全球变暖和人为活动不断加剧海洋低氧环境发生的频率和范围,低氧对全球海洋底栖生物群落结构造成重大影响。底栖有孔虫能够广泛适应生存在各种海洋低氧环境中,是极少数能适应低氧环境的真核生物之一,底栖有孔虫对低氧环境的响应及适应机制研究是海洋研究领域的前沿和热点话题,至今仍存在很多谜团。本文总结了不同海洋低氧环境活体底栖有孔虫分布特征、活体底栖有孔虫对人为诱导低氧环境的响应、低氧环境下底栖有孔虫外壳化学组成特征、低氧环境下底栖有孔虫的生存机理,期望为后续推进海洋低氧环境下底栖有孔虫相关研究进一步开展提供参考和借鉴。底栖有孔虫作为古海洋环境重建的重要工具,对我们了解全球海洋低氧环境的历史演化进程具有非常重要的意义。展望未来我们需要进一步加强有孔虫细胞生理学和分子生物学对低氧环境的适应机制研究,从系统发生学上认识真核生物对低氧环境适应的历史演化进程,为利用有孔虫作为工具更好地重建和预测海洋低氧环境变化提供理论依据。

海洋硅循环是海洋生物地球化学循环的关键过程之一,对调控全球二氧化碳浓度、海洋酸碱度和多种元素(氮、磷、铁、铝等)的循环具有重要作用。在当今气候变化和人类活动影响日益增强的背景下,硅循环与“生物泵”及碳循环的紧密联系,是其成为地球科学领域研究热点的主要原因。海洋中硅的外部来源主要为河流、地下水、大气沉降、海底玄武岩风化作用和海底热液输送5个途径,在全球气温变暖趋势的影响下,极地冰川融化成为高纬度海域不可忽视的硅源。生物硅在沉积物中的埋藏、硅质海绵和生物硅的反风化作用是重要的海洋硅移除过程。海洋硅循环过程复杂,受生物(生物吸收、降解)、物理(吸附、溶解)和化学(矿化分解和反风化作用)多重因素的影响,针对海洋硅循环关键过程的研究有助于综合评估海洋硅的“源-汇”和收支。本文总结了海洋硅循环的主要过程及海洋硅的收支,根据国际和国内研究现状讨论了当前海洋硅循环研究中面临的主要问题和挑战。现有研究成果显示,海洋硅的外源输入和输出通量比以往的评估分别增加了2.4和2.2倍。在短时间尺度内(<8 ka),全球海洋中硅的收支大致平衡,海洋硅循环基本处于稳定状态。气候变化和人类活动导致河流输送至陆架边缘海的硅通量发生变化,可能影响硅藻等海洋浮游植物种群结构,是未来海洋硅循环研究需要关注的问题之一。陆架边缘海较高沉积速率和强烈的反风化作用提高了该区域生物硅的埋藏效率,准确评估该区域生物硅的埋藏通量仍是亟须解决的难题。目前的研究评估了全球海洋浮游硅藻、硅质海绵以及放射虫生产力,而海洋底栖硅藻生产力的贡献受到忽视,未来需要关注底栖硅藻对生物硅的贡献及其在海洋硅的生物地球化学过程中的作用。

本研究分别利用顶空平衡法与qPCR技术测定了2018年春季黄、渤海5个典型站位柱状沉积物中甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)浓度及产甲烷菌与硫酸盐还原菌功能基因拷贝数,并分析了其与间隙水中相关环境因子的关系。沉积物上方水文条件的差异以及其中复杂的碳氮生物地球化学过程使得CH₄和N₂O浓度呈现出明显的空间和垂直变化。结果显示,沉积物中CH₄浓度为0.23~0.92 μmol·kg^-1,N₂O浓度为18.90~104.96 nmol·kg^-1。总体来说,渤海沉积物中CH₄和N₂O平均浓度高于黄海。垂向分布上,CH₄浓度均随深度增加逐渐升高, $\text{SO}_{4}^{2-}$浓度随深度增加逐渐降低,并与CH₄浓度呈镜像关系,产甲烷菌与硫酸盐还原菌的丰度也遵循着同样规律,这表明沉积物中产甲烷作用受$\text{SO}_{4}^{2-}$浓度的抑制。 mcrA基因拷贝数平均值为渤海低于黄海。除3500-7站外,沉积物中mcrA基因拷贝数随深度增加而升高。各站位mcrA 基因丰度与CH₄浓度均无显著相关性,且mcrA丰度与$\text{SO}_{4}^{2-}$浓度之间也未检测到显著相关性。dsrB基因拷贝数远高于mcrA基因拷贝数,且两者相差至少两个数量级。 dsrB基因拷贝数随深度逐渐增加,直至10 cm左右,随后至沉积物底部逐渐减少。各站位dsrB基因拷贝数与CH₄浓度剖面略有镜像关系,但均未检测到显著负相关性。以上结果均表明沉积物中存在着同时消耗沉积物中$\text{SO}_{4}^{2-}$与CH₄的其他作用。N₂O浓度随深度增加先降低,在深度30 cm以下逐渐升高。间隙水中$\text{NO}_{3}^{-}$和$\text{NO}_{2}^{-}$浓度均随深度减小,同时$\text{NH}_{4}^{+}$浓度与其呈相反趋势。沉积物中N₂O与$\text{NO}_{2}^{-}$及$\text{NO}_{3}^{-}$浓度均呈正相关,且前者相关性较高,说明反硝化作用是沉积物中N₂O产生的主要过程。这些结果为进一步了解近岸陆架海域沉积物中CH₄和N₂O的来源、分布及碳氮生物地球化学循环提供了参考资料。