近日，海南大學南海海洋資源利用國家重點實驗室高樹基團隊譚萼輝副研究員及合作者定量化闡述了亞熱帶河口沉積物氮移除過程的環(huán)境與氣候效應(yīng)。研究成果以“Quantitatively deciphering the roles of sediment nitrogen removal in environmental and climatic feedbacks in two subtropical estuaries”為題發(fā)表在 Water Research。

研究意義

工業(yè)革命以來，人為活動引起的活性氮添加已經(jīng)成為僅次于生物多樣性危機的第二嚴重的全球生態(tài)環(huán)境問題，而近岸水域生態(tài)系統(tǒng)受到的干擾尤為嚴重。微生物介導的反硝化和厭氧氨氧化是自然生態(tài)系統(tǒng)中兩個主要活性氮的移除通路，是地球系統(tǒng)的自凈過程。有趣的是反硝化以強溫室氣體氧化亞氮（N2O）為中間產(chǎn)物，而厭氧氨氧化則是環(huán)境友好過程。因此，兩者的量級及其相對重要性決定了局部或全球尺度上地球系統(tǒng)的氮匯大小及氣候反饋作用。河口作為重要的陸海界面，接受了大量陸源活性氮，是氮移除發(fā)生的熱點場所。然而，在全球活性氮持續(xù)增加背景下，河口環(huán)境中沉積物氮移除過程機制、環(huán)境調(diào)控及其環(huán)境和氣候效應(yīng)仍未得到充分認識。定量化解析河口沉積物氮移除過程的環(huán)境與氣候效應(yīng)對參數(shù)化生物地球化學模型，控制與緩和近岸環(huán)境氮污染具有重要科學意義。

研究成果

該研究基于穩(wěn)定氮同位素示蹤技術(shù)，探究了長江口和九龍江河口沉積物氮移除機制，定量化解析了亞熱帶河口沉積物反硝化和厭氧氨氧化過程在活性氮脫除和氣候反饋方面扮演的角色。

研究結(jié)果表明：（1）反硝化主導河口沉積物脫氮，厭氧氨氧化僅占8.6%，同時反硝化過程導致了1.8%脫除的氮以N2O形式釋放；（2）有機質(zhì)降解驅(qū)動了沉積物氮移除并銜接了水體和沉積物的氮遷移轉(zhuǎn)化過程；（3）長江口和九龍江河口沉積物脫氮通量僅占河流輸入活性氮通量的1.9%和3.2%（圖1），意味著盡管河口沉積物具有較大的單位面積氮移除通量，但受限于面積，在活性氮移除方面扮演較弱角色。絕大部分活性氮將通過河口遞送到陸架海，并進一步通過浮游植物吸收-有機顆粒沉降-降解-耦合硝化反硝化等一系列過程實現(xiàn)脫氮；（4）長江口和九龍江河口沉積物氮移除過程伴隨的N2O釋放分別占日海氣N2O通量的59%和65%（圖1），展示了其重要的氣候反饋作用。

圖1 定量化解析（a）長江口和（b）九龍江口沉積物氮移除過程及其氣候反饋

（https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135422010673?via=ihub）

研究前景

在未來人為活動和全球變化持續(xù)強化的背景下，河流輸送的無機、有機活性氮將會進一步增加，將可能刺激沉積物氮移除及其介導的N2O釋放。在此情景下，陸架海沉積物氮移除在環(huán)境和氣候反饋方面的重要性必須得到進一步的重視。

研究相關(guān)

研究人員

海南大學為第一單位。該論文由多個單位合作完成，其中海南大學南海海洋資源利用國家重點實驗室譚萼輝副研究員為第一作者和通訊作者，高樹基教授為共同通訊作者，此外臺灣中央研究院許庭彰博士、汕頭大學顏秀利博士、海南大學鄭珍珍、鄭立偉和徐敏副研究員為合作作者。

研究支持

該研究獲得了國家自然科學基金（#91851209、#42276043、#41721005和mechanism of elemental cycling by microorganism in the hydrosphere "Integrated project on the mechanism of carbon, nitrogen and sulfur cycling by microorganisms and carbon source and sink effects in the sea–land transition zone）和廈門大學近海海洋環(huán)境科學國家重點實驗室訪問學者基金（MELRS2114）的共同支持。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.119121