南海水體硝酸鹽動力學與水團示蹤

《南海水體硝酸鹽動力學與水團示蹤》是依託廈門大學，由高樹基擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：南海水體硝酸鹽動力學與水團示蹤
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：高樹基
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

海洋氮循環已成為影響海洋生物地球化學循環和研究全球氣候變化的關鍵問題之一。硝酸鹽是海洋最大的活性氮庫，其動力學過程具有重要研究意義，而現今對環境條件複雜的邊緣海氮循環認知更是明顯不足。申請人和團隊近十多年來有豐富的同位素套用經驗與國際實驗室合作基礎，對淡水流域、陸海通量和中國邊緣海的氮循環過程有深入了解，並掌握國際領先的穩定、人工標記同位素分析技術。本計畫擬以兼具邊緣海和大洋特徵的南海為研究區域，嘗試通過穩定同位素示蹤南海不同水團主要來源，結合分析硝酸鹽穩定氮、氧同位素組成，以及人工標記手段，在時空尺度上全面而系統地定性和定量分析南海硝酸鹽動力學過程，並探討生物、微生物活動，人為活動和陸源輸入的影響，並嘗試利用沉積物中不同形態氮含量與同位素組成反演水體氮動力學變化歷史與潛在控制因子。本項目基於南海氮循環過程研究，與碳循環緊密聯繫，是回答“深海碳循環以及微生物的作用”這一科學問題的關鍵之一。

結題摘要

海洋氮循環是影響海洋生物地球化學循環和研究全球氣候變化的關鍵問題之一。硝酸鹽是海洋中最大的活性氮儲庫，其動力學過程具有重要研究意義。本項目以南海為研究區域，通過穩定同位素示蹤南海不同水團主要來源，結合分析天然同位素組成以及人工標記手段，定性和定量分析南海硝酸鹽動力學過程，並嘗試利用沉積物中不同形態氮含量與同位素組成反演水體氮動力學變化歷史與潛在控制因子。 研究結果表明，在南海和西菲律賓海硝酸鹽穩定氮、氧同位素組成（δ15NNO3和δ18ONO3）分布差異明顯。南海營養鹽躍層位於真光層內部，浮游植物同化作用和硝化作用主導真光層內部δ15NNO3和δ18ONO3的變化。兩個區域的次表層均呈現δ15NNO3最小值，但主導因素卻不同。在西菲律賓海固氮作用影響顯著，而在南海大氣氮沉降可能更為重要。利用硝酸鹽濃度和δ15NNO3示蹤南海和西菲律賓中、深層水團來源和交換。結果顯示南海深層水源自西菲律賓海深層水，由於南海整體上涌，其能夠影響南海中層水的硝酸鹽特徵；西菲律海中層水錶現為北太平洋中層水和黑潮水的混合，其硝酸鹽特徵還顯示其與南海中層水在不同層位相互影響。 培養實驗結果顯示南海氨吸收峰值出現在混合層內部的高光區，而硝化極大值出現在真光層下部。進一步發現在硝酸鹽躍層以淺浮游植物對氨的高親和力直接決定以吸收氨為主導；而在高硝酸鹽環境下，真核藻類轉向以硝酸鹽為主要氮源同時對於氨的親和力顯著下降，使硝化作用得以成為主要的氨消耗路徑。硝酸鹽躍層是寡營養鹽層化海域光區內區分氨吸收和氧化的一個界限。同時發現上層海洋光區記憶體在顯著N2O產生過程，其與硝化作用密切相關。估算上層200 m產生的N2O占海氣釋放通量的50 %以上，顯示上層海洋活躍的N2O生產與釋放行為。 沉積物氮同位素分析結果顯示在高沉積速率的亞洲邊緣海含氮的陸源礦物質輸入會稀釋和掩蓋沉積物中δ15Nbulk的真實信號，使之可能不能完全指示水體中的氮循環過程，同時指出在利用δ15Nbulk反演上層水體中氮循環過程需要充分考慮水深效應的影響。此外，還利用物理模型探討了海平面變化及東亞季風對南海中層水交換的影響。