海洋所在甄別泥/沙質沉積物有機質對東海陸架氮去除影響機制上取得新認識
日前,環(huán)境科學與生態(tài)學TOP期刊Science of The Total Environment(IF=10.753)刊登了中國科學院海洋研究所宋金明團隊的最新研究成果“Nitrogen loss from the coastal shelf of the East China Sea: Implications of the organic matter”。該研究揭示了有機質對東海陸架海域的泥質、沙質沉積物氮去除速率的影響,取得了對沉積物氮去除途徑和機制的新認識。
盡管氮是海洋初級生產(chǎn)的主要貢獻者,但人為干擾的增強導致河口及其鄰近海域積累了大量的活性氮,過量的氮負荷改變了沿海生態(tài)系統(tǒng)中的氮收支與氮循環(huán)平衡,由此產(chǎn)生了一系列生態(tài)環(huán)境問題。因此,近海生態(tài)系統(tǒng)氮的去除途徑及其環(huán)境影響因素研究備受關注。反硝化和厭氧氨氧化作為海洋生態(tài)系統(tǒng)氮去除的主要過程,可以通過將活性氮從水生生態(tài)系統(tǒng)轉移到大氣中來減低氮的積累,海洋生態(tài)系統(tǒng)中氮去除的途徑和速率受微生物和環(huán)境因素的控制,尤其是非生物因素有機質含量對此有重要影響。
過去東海沉積物反硝化和厭氧氨氧化的研究主要集中于泥質沉積物,而對粗粒沉積物且結合微生物豐度和梯烷脂的報道很少。然而,由于陸架海域中沙質沉積物的比例很高,它們對海洋氮去除的貢獻不容忽視。因此,開展泥質和沙質沉積物中反硝化和厭氧氨氧化研究,可以有效揭示控制近海氮去除的關鍵環(huán)境因素及其影響機制,為探明水體氮污染機制和維持近海生態(tài)環(huán)境健康提供理論支持和科學支撐。
宋金明研究團隊聚焦東海陸架海域表層泥質和沙質沉積物的特性差異和微生物氮轉化過程比較研究,探析了氮去除與有機質在分子水平上的相互作用。結果發(fā)現(xiàn)富含有機質的泥質沉積物相對于沙質沉積物有更高的氮去除量。在泥質沉積物中,厭氧氨氧化的特異性生物標志物梯烷脂顯著高于沙質沉積物。同時,TOC含量的增加促進了厭氧氨氧化功能基因hzsB和反硝化功能基因nosZ的絕對豐度。發(fā)現(xiàn)厭氧氨氧化速率和反硝化速率呈正相關,表明反硝化和厭氧氨氧化之間存在耦合關系。高含量的有機質可使反硝化過程產(chǎn)生更多的NO2–,并促進厭氧氨氧化的進程。該研究首次將生物標志物梯烷脂與微生物功能基因結合來闡明泥質和沙質沉積物的氮去除率,為更有效理解和預測近海生態(tài)系統(tǒng)中沉積物的氮循環(huán)提供了不可多得的手段。

圖1有機質對東海陸架氮去除的影響機制

圖2東海陸架泥質/沙質沉積物反硝化(nirS、nirK和nosZ)和厭氧氨氧化(hzsB、hzo、hdh和AMX)基因豐度的空間分布與對比

圖3東海陸架海域表層沉積物環(huán)境因素(TN、TOC、C/N、δ13C、ΣLadderane和平均粒度)與反硝化(nirS、nirK和nosZ)和厭氧氨氧化(AMX、hzsB、hzo和hdh)基因豐度的皮爾遜相關分析
中國科學院海洋研究所博士研究生來曉雙為論文第一作者,宋金明研究員和李學剛研究員為論文共同通訊作者。該研究得到了青島海洋科學與技術試點國家實驗室“十四五”重大項目,中國科學院戰(zhàn)略性科技先導專項,國家自然科學基金以及山東省自然科學基金的資助。
論文信息:Lai, X.S., Li, X.G*., Song, J.M*., Yuan, H.M., Duan, L.Q., Li, N., Wang, Y.X., 2023. Nitrogen Loss from the Coastal Shelf of the East China Sea: Implications of the Organic Matter. Sci. Total Environ. 854, 158805.
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.158805
附件下載:
魯公網(wǎng)安備37020202001323號 | 古鎮(zhèn)口園區(qū)地址:青島市西海岸新區(qū)海軍路88號 南海路園區(qū)地址:青島市市南區(qū)南海路7號 科考船碼頭基地:青島市西海岸新區(qū)長江東路8號 |
郵編:266000 郵件:iocas@qdio.ac.cn 電話:0532-82898611 傳真:0532-82898612 |
