近日，bat365在线平台官方网站、海洋生物地球化学全国重点实验室沈渊教授团队，在海洋储碳潜力方面取得新进展，相关成果以“Limited microbial degradation of elevated concentrations of dissolved organic carbon in the deep ocean”为题发表于Limnology and Oceanography.

研究背景

海洋储存了大量的溶解有机碳（DOC），其中绝大部分（>95%）在海洋中长期停留，在全球碳循环和气候调节中发挥着重要作用。沉积物碳同位素记录表明，古海洋中的DOC储库曾经历动态变化，其DOC储量或达到现代海洋的2-3个数量级。然而，现代海洋是否具备类似庞大的DOC容纳潜力，目前尚未明确。“双碳”战略背景下，探明海洋DOC碳库容量，对评估海洋储碳潜力与演变趋势具有重要意义。

研究结果

研究团队结合现场调查与室内受控实验，探究了DOC在不同浓度场景下的归宿变化。利用固相萃取技术富集深海（2000 m）DOC，建立6个DOC浓度梯度（富集1-55倍），将其分别添加至原位深海微生物群落中，开展长达1年的降解实验，通过监测DOC降解动态，评估不同浓度梯度下的DOC生物可利用性（可被降解性）。研究结果显示，整个培养过程中，DOC的降解量为1-220 μmol C L^-1（图1），占初始DOC的3-9%，表明富集后DOC的微生物可利用性整体有限。

图1 培养实验中不同富集倍数下DOC浓度随时间变化图

对不同浓度梯度下的DOC微生物可利用性（降解程度；%）进行定量分析，发现DOC的微生物可利用性与其初始浓度之间存在非线性关系（图2）。在低浓度下（富集1-8倍），DOC的微生物可利用性随初始DOC浓度的增加而增加（Pearson’s r = 0.6, p < 0.05）；而在高浓度时（富集38和55倍），DOC的微生物可利用性达到极大值，且各实验组间无显著性差异（Mann-Whitney U test, p > 0.1）。这一非线性关系符合经典的米氏方程模型，该模型预测DOC的微生物可利用性最大值约为9.1%（图2）。

图2 DOC微生物可利用性（降解百分比）与初始DOC浓度关系图

为厘清DOC生物可利用性的限度问题，研究团队将培养过程分为两个阶段：前期（0-28天）和中后期（28-365天），发现绝大部分的DOC降解发生在前期阶段，伴随着较高的DOC降解速率（最高6.0 μmol C L^-1 d^-1）和较快的微生物生长速率（最高2.0 d^-1）（图3a和c）；而在培养中后期，仅有少量（0-2%）DOC发生降解，且微生物的生长速率趋近于0 d^-1（图3b和d）。该差异表明，当DOC发生累积时，仅一小部分在短期内降解，剩余绝大部分将在长时间尺度上抵抗微生物降解。

图3 培养实验前期（0-28天）和中后期（28-365天）的DOC降解百分比（a，b）及微生物生长速率（c，d）

进一步，通过分析微生物群落组成发现，不同培养阶段的群落结构存在一定差异，但各DOC浓度梯度之间的群落组成却表现出高度相似性（图4），表明微生物群落对DOC富集的响应总体上相对有限。

图4 不同DOC富集倍数（8、38、55倍）下的微生物群落组成变化

综上，该研究表明，理论上海洋DOC碳库可以累积而不被迅速降解，暗示现代海洋具备储存更多DOC的潜力。先前研究表明，未来海洋DOC的降解速率可能会随海洋翻转环流减缓而降低。因此，如果DOC生产速率维持不变，海洋的DOC储量则有可能进一步增加。近年来提出的多种海洋碳增汇策略，如减少难降解DOC的清除并增加难降解DOC的生产，本研究表明海洋具备储存这些“额外”DOC的能力。

研究团队及资助

该论文的第一作者为我校2023级博士生刘涛，通讯作者为沈渊教授，共同作者还包括2022级硕士生李一娴。该研究获得国家自然科学基金青年科学基金项目（B类）、创新研究群体项目（A类）的共同资助。

论文来源及链接：

Liu, T., Y. Li, and Y. Shen^*. 2025. Limited microbial degradation of elevated concentrations of dissolved organic carbon in the deep ocean. Limnology and Oceanography. lno.70000. doi:10.1002/lno.70000

https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lno.70000

供稿：刘涛

编辑：朱佳 苏颖

排版：陈蕾

审核：黄毅彬 张瑶