近日，海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室高树基团队谭萼辉副研究员及合作者定量化阐述了亚热带河口沉积物氮移除过程的环境与气候效应。研究成果以“Quantitatively deciphering the roles of sediment nitrogen removal in environmental and climatic feedbacks in two subtropical estuaries”为题发表在 Water Research。

研究意义

工业革命以来，人为活动引起的活性氮添加已经成为仅次于生物多样性危机的第二严重的全球生态环境问题，而近岸水域生态系统受到的干扰尤为严重。微生物介导的反硝化和厌氧氨氧化是自然生态系统中两个主要活性氮的移除通路，是地球系统的自净过程。有趣的是反硝化以强温室气体氧化亚氮（N2O）为中间产物，而厌氧氨氧化则是环境友好过程。因此，两者的量级及其相对重要性决定了局部或全球尺度上地球系统的氮汇大小及气候反馈作用。河口作为重要的陆海界面，接受了大量陆源活性氮，是氮移除发生的热点场所。然而，在全球活性氮持续增加背景下，河口环境中沉积物氮移除过程机制、环境调控及其环境和气候效应仍未得到充分认识。定量化解析河口沉积物氮移除过程的环境与气候效应对参数化生物地球化学模型，控制与缓和近岸环境氮污染具有重要科学意义。

研究成果

该研究基于稳定氮同位素示踪技术，探究了长江口和九龙江河口沉积物氮移除机制，定量化解析了亚热带河口沉积物反硝化和厌氧氨氧化过程在活性氮脱除和气候反馈方面扮演的角色。

研究结果表明：（1）反硝化主导河口沉积物脱氮，厌氧氨氧化仅占8.6%，同时反硝化过程导致了1.8%脱除的氮以N2O形式释放；（2）有机质降解驱动了沉积物氮移除并衔接了水体和沉积物的氮迁移转化过程；（3）长江口和九龙江河口沉积物脱氮通量仅占河流输入活性氮通量的1.9%和3.2%（图1），意味着尽管河口沉积物具有较大的单位面积氮移除通量，但受限于面积，在活性氮移除方面扮演较弱角色。绝大部分活性氮将通过河口递送到陆架海，并进一步通过浮游植物吸收-有机颗粒沉降-降解-耦合硝化反硝化等一系列过程实现脱氮；（4）长江口和九龙江河口沉积物氮移除过程伴随的N2O释放分别占日海气N2O通量的59%和65%（图1），展示了其重要的气候反馈作用。

图1 定量化解析（a）长江口和（b）九龙江口沉积物氮移除过程及其气候反馈

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

研究前景

在未来人为活动和全球变化持续强化的背景下，河流输送的无机、有机活性氮将会进一步增加，将可能刺激沉积物氮移除及其介导的N2O释放。在此情景下，陆架海沉积物氮移除在环境和气候反馈方面的重要性必须得到进一步的重视。

研究相关

研究人员

海南大学为第一单位。该论文由多个单位合作完成，其中海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室谭萼辉副研究员为第一作者和通讯作者，高树基教授为共同通讯作者，此外台湾中央研究院许庭彰博士、汕头大学颜秀利博士、海南大学郑珍珍、郑立伟和徐敏副研究员为合作作者。

研究支持

该研究获得了国家自然科学基金（#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）和厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室访问学者基金（MELRS2114）的共同支持。

原文链接：

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