2020年11月12日，地學領域權威期刊《全球生物地球化學循環》（Global Biogeochemical Cycles）在線發表了我院張潤副教授等人題為“Dissolved organic nitrogen cycling in the South China Sea from an isotopic perspective”（從同位素視角探究南海溶解有機氮循環）的研究成果。

溶解有機氮（DON）是低緯度寡營養鹽海區上層水體結合態氮的絕對優勢儲庫，其濃度往往比溶解無機氮、懸浮顆粒氮高出2-3個數量級。但是，由于傳統觀點限制、分析測試手段局限等原因，迄今對海洋DON循環的理解仍十分薄弱。氮穩定同位素組成（δ¹⁵N）在揭示上層海洋DON循環的路徑和動力學特征上具有獨特的優勢。有鑒于此，本研究選取南海西部海盆區為采樣區域，基于過硫酸鹽氧化-反硝化細菌還原法聯用，測定上層水體總態（bulk）DON濃度及同位素組成（δ¹⁵N_DON），深入挖掘DON與硝酸鹽、懸浮顆粒氮等關鍵結合氮儲庫的同位素聯結，整合全球海洋重點時間序列站（SEATS、BATS、HOT）及熱帶南太平洋東部（ETSP）數據，旨在揭示上層海洋DON循環關鍵路徑及其特點。

研究發現，南海表層水體DON濃度與葉綠素濃度存在良好的正相關關系，初級生產是DON的主要來源。揭示在DON消耗過程中存在較顯著的同位素分餾效應，進而定量DON礦化過程的同位素分餾因子ε ~ 4.9±0.4‰（圖1）。

圖1 南海上層水體δ¹⁵N_DON與DON濃度的關系 (Rayleigh分餾)

研究探討了次表層硝酸鹽同位素（δ¹⁵N）極小值層的形成機制假說，揭示真光層平均δ¹⁵N_DON與次表層δ¹⁵N_NO3存在高度趨同性。鑒于該δ¹⁵N_NO3極小值特征在熱帶、亞熱帶海區兼具普遍性和特殊性的空間變化，推論DON礦化及伴隨的同位素分餾可能是塑造此同位素分布格局的重要原因（圖2）。進一步地，新定義了一個定性評價海區DON凈生產/凈消耗的指標Δδ¹⁵N_(DON-NO3)，并將其應用于區域間（南海、BATS、HOT、ETSP）比較分析，證實Δδ¹⁵N_(DON-NO3)可作為DON源匯格局的良好指示，為海洋DON循環未來研究提供有力新工具。

圖2 南海海盆區上層水體氮收支及同位素特征示意圖

張潤副教授為論文的第一作者兼通訊作者，波士頓學院王星辰博士、臺灣大學任昊佳博士、清華大學黃杰博士、我院陳敏教授及普林斯頓大學D. Sigman教授為合作作者。該工作受國家自然科學基金、科技部專項、大洋協會項目等資助。

論文來源：

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

論文鏈接：

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