厦门大学海洋与地球学院

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张润副教授等人发表海洋溶解有机氮同位素研究成果
COE COE 2020/11/15 166 返回上页

2020年11月12日,地学领域权威期刊《全球生物地球化学循环》(Global Biogeochemical Cycles)在线发表了我院张润副教授等人题为“Dissolved organic nitrogen cycling in the South China Sea from an isotopic perspective”(从同位素视角探究南海溶解有机氮循环)的研究成果。

溶解有机氮(DON)是低纬度寡营养盐海区上层水体结合态氮的绝对优势储库,其浓度往往比溶解无机氮、悬浮颗粒氮高出2-3个数量级。但是,由于传统观点限制、分析测试手段局限等原因,迄今对海洋DON循环的理解仍十分薄弱。氮稳定同位素组成(δ15N)在揭示上层海洋DON循环的路径和动力学特征上具有独特的优势。有鉴于此,本研究选取南海西部海盆区为采样区域,基于过硫酸盐氧化-反硝化细菌还原法联用,测定上层水体总态(bulk)DON浓度及同位素组成(δ15NDON),深入挖掘DON与硝酸盐、悬浮颗粒氮等关键结合氮储库的同位素联结,整合全球海洋重点时间序列站(SEATS、BATS、HOT)及热带南太平洋东部(ETSP)数据,旨在揭示上层海洋DON循环关键路径及其特点。

研究发现,南海表层水体DON浓度与叶绿素浓度存在良好的正相关关系,初级生产是DON的主要来源。揭示在DON消耗过程中存在较显著的同位素分馏效应,进而定量DON矿化过程的同位素分馏因子ε ~ 4.9±0.4‰(图1)。

图1 南海上层水体δ15NDON与DON浓度的关系 (Rayleigh分馏)

 

研究探讨了次表层硝酸盐同位素(δ15N)极小值层的形成机制假说,揭示真光层平均δ15NDON与次表层δ15NNO3存在高度趋同性。鉴于该δ15NNO3极小值特征在热带、亚热带海区兼具普遍性和特殊性的空间变化,推论DON矿化及伴随的同位素分馏可能是塑造此同位素分布格局的重要原因(图2)。进一步地,新定义了一个定性评价海区DON净生产/净消耗的指标Δδ15N(DON-NO3),并将其应用于区域间(南海、BATS、HOT、ETSP)比较分析,证实Δδ15N(DON-NO3)可作为DON源汇格局的良好指示,为海洋DON循环未来研究提供有力新工具。

图2 南海海盆区上层水体氮收支及同位素特征示意图

 

张润副教授为论文的第一作者兼通讯作者,波士顿学院王星辰博士、台湾大学任昊佳博士、清华大学黄杰博士、我院陈敏教授及普林斯顿大学D. Sigman教授为合作作者。该工作受国家自然科学基金、科技部专项、大洋协会项目等资助。

 

论文来源:

Zhang R.*, Wang X.T., Ren H, Huang J., Chen M., Sigman D.M.. Dissolved organic nitrogen cycling in the South China Sea from an isotopic perspective. Global Biogeochemical Cycles, 2020, doi: 10.1029/2020GB006551

 

论文链接:

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2020GB006551




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