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海化重点实验室在深海底栖氮循环过程研究中取得新进展
发布时间:2022-09-26 浏览次数:11

近日,在国家自然科学基金和中国海洋大学基本科研业务费等资助下,海化重点实验室刘素美教授课题组在黑潮延伸体区深海底栖氮循环关键过程相关研究领域取得新进展。相关成果以“Benthic nitrogen cycling in the deep ocean of the Kuroshio Extension region”为题发表于国际海洋学期刊《Frontiers in Marine Science》。本研究将底栖氮循环研究从海岸带和陆架浅海拓展至深海大洋区域,阐明了深海与陆架区域的完全不同的底栖氮循环特征及控制机制,提升了研究人员对全球海洋氮循环的认识。

氮作为控制初级生产的营养元素,其在海洋中的生物地球化学过程一直是研究热点之一。沉积物是海洋中氮转化最活跃的区域,但前期的海洋底栖氮循环的相关研究大多聚焦于陆架边缘海,而对占全球海区60%的深海区的底栖氮循环过程的认识则十分有限。黑潮延伸体区 (Kuroshio Extension region, KE) 位于西北太平洋海域,其海底地形以深海平原为主,平均水深为5000-6000 m,而表层初级生产空间梯度变化显著,为研究深海底栖氮循环提供了一个良好的试验场。本研究通过间隙水溶解氧和无机氮剖面以及15N添加泥浆培养等手段探究了黑潮延伸体区域的底栖氮循环关键过程的空间分布及影响因子。结果表明,底栖脱氮过程的活性从北部高生产区到南部低生产区逐渐降低,且脱氮过程以厌氧铵氧化为主;而硝化过程的潜在活性趋势则完全相反,KE区沉积物从北部到南部逐渐从硝酸盐汇转变为源。通过对15N添加泥浆受控培养结果的分析,我们发现了深海底栖硝化和厌氧铵氧化过程显著受到底物铵限制,厌氧铵氧化速率与沉积物TOCTNChl-a含量均表现出良好相关性,表明有机氮的矿化是厌氧铵氧化过程底物铵的主要来源,而硝化过程的底物则可能通过其他途径补充。同时,我们首次对5000 m以上水深的沉积物进行了温控培养实验,结果表明厌氧铵氧化的最适温度和表观活化能均与陆架区近似;而深海反硝化过程的最适温度和表观活化能则显著高于其他区域,表明反硝化在深海长期低温的环境中反而表现出了相对更高的温度依赖性。另外,我们收集了全球深海大洋及陆坡区沉积物间隙水剖面并计算了相应的硝化及脱氮数据,结果表明,深海大洋由于地形平坦,硝化和脱氮速率主要受表层初级生产力调控;而陆坡区的硝化和脱氮主要受水深调控(1)

本研究成果是基于中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心2021年黑潮延伸体区联合航次所获取数据的快速发表,具有较强的时效性。文章第一作者徐颢铭为2020级硕士研究生,目前已转为博士培养阶段,本文为徐颢铭同学硕士期间的部分工作。

1大洋表层初级生产力与底栖氮循环的耦合关系示意图

文章链接:https://doi.org/10.3389/fmars.2022.997810

Citation: Xu H, Song G, Yang S, Zhu R, Zhang G and Liu S (2022) Benthic nitrogen cycling in the deep ocean of the Kuroshio Extension region. Front. Mar. Sci. 9:997810. doi: 10.3389/fmars.2022.997810