近日，我所科研團(tuán)隊在全球低氧水體酸化進(jìn)程研究方面取得了重要進(jìn)展。該研究系統(tǒng)探討了全球大洋最小含氧帶（OMZ）中，海洋通風(fēng)與碳酸鹽緩沖能力如何共同調(diào)控人為CO₂累積所驅(qū)動的海洋酸化進(jìn)程，提出水體通風(fēng)條件是主導(dǎo)海洋內(nèi)部酸化空間格局的關(guān)鍵因子，為精準(zhǔn)識別生態(tài)風(fēng)險與制定差異化治理策略提供了全新科學(xué)框架。

海洋酸化狹義上指由于大氣二氧化碳（CO₂）濃度上升、海洋吸收人為排放的二氧化碳（人為CO₂）所引發(fā)的海水碳酸鹽參數(shù)的變化，主要表現(xiàn)為氫離子濃度增加、pH值下降以及碳酸鈣飽和度降低等現(xiàn)象。目前，海洋酸化已成為繼全球變暖之后，由大氣CO₂濃度升高引起的另一重大全球性環(huán)境問題，正對海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康以及人類社會與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，明晰海洋酸化的進(jìn)程及其驅(qū)動因子，對于預(yù)測未來海洋酸化趨勢、識別重要生態(tài)脆弱區(qū)域并制定有針對性的應(yīng)對策略具有重要的科學(xué)意義。

在以往的研究中通常認(rèn)為，低氧水體因其生物降解產(chǎn)生的大量CO₂累積而導(dǎo)致緩沖能力較弱，更易受到酸化的影響，被視為海洋酸化的脆弱區(qū)。然而，全球大洋OMZ是否存在顯著的酸化加劇問題，目前仍不明確。

科研團(tuán)隊利用多源觀測與同化數(shù)據(jù)，通過分析太平洋、印度洋和大西洋三條經(jīng)向斷面（P16、I9N8S、A16），對比分析了工業(yè)革命以來OMZ與鄰近通風(fēng)良好區(qū)域氫離子濃度（[H⁺]）和碳酸鈣飽和度（Ω）等酸化指標(biāo)的長期變化。研究發(fā)現(xiàn)，盡管下層OMZ緩沖能力極弱，但由于通風(fēng)極差很難積累人為CO₂，其酸化并不顯著；而在通風(fēng)適中的上層OMZ則出現(xiàn)明顯酸化。與鄰近通風(fēng)良好區(qū)域相比，工業(yè)革命以來上層OMZ的[H⁺]上升更快，但Ω的下降幅度較?。▓D1）。研究指出，這些差異主要同水體通風(fēng)條件及各酸化指標(biāo)的定義與敏感性有關(guān)（圖2）。

圖1不同通風(fēng)條件下水柱中人為CO₂累積（ΔC_ant）及酸化指標(biāo)變化示意圖。圖（a）至（f）分別表示ΔC_ant（a）、碳酸鹽緩沖因子指數(shù)RF（b）、二氧化碳分壓變化ΔpCO₂（c）、氫離子濃度變化Δ[H?]（d）、pH變化ΔpH（e）以及碳酸鈣飽和度變化ΔΩ_ara（f）的垂向分布。圖中藍(lán)色背景反映垂向通風(fēng)的相對強(qiáng)弱；餅圖的大小對應(yīng)ΔC_ant、RF及各酸化指標(biāo)的變化幅度。其中灰色部分表示在與表層海水相同緩沖能力下，由ΔC_ant直接引起的酸化指標(biāo)變化，橙色部分則表示緩沖能力差異所引起的變化。

盡管碳酸鹽緩沖能力（Revelle factor）對海洋酸化進(jìn)程具有重要調(diào)節(jié)作用，但海洋內(nèi)部酸化的空間分布差異主要受海洋通風(fēng)強(qiáng)度控制。本文以水團(tuán)年齡表征通風(fēng)強(qiáng)度的空間差異，發(fā)現(xiàn)其與酸化指標(biāo)的絕對變化顯著相關(guān)（圖2），且與酸化指標(biāo)的相對變化相關(guān)性更強(qiáng)（r²均大于 0.94）。

圖 2水團(tuán)年齡與ΔpH（a）、ΔΩ_ara（b）、Δ[H?]（c）和ΔpCO₂（d）的相關(guān)性。其中，pCO_2uc, H_uc, pH_uc and Ω_uc分別表示單位人為CO₂增加引起的酸化指標(biāo)的絕對變化。

此外，本研究依據(jù)海洋通風(fēng)強(qiáng)度將全球低氧環(huán)境的酸化類型進(jìn)行了劃分（圖3）：一類是通風(fēng)較好的低氧區(qū)（如大洋上層OMZ和近海季節(jié)性低氧/缺氧海域），目前已發(fā)生顯著酸化；另一類是通風(fēng)較差的低氧區(qū)（如大洋下層OMZ），酸化尚不明顯。該分類框架突破了以往僅以緩沖能力評判低氧環(huán)境酸化程度的認(rèn)知局限，提出水體通風(fēng)過程是塑造海洋內(nèi)部酸化空間格局的關(guān)鍵主導(dǎo)因子。該研究成果不僅深化了對全球低氧環(huán)境海洋酸化空間異質(zhì)性的機(jī)理理解，也為精準(zhǔn)識別海洋生態(tài)脆弱區(qū)和差異化制定應(yīng)對策略提供了重要科學(xué)依據(jù)。

圖3 海洋通風(fēng)與碳酸鹽緩沖能力相互作用影響酸化示意圖

相關(guān)研究成果以“Ventilation and buffering capacity effects on ocean acidification in low oxygen environments”為題，于2025年12月19日在線發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》，論文第一作者為我所薛亮研究員，合作者包括美國特拉華大學(xué)Wei-Jun Cai教授、夏威夷大學(xué)Christopher Sabine教授及自然資源部第二海洋研究所陳建芳研究員等。該研究獲得了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和山東省泰山學(xué)者計劃等項目資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67807-0