近日，Elsevier旗下环境与水科学领域权威期刊Water Research在线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刘素美教授课题组题为“Seasonal asynchrony of nitrification and nitrogen uptake in marginal seas: Implications for reassessing new production”的研究成果。该研究揭示了边缘海硝化作用与氮吸收过程显著的“季节异步性”，提出了适用于边缘海的新生产力修正评估框架，为防止系统性错估边缘海碳输出效率提供了关键的诊断视角。
海洋氮循环中，硝化作用与氮吸收是决定溶解无机氮分布、调控初级生产力及“生物泵”固碳输出的核心途径。建立于开阔大洋的经典“新生产力”范式假设真光层内硝化作用可忽略，将硝（NO3-）和铵（NH4+）同化分别等同于外源氮维持的“新生产力”和内部循环维持的“再生生产力”。然而，边缘海混合剧烈且接收大量外源还原态氮输入，直接引用经典范式会导致生物碳泵评估严重失真。为此，研究团队在春、秋季渤黄海运用15N同位素示踪技术首次同步量化了原位硝化、NH4+和NO3-吸收速率，并耦合底物动力学、光响应实验及微生物群落分析。研究发现，春季强光照抑制了氨氧化古菌（AOA），导致硝化速率近乎停滞（1.3 nmol L-1 d-1），而占主导的硅藻及异养细菌凭借动力学优势驱动了高的NH4+吸收速率（154.1 nmol L-1 d-1）；在大气沉降、河流及地下水排放（SGD）等外源氮支撑下，春季旺盛的NH4+吸收实质上构成了新生产力。相反，秋季光照减弱与垂直混合增强缓解了光抑制并补充了底层再生NH4+底物，促使氨氧化细菌（AOB）与AOA丰度升高并共同介导了强烈的原位硝化作用（120.5 nmol L-1 d-1），进而支撑了高的NO3-吸收速率（605.8 nmol L-1 d-1）；该过程主要由内部循环氮维持，代表再生生产力而非经典新生产力。基于此，团队引入外源NH4+贡献系数（αext）与原位硝化校正项构建了边缘海新生产力修正模型（fcorr-ratio），将渤、黄海春季f-ratio由经典定义的0.23提高至0.44 – 0.96，秋季估计值由0.93下调至0.77 – 0.81。该成果为重新评估受人类活动与外源输入强烈影响的边缘海新生产力提供了坚实的理论基础，对防止系统性错估边缘海生态系统的生物碳泵与碳输出效率具有重要的科学意义。
图1 边缘海春秋季硝化作用与氮吸收的季节异步性机制及新生产力修正评估模式图
此项研究工作由我校科研团队独立完成。中国海洋大学海洋化学专业2023级博士研究生任玉东为文章第一作者，刘素美教授为通讯作者。宋国栋、刘吉文、杨世民等老师，以及2024届硕士毕业生刘崇淙、2025届博士毕业生侯兴共同参与完成。研究得到国家自然科学基金项目与山东省泰山学者工程的联合资助。
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135426017604
