近日，中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心、海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室在环境领域顶尖学术期刊《Environmental Science & Technology》发表了题为“The ocean serves as a net source of atmospheric nitric oxide but a net sink of nitrogen dioxide”（海洋是大气一氧化氮的源却是大气二氧化氮的汇）的文章，在海洋氮氧化物（NOx）生物地球化学循环研究领域取得新进展（图1）。论文第一作者为杨桂朋教授和刘春颖教授指导的已毕业博士研究生田野（现工作于南京信息工程大学海洋科学学院）及2021级博士研究生贡江琛，通讯作者为刘春颖教授和杨桂朋教授。
图1 海水中一氧化氮的生消过程及氮氧化物的源汇关系图
由一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）组成的大气NOx在气候变化中起着重要作用，可以催化大气臭氧循环，形成酸雨，且能导致光化学烟雾。海洋由于光化学过程通常是大气NO的源，而大气中的NO2则通过与海水的反应被海洋吸收，因此海洋总是充当NO2的汇。然而，NOx在海水中浓度低且活性高，不易观测，使得NOx的海洋生物地球化学研究受到很大限制，尤其是NOx的海-气交换格局仍缺乏准确的测定及估算。本研究在西北太平洋的近岸海域与远洋海域进行了高分辨率NOx走航观测，并初步估算了全球海洋NOx的海-气交换通量（图2）；通过船基培养实验及相关模式计算，测定了不同海域表层及混合层海水中NO的生消速率。
图2 调查海域NOx的海-气交换通量分布图。(a)和(b)分别为冬季和夏季黄海，(c)为南海，(d-f)为春、夏、冬季的东海，(g)为西太开阔海域，(h)为调查海域站位图
研究表明，表层海水中NO与NO2的分布格局类似，富营养盐的黄东海近海海域浓度较高，而寡营养盐的南海和西北太平洋的开阔海域浓度水平较低。另外，表层海水温度可能是影响NO和NO2分布的另一个重要因素。光致产生过程是表层海水中NO的主要来源，而在混合层海水中，微生物过程的作用更为关键。整体看来，海洋是大气NO的源却是大气NO2的汇，估算得到全球海洋平均NOx的通量为−0.1 (±0.2) Tg N yr−1。这些结果丰富了NOx的海-气交换通量格局，完善了NOx的海洋生物地球化学循环理论，为海洋氮循环的相关研究提供了科学依据。
杨桂朋教授领衔的研究团队长期从事海洋活性气体研究，在活性气体的海洋生物地球化学及气候效应研究领域取得了一系列创新性成果。本次在《Environmental Science & Technology》上发表的有关氮氧化物的研究成果是该团队在海洋化学研究领域取得的又一重要研究进展。
该论文由中国海洋大学、青岛海洋科技中心、南京信息工程大学等单位的相关学者合作完成，研究工作得到了国家重点研发计划项目，国家自然科学基金等基金的资助。
通讯员：田野
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c10709
(The ocean serves as a net source of atmospheric nitric oxide but a net sink of nitrogen dioxide)
