因子，揭示了真光层与弱光层碳代谢机制的显著差异。这一发现不仅深化了对海洋碳储存路径的理解，也为全球碳循环模型提供了更精细的微生物过程参数，对应对气候变化背景下海洋碳汇的动态评估具有重要科学价值。

研究团队及资助

该论文第一作者为我院博士生范文鑫，共同通讯作者为肖武鹏副教授和黄邦钦教授。合作者包括博士生徐超、许增超、刘尧、李炜男、郭嘉宇、薛成文，以及陈纪新高级工程师和柳欣教授。该研究获得国家自然科学基金（42130401、42141002、42421004、42276209）及国家重点科技发展计划项目（2023YFC0805003）的联合资助。

论文来源及链接

Wenxin Fan, Wupeng Xiao*, Chao Xu, Zengchao Xu, Yao Liu, Weinan Li, Jiayu Guo, Chengwen Xue, Jixin Chen, Xin Liu and Bangqin Huang* (2025), Contrasting drivers of bacterial metabolism in the euphotic and mesopelagic zones of tropical oligotrophic oceans. Global Biogeochemical Cycles. doi: org/10.1029/2024GB008388

https://doi.org/10.1029/2024GB008388

文｜图 范文鑫 肖武鹏

责任编辑｜王秀秀 曹京柱

排版｜陈   蕾