近期，Springer Nature旗下国际知名学术期刊Communications Earth & Environment（《通讯·地球与环境》）发表了中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室/深海圈层与地球系统前沿科学中心科研团队的突破性研究成果“Anaerobic urea oxidation is an overlooked but globally relevant nitrogen loss pathway in marine sediments”（厌氧尿素氧化是海洋沉积物中一个被忽视但具有全球意义的氮损失途径）。该研究首次在海洋沉积物中证实并直接定量了厌氧尿素氧化（Anaerobic Urea Oxidation，AUO）过程，揭示了其驱动机制与全球分布规律，为深入理解海洋氮循环和修正全球海洋氮收支提供了新的科学依据。同时也是Anaerobic Urea Oxidation这一专业术语首次出现在学术刊物中。
在海洋生物地球化学传统认知中，沉积物脱氮（化合态氮转化为N2）长期被认为由反硝化和厌氧氨氧化主导，其中厌氧氨氧化菌被假定专一利用铵盐（NH4+）作为电子供体。尿素是海洋溶解有机氮中丰度高、生物可利用性强的成分，传统观点认为其在厌氧沉积物中仅能经酶促水解释放为铵。尽管热力学计算暗示AUO可发生，但探究尿素等有机氮厌氧氧化的最大挑战，是如何剔除水解生成的铵再被常规厌氧氨氧化利用的间接干扰。研究团队创新研发15N同位素配对模型，结合微扩散分离技术，从理论与实验双重维度将直接厌氧尿素氧化与间接过程剥离，并结合灭菌实验与电子受体依赖性实验，证实AUO由生物驱动。基于我国渤海、黄海和东海广泛海域的季节性调查，研究发现沉积物间隙水铵浓度是决定AUO脱氮相对贡献的核心环境因素。由于厌氧氨氧化菌对铵的亲和力显著高于尿素，高浓度无机铵会通过底物竞争性抑制AUO。基于构建的孔隙水铵-AUO预测模型，团队估算全球海洋沉积物中AUO贡献约7%的总氮损失量，且水深越深贡献越高。该研究证明，厌氧氨氧化菌的代谢可塑性远超此前估计，有机氮向氮气的直接转化绝非边缘反应，而是维系全球海洋氮收支的重要贡献者。目前主流海洋生物地球化学与全球气候模型均未纳入AUO机制，将本研究建立的定量参数与动力学关系嵌入全球模式，将显著修正深海寡营养区固氮-脱氮收支平衡预算，提高对人类活动所致活性氮过量输入背景下海洋生态响应的预测精度。
图1 预测全球海洋沉积物中AUO潜力速率及其相对贡献。
研究工作由我校科研团队独立完成，中国海洋大学2026届海洋化学专业博士毕业生徐颢铭为论文第一作者，宋国栋副教授与刘素美教授为通讯作者。中国海洋大学张桂玲教授，我校崇本学院2019级本科生刘力源与魏硕同学参与了部分工作。该研究工作得到国家自然科学基金、国家自然科学基金-山东联合基金重点项目、国家重点研发计划和我校研究生自主科研基金项目共同资助。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s43247-026-03323-3
