近日，我所科研团队在全球低氧水体酸化进程研究方面取得了重要进展。该研究系统探讨了全球大洋最小含氧带（OMZ）中，海洋通风与碳酸盐缓冲能力如何共同调控人为CO₂累积所驱动的海洋酸化进程，提出水体通风条件是主导海洋内部酸化空间格局的关键因子，为精准识别生态风险与制定差异化治理策略提供了全新科学框架。

海洋酸化狭义上指由于大气二氧化碳（CO₂）浓度上升、海洋吸收人为排放的二氧化碳（人为CO₂）所引发的海水碳酸盐参数的变化，主要表现为氢离子浓度增加、pH值下降以及碳酸钙饱和度降低等现象。目前，海洋酸化已成为继全球变暖之后，由大气CO₂浓度升高引起的另一重大全球性环境问题，正对海洋生态系统的健康以及人类社会与经济的可持续发展构成严重威胁。因此，明晰海洋酸化的进程及其驱动因子，对于预测未来海洋酸化趋势、识别重要生态脆弱区域并制定有针对性的应对策略具有重要的科学意义。

在以往的研究中通常认为，低氧水体因其生物降解产生的大量CO₂累积而导致缓冲能力较弱，更易受到酸化的影响，被视为海洋酸化的脆弱区。然而，全球大洋OMZ是否存在显著的酸化加剧问题，目前仍不明确。

科研团队利用多源观测与同化数据，通过分析太平洋、印度洋和大西洋三条经向断面（P16、I9N8S、A16），对比分析了工业革命以来OMZ与邻近通风良好区域氢离子浓度（[H⁺]）和碳酸钙饱和度（Ω）等酸化指标的长期变化。研究发现，尽管下层OMZ缓冲能力极弱，但由于通风极差很难积累人为CO₂，其酸化并不显著；而在通风适中的上层OMZ则出现明显酸化。与邻近通风良好区域相比，工业革命以来上层OMZ的[H⁺]上升更快，但Ω的下降幅度较小（图1）。研究指出，这些差异主要同水体通风条件及各酸化指标的定义与敏感性有关（图2）。

图1不同通风条件下水柱中人为CO₂累积（ΔC_ant）及酸化指标变化示意图。图（a）至（f）分别表示ΔC_ant（a）、碳酸盐缓冲因子指数RF（b）、二氧化碳分压变化ΔpCO₂（c）、氢离子浓度变化Δ[H⁺]（d）、pH变化ΔpH（e）以及碳酸钙饱和度变化ΔΩ_ara（f）的垂向分布。图中蓝色背景反映垂向通风的相对强弱；饼图的大小对应ΔC_ant、RF及各酸化指标的变化幅度。其中灰色部分表示在与表层海水相同缓冲能力下，由ΔC_ant直接引起的酸化指标变化，橙色部分则表示缓冲能力差异所引起的变化。

尽管碳酸盐缓冲能力（Revelle factor）对海洋酸化进程具有重要调节作用，但海洋内部酸化的空间分布差异主要受海洋通风强度控制。本文以水团年龄表征通风强度的空间差异，发现其与酸化指标的绝对变化显著相关（图2），且与酸化指标的相对变化相关性更强（r²均大于 0.94）。

图 2水团年龄与ΔpH（a）、ΔΩ_ara（b）、Δ[H⁺]（c）和ΔpCO₂（d）的相关性。其中，pCO_2uc, H_uc, pH_uc and Ω_uc分别表示单位人为CO₂增加引起的酸化指标的绝对变化。

此外，本研究依据海洋通风强度将全球低氧环境的酸化类型进行了划分（图3）：一类是通风较好的低氧区（如大洋上层OMZ和近海季节性低氧/缺氧海域），目前已发生显著酸化；另一类是通风较差的低氧区（如大洋下层OMZ），酸化尚不明显。该分类框架突破了以往仅以缓冲能力评判低氧环境酸化程度的认知局限，提出水体通风过程是塑造海洋内部酸化空间格局的关键主导因子。该研究成果不仅深化了对全球低氧环境海洋酸化空间异质性的机理理解，也为精准识别海洋生态脆弱区和差异化制定应对策略提供了重要科学依据。

图3 海洋通风与碳酸盐缓冲能力相互作用影响酸化示意图

相关研究成果以“Ventilation and buffering capacity effects on ocean acidification in low oxygen environments”为题，于2025年12月19日在线发表在国际著名学术期刊《Nature Communications》，论文第一作者为我所薛亮研究员，合作者包括美国特拉华大学Wei-Jun Cai教授、夏威夷大学Christopher Sabine教授及自然资源部第二海洋研究所陈建芳研究员等。该研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金和山东省泰山学者计划等项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67807-0