圖1 “水動(dòng)力調(diào)控—微生物功能途徑”耦合框架

近日，山東大學(xué)海洋學(xué)院海洋牧場(chǎng)團(tuán)隊(duì)姜昭陽(yáng)教授課題組在國(guó)際環(huán)境領(lǐng)域權(quán)威期刊《Water Research》上發(fā)表最新研究成果，揭示了人工魚礁促進(jìn)沿海碳穩(wěn)定潛力的關(guān)鍵機(jī)制。研究生王璐為第一作者，姜昭陽(yáng)教授為通訊作者。本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金（42176150）與海洋負(fù)碳排放（ONCE）計(jì)劃資助。

海洋牧場(chǎng)被寄予藍(lán)碳增匯與生態(tài)修復(fù)協(xié)同的期待，但人工魚礁在其中扮演的角色長(zhǎng)期停留在增加生物量與提供棲息地的認(rèn)知層面，關(guān)于其是否能夠促進(jìn)碳穩(wěn)定，以及這一效應(yīng)通過哪些物理與微生物過程實(shí)現(xiàn)，仍缺乏系統(tǒng)的證據(jù)鏈。

鑒于人工魚礁可以改變流速、剪切與湍流結(jié)構(gòu)并重塑近底層水體中顆粒輸運(yùn)與沉降，同時(shí)影響沉積環(huán)境與氧化還原過程，進(jìn)而可能改變微生物代謝路徑與溶解有機(jī)碳質(zhì)量，本研究以雙島灣典型海洋牧場(chǎng)為研究場(chǎng)景，通過多尺度水動(dòng)力模擬、沉積物與水體碳庫(kù)表征、暗培養(yǎng)過程實(shí)驗(yàn)與宏基因組功能解析，構(gòu)建從物理驅(qū)動(dòng)到碳積累再到微生物功能過程的遞進(jìn)邏輯，旨在回答人工魚礁促進(jìn)碳穩(wěn)定化潛力的機(jī)制基礎(chǔ)與工程啟示。

研究顯示，人工魚礁生境底棲碳儲(chǔ)存指標(biāo)存在顯著空間異質(zhì)性，沉積物TOC與碳儲(chǔ)量較高的站位往往伴隨更細(xì)粒徑沉積物，表明細(xì)顆粒捕獲與分選是碳穩(wěn)定化表征增強(qiáng)的重要物理基礎(chǔ)；暗培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步觀察到類蛋白組分降低、類腐殖質(zhì)熒光信號(hào)相對(duì)增強(qiáng)的演化軌跡，指示微生物優(yōu)先消耗易降解底物并伴隨更持久光學(xué)特征的累積；宏基因組證據(jù)揭示不同生境微生物功能分層與底物利用策略差異，CAZymes與peptidases的投入比例在不同礁區(qū)發(fā)生偏移；綜合模型將水動(dòng)力指標(biāo)、環(huán)境狀態(tài)變量、氮循環(huán)潛力與微生物功能聯(lián)系起來，支持水動(dòng)力條件驅(qū)動(dòng)微生物功能分配，并進(jìn)一步關(guān)聯(lián)類腐殖質(zhì)DOM信號(hào)與底棲碳庫(kù)指標(biāo)的耦合路徑。

本研究表明人工魚礁可以通過改變底層水動(dòng)力條件，增強(qiáng)顆粒捕獲與沉積物分選，進(jìn)而塑造底棲碳庫(kù)的空間格局，同時(shí)在氮氧化還原相關(guān)微生物功能途徑的協(xié)同作用下推動(dòng)DOM向類腐殖質(zhì)特征增強(qiáng)的方向演化，最終體現(xiàn)為海岸碳穩(wěn)定化潛力表征提升；這一“水動(dòng)力調(diào)控—微生物功能途徑”耦合框架為海洋牧場(chǎng)碳匯可行性提供了機(jī)制層面的支撐，也為人工魚礁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與空間布設(shè)服務(wù)藍(lán)碳工程與近岸生態(tài)管理提供了科學(xué)線索。

論文信息：

Wang L, Liang ZL, Lu DC, Lv SX, Li Z, Tan RS, Guo ZS, Wu HD, Wang YF, Xu XH, Yu JF, Li ZC, Zhang WY, Zheng WM, Jiang F, Yao MW, Zhou P, Jiang ZY*. Artificial Reefs Promote Coastal Carbon Stabilization Potential through Hydrological Condition and Microbial Pathways. Water Research, 2026, 125502.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135426001843

• 信息來源：山東大學(xué)海洋學(xué)院。

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