近日，厦门大学海洋与地球学院、海洋生物地球化学全国重点实验室林昕副教授团队与合作者在海洋橄榄石溶解增加碱度与浮游植物协同固碳研究领域取得新进展。相关成果以“Olivine-Induced Alkalinity Enhancement Amplifies Phytoplankton Carbon Export Efficiency”为题，发表于环境科学与工程领域国际权威期刊Environmental Science & Technology 上。
这项研究融合海洋生物、海洋化学、材料等多学科交叉手段，揭示了橄榄石溶解所引发的海水碱度提升，不仅有助于二氧化碳的直接吸收，还能显著加快硅藻与钙化颗石藻的沉降速率，从而增强生物泵的有机碳输出，实现溶解度泵与生物泵双重碳汇增益的潜力。
图1 橄榄石协同浮游生物固碳机制示意图
研究背景
海洋碱度增强（Ocean alkalinity enhancement , OAE）是一种通过添加碱性物质提升海水总碱度、进而吸收CO₂并缓解海洋酸化的碳移除技术。橄榄石因其高效性和广泛分布被视为潜在海洋碱度增强的理想材料。浮游植物贡献了全球近一半的光合固碳量，硅藻和颗石藻是两大关键浮游植物类群。浮游植物的沉降速率是影响生物碳泵固碳效果的重要因素——沉降越快，有机碳越有可能被有效输送到深海。硅藻的硅质壳和颗石藻的碳酸钙壳具有“压载效应”，对碳输出有重要意义。但添加橄榄石是否会进一步改变硅藻和颗石藻的生物固碳和沉降速率，从而影响碳汇效应目前尚不清楚。此外，颗石藻的钙化过程本身会消耗碱度，可能与OAE的增碱增汇目标相抵消。
研究结果
本研究以硅藻假微型海链藻(Thalassiosira pseudonana)和赫氏颗石藻（Emiliania huxleyi）（钙化与非钙化株系）为对象，探究橄榄石添加对不同种类浮游植物生长、碳酸盐系统及沉降速率的影响，并揭示沉降速率增加的机制。
结果表明，添加天然橄榄石粉末普遍提升了假微型海链藻、钙化与非钙化赫氏颗石藻培养体系的总碱度，但对钙化赫氏颗石藻培养体系碱度的提升幅度相对较小，这与赫氏颗石藻钙化过程抵消了总碱度的上升密切相关。橄榄石显著促进了假微型海链藻和钙化赫氏圆石藻的生长及颗粒有机碳的产生，对硅藻的生长促进作用更为明显，而对非钙化颗石藻则无显著影响。因此，基于橄榄石的OAE不仅可以增加碱度，从而增强CO₂吸收，还能通过促进有机碳的生成进一步强化生物泵功能，且对硅藻的促进作用强于颗石藻。
图2 在添加与未添加橄榄石的条件下，三种浮游植物株系在培养过程中碳酸盐的变化情况：假微型海链藻 (T. p) (a)、钙化赫氏颗石藻 E. hux (cal) (b) 以及非钙化赫氏颗石藻 E. hux (Non-cal) (c) 的**总碱度（TA）变化；以及上述对应的假微型海链藻 (d)、钙化赫氏颗石藻 (e) 和非钙化赫氏颗石藻 (f) 的溶解无机碳（DIC）**浓度变化。数据以平均值 ± 标准差（mean ± SD, n = 3）表示。不同处理组间的显著性差异以符号标注（*p < 0.05; **p < 0.01; ***p < 0.001）。注： 标称“0 小时”处测得的 TA 值在不同处理组间已存在差异，这是由于橄榄石在样品采集窗口期内发生了初始的快速爆发性溶解。
图3在培养过程中，有无橄榄石存在条件下，假微型海链藻（T. pseudonana, T. p）（a）、钙化赫氏颗石藻（E. huxleyi, E. hux(cal)）（b）及非钙化赫氏颗石藻（E. hux(non-cal)）（c）的细胞浓度变化；以及假微型海链藻（T. p）（d）、钙化赫氏颗石藻（E. hux(cal)）（e）与非钙化赫氏颗石藻（E. hux(non-cal)）（f）的叶绿素a浓度变化。数据以均值±标准差表示（n = 3）。不同处理间的显著性差异以符号标注 (*p < 0.05; **p < 0.01; *** p < 0.001)
图4 添加与未添加橄榄石条件下（基于叶绿素a浓度），假微型海链藻（T. p）（a）与钙化赫氏颗石藻（E. hux）（b）的沉降速率。数据以平均值 ± 标准差（mean ± SD, n = 3）表示。不同处理组间的显著性差异以符号标注（*p < 0.05; **p < 0.01; ***p < 0.001）。扫描电子显微镜（SEM）图像显示：在钙化赫氏颗石藻细胞上附着有橄榄石颗粒 (c, d)；在添加橄榄石的钙化赫氏颗石藻培养体系中，橄榄石颗粒表面存在类胞外聚合物（EPS）物质 (d)。而在添加橄榄石的假微型海链藻培养体系中，橄榄石颗粒表面也附着有类 EPS 物质，但橄榄石颗粒与假微型海链藻无聚集现象 (e, f)。Olivine：橄榄石，EPS：胞外多糖
研究进一步显示，添加橄榄石极大加快了浮游植物的沉降速率：假微型海链藻和钙化赫氏颗石藻的沉降速率分别提高了 9.36 倍和 2.39 倍。但两者的增强机制各异：硅藻吸收橄榄石溶解所释放的硅，生物硅含量提升，细胞密度增加；而颗石藻则主要通过胞外多糖诱导细胞与橄榄石产生聚集，同时伴有少量的硅沉积在颗石粒上增加细胞密度。
这项研究揭示了橄榄石诱导的海水碱度增加（OAE）不仅能直接吸收二氧化碳，还能通过促进浮游植物生长增加有机碳产量，并进一步借助橄榄石溶解产生的硅所介导的“压舱效应”和胞外多糖引起的“絮凝作用”，显著加速硅藻和钙化颗石藻的沉降速率，从而具有增强碳输出的潜力。因此，橄榄石溶解一方面通过海水碱化促进吸收CO₂，另一方面又可协助增强生物泵的有机碳输出能力，从而展现出实现海洋碳汇双重增益的潜力。
研究团队及资助
该论文的第一作者为厦门大学海洋与地球学院林昕副教授和2021级硕士李灿如，通讯作者为林昕副教授，共同作者包括厦门大学戴民汉院士、姜源教授、曹知勉教授、李岩工程师和美国加利福尼亚州洛杉矶南加州大学David A. Hutchins教授。该研究获得国家重点研发计划项目（2025YFF0517300）和国家自然科学基金面上项目（42576144）的联合资助。
论文来源及链接
Xin Lin, Canru Li, David A. Hutchins, Haodong Luo, Ningxin Yan, Yan Li, Yuan Jiang, Zhimian Cao, Minhan Dai. (2026). Olivine-Induced Alkalinity Enhancement Amplifies Phytoplankton Carbon Export Efficiency. Environmental Science & Technology. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.6c02131
供稿 | 林昕副教授团队
编辑 | 房月 苏颖
排版 | 陈蕾
审核 | 高光 曹知勉
