近日，中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室庄光超教授团队联合国内外合作者，在海洋甲烷生物地球化学研究领域取得新进展。研究系统揭示了大气沉降影响海洋甲烷产生及释放的新机制，相关成果以“Atmospheric deposition enhances marine methane production and emissions from global oceans”（大气沉降增强全球海洋甲烷产生和排放）为题发表在国际权威学术期刊Nature Communications《自然·通讯》上。

甲烷（CH4）是重要的温室气体，其温室效应是CO2的二十多倍，减少全球甲烷排放是推进气候治理与实现碳中和目标的重要途径。海洋是大气中甲烷的来源之一，每年向大气释放约6–12TgCH4。作为表层海洋营养盐输入的重要来源，大气沉降能够显著影响上层海洋生物地球化学循环，但其对海洋甲烷的产生及释放过程的影响机制却未被认识。研究团队聚焦富氧上层海洋中甲基膦酸盐降解导致的有氧产甲烷途径，即在磷限制条件下，微生物可通过降解甲基膦酸盐获取可利用的磷，并在碳—磷（C–P）键裂解过程中产生副产物甲烷，基于原位观测、培养实验、生物信息学分析、机器学习等一系列跨学科交叉技术手段，发现过量大气氮沉降显著提高了表层海水氮磷比例，加剧了磷限制，从而促进微生物通过甲基膦酸盐降解释放甲烷。在此基础上，整合了全球表层海洋宏基因组数据以及环境因子数据库，利用随机森林回归模型构建并预测了C-P裂解通路关键基因的全球分布格局，定量估算了大气氮沉降对海洋甲烷产生和释放的影响。结果表明，大气氮输入导致全球表层海洋C-P裂解通路关键基因的丰度提高12.5–18.6%，并且升高的N:P比可导致全球表层海水甲烷产生速率显著增加。未来情景下，2025−2050年期间由大气氮沉降驱动的全球表层甲烷释放达0.22Tg，占全球开阔大洋甲烷年释放通量的14.3%–33.3%。这些结果表明大气沉降通过改变营养盐结构，能够促进全球海洋甲烷的产生及释放，从而部分抵消其导致的固碳效应，揭示了海洋大气沉降、营养盐循环与温室气体生成之间更为复杂的反馈关系。

图1 大气沉降和海洋温室气体循环之间的反馈机制

庄光超课题组合影

该研究首次提出并验证了“大气氮沉降—营养盐失衡—微生物磷代谢—海洋甲烷产生与释放”的核心机制，进一步深化了目前对大气沉降及海洋温室气体生物地球化学循环的认识。该成果由中国海洋大学联合佐治亚大学等国内外多家单位合作完成。庄光超教授与2025届博士毕业生毛士海（现于维也纳大学从事博士后研究）为共同第一作者及通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金、山东省泰山学者计划、中央高校基本科研业务费等项目资助。