海洋生物地球化学团队发表论文揭示海洋生物泵对西北冰洋氮亏损的调控作用 - 科研动态 - 自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室

海洋生物地球化学团队发表论文揭示海洋生物泵对西北冰洋氮亏损的调控作用

编辑:admin 时间:2022-03-04 09:05:59 访问次数:

近日,《中国科学:地球科学》录用了我室陈建芳研究员、李宏亮副研究员的研究成果。该团队基于中国第二次和第三次北极科学考察的现场调查资料,研究了楚科奇海的营养盐分布格局、浮游植物吸收利用和垂向输出等生物地球化学过程,揭示了海洋生物泵对西北冰洋氮亏损的调控作用。

氮是西北冰洋生态系统最主要的限制性生源要素,一般认为是由沉积反硝化过程引起的。研究人员发现,夏季融冰期楚科奇海浮游植物旺发,消耗水体中的硝酸盐,生成颗粒氮并快速输出,会改变太平洋入流水营养盐的性质(图1)。通过分析西北冰洋水体、颗粒物和表层沉积物的相关生物地球化学参数,发现楚科奇海浮游植物利用营养盐的N/P比值高于太平洋入流水的N/P比值。同时,硝酸盐、颗粒物和表层沉积物稳定氮同位素在时空尺度上耦合相关。由此推断,夏季较强的生物吸收导致楚科奇海水体中硝酸盐被大量消耗,进一步降低水柱中营养盐的N/P比值(图1)。

图1.png

图1  2008年8~9月白令海−楚科奇海陆架R断面分布图

同时,结合水柱营养盐的季节性消耗量和颗粒氮输出通量进行估算,发现楚科奇海生物泵过程额外消耗和输出的氮元素(相对于太平洋入流水供应的营养盐而言)高达111.7×109 mol yr-1,相当于该海区沉积物反硝化作用造成氮损失的一半左右(图2)。换言之,除沉积物反硝化作用外,生物泵过程优先从楚科奇海水柱中去除氮(相对于磷)是造成北冰洋上层氮限制和磷过剩的另一个重要因素。被改造后的太平洋入流水穿过北冰洋输送至邻近的北大西洋,将通过促进固氮等过程对海洋生物地球化学循环产生更加深远的影响。

图2.png

图2 楚科奇海生物泵过程对氮亏损贡献的概念图

这项成果表明,在北冰洋发生快速变化的背景下,加强的生物泵作用将会进一步影响北冰洋的营养盐动力学和生物地球化学过程。当考虑北冰洋氮亏损问题时,不能仅归因于沉积反硝化作用,也应考虑海洋生物泵过程的贡献。


中文出版信息:

李宏亮, 陈建芳, Ruiz-Pino Diana, 张静静, 金海燕, 庄燕培, 白有成, 任健, 李杨杰. 2022. 海洋生物泵对西北冰洋氮亏损的贡献. 中国科学: 地球科学, 52, doi: 10.1360/N072021-0274

英文出版信息:

Li H, Chen J, Ruiz-Pino D, Zhang J, Jin H, Zhuang Y, Bai Y, Ren J, Li Y. 2022. Overlooked contribution of the biological pump to the Pacific Arctic nitrogen deficit. Science China Earth Sciences, https://doi.org/ 10.1007/s11430-021-9916-1