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近日，中國海洋大學深海圈層與地球系統前沿科學中心、海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室莊光超教授團隊和楊桂朋教授團隊合作在海洋甲烷生物地球化學循環研究領域取得新進展。相關成果以“Aerobic oxidation of methane significantly reduces global diffusive methane emissions from shallow marine waters”（甲烷有氧氧化作用顯著減少全球淺海水域甲烷釋放）為題發表在國際權威學術期刊NatureCommunications（《自然·通訊》）上。

甲烷是重要的溫室氣體，其溫室效應是二氧化碳的20多倍，減少全球甲烷排放是實現碳中和的重要路徑之一。甲烷也是天然氣水合物（可燃冰）的主要組成成分，其生成和代謝過程在全球碳循環中起著重要作用。每年從海洋排放到大氣中的甲烷為6-12百萬噸，約占全球自然排放量的1-10%。近岸淺水區域（0-50米）雖然只占全球海洋面積的一小部分（~3%），卻是海洋甲烷向大氣釋放的主要場所。甲烷有氧氧化過程作為海洋水體中甲烷的生物匯，是海洋甲烷向大氣釋放前的最后一道屏障。然而目前，缺乏在全球尺度下對甲烷氧化作用控制海洋甲烷釋放作用的定量評估，限制了我們對海洋溫室氣體排放機制的進一步認識。

莊光超教授和楊桂朋教授研究團隊依托海化重點實驗室的放射性同位素示蹤實驗室，在國內首次建立了利用放射性氫同位素（3H）測定甲烷氧化速率的方法，掌握了對甲烷氧化過程實現定量分析的關鍵技術。通過結合地球化學分析、培養實驗、同位素示蹤、分子生物學、機器學習等一系列跨學科交叉技術手段，系統研究了中國東部陸架海淺海水域甲烷的來源和去除途徑，定量分析了不同生成和消耗過程的相對重要性。在此基礎上，集成了全球淺水區甲烷氧化速率數據庫，利用隨機回歸森林機器學習方法，模擬了全球近海甲烷氧化速率的分布格局，估算了淺水區的甲烷總消耗量（圖1）。研究結果表明，在全球范圍內，小于50米的近岸水域每年可以通過氧化作用消耗1.8±2.7百萬噸的甲烷，大約有一半的甲烷在釋放到大氣之前通過生物作用過濾掉。這些結果進一步闡明了近海海洋甲烷的生成和排放機制，首次定量揭示了甲烷的有氧氧化過程在控制海洋甲烷釋放的重要作用，對于加深目前對海洋甲烷生物地球化學循環以及減少海洋甲烷排放、助力實現碳中和目標的認識具有重要意義。

圖1全球淺水區甲烷氧化速率的分布及預測

該項工作由中國海洋大學、廈門大學、蒙大拿大學、佐治亞大學、倫敦大學學院等多個單位的相關學者合作完成。中國海洋大學莊光超教授和楊桂朋教授為共同通訊作者，莊光超教授指導的2021級海洋化學專業博士研究生毛士海為第一作者，研究工作得到了海外青年人才項目、國家自然科學基金面上項目、山東省泰山學者青年項目、中央高校基本科研業務費專項等項目的資助。

通訊員：毛士海

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35082-y