近日，国际知名地学期刊《AGU Advances》以“Orbital Variability in Grazing Proportion: New Insights From Sedimentary Amino Acid δ15N Records of the Western Equatorial Pacific”为题，发表了我院博士后李琛及合作者的最新研究成果。该研究揭示了海洋生物群落结构变化对生物泵效率及全球碳循环的重要调控作用。
生物碳泵是海洋吸收大气二氧化碳的关键途径之一，表层海洋中的浮游植物通过生物碳泵将二氧化碳固定为有机碳，随后沉降至海洋内部。以往的研究主要聚焦表层海水中的固碳过程，对有机碳垂向输运的效率理解不足，限制了人们对生物碳泵能力的综合评估。其中，浮游生态系统的营养结构是影响生物泵碳封存能力的关键因素，因为它同时调控沉降有机碳的通量及其被降解的程度。
该研究通过分析赤道西太平洋沉积岩芯中的氨基酸氮同位素记录，首次重建了该区域过去十四万年以来群落营养结构的变化历史。基于营养型与源氨基酸之间的氮同位素梯度，结合理想化的生态模型，该研究定量估算了有机碳平均营养级和被摄食比例（即初级生产者被消费者摄食的比例）变化。结果表明有机碳的平均营养级、被摄食比例均呈现显著的岁差周期变化特征：在岁差高值时期，平均营养级和摄食比例较低，主要归因于赤道西太平洋处于类厄尔尼诺平均态，次表层营养盐向表层的供给增加（图1）。此外，间冰期时的平均摄食比例略低于末次冰期，暗示海平面变化可能也发挥相应作用。这些发现揭示了受轨道驱动的赤道西太平洋上层水体结构变化，可以调控生态系统营养结构。
图1：平均营养级及摄食比例的轨道周期变化
该研究进一步利用海洋生物地球化学模型开展敏感性试验，评估了大洋营养结构变化的潜在碳循环效应。模拟结果显示：全球大洋有机碳摄食比例减半，可导致有机碳再矿化深度变浅，从而显著降低中上层海洋碳储量，引起大气二氧化碳浓度上升。该结果初步检验了群落营养结构可以对大洋生物泵效率和全球碳循环产生重要调控，为全面理解生物泵的固碳能力及其气候反馈提供了重要参考。
论文第一作者为我院博士后李琛，通讯作者为我院党皓文教授与杜金龙博士，合作者包括自然资源部第二海洋研究所的李宏亮、张静静，以及我院翦知湣院士。该研究受国家自然科学基金、ONCE计划、国家重点研发计划等项目资助。
全文链接：https://doi.org/10.1029/2025AV002024