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浅层海洋亚硝酸盐垂直地理分布乃受控于浮游植物-硝化微生物相互作用
访问数量:52发布时间:2021-11-16

近日,厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室万显会博士为第一作者,高树基教授为通讯作者在Global Biogeochemical Cycles发表了题为“Phytoplankton-nitrifier interactions control the geographic distribution of nitrite in the upper ocean”的最新研究成果,揭示了浮游植物-硝化微生物相互作用对浅层海洋亚硝酸盐垂直地理分布的控制过程。

研究背景

亚硝酸盐作为关键中间物参与海洋氮循环中众多过程,调节海洋氮库的形态分布与生物可利用性。亚硝酸盐在全球海洋真光层中的分布极具特点:在副热带寡营养流涡区,其通常在真光层底部累积,形成一个次表层浓度极大值层(PNM);而在赤道或亚极区等海区,其浓度则在整个光区都呈现累积。迄今为止,这一独特空间分布特征的控制过程和机理仍然不明。


研究进展

高树基教授团队的万显会博士利用同位素示踪培养技术,对西北太平洋(从副热带流涡区到亚北极锋面海域)进行了完整的亚硝酸盐循环全过程速率研究,证明了浮游植物和硝化微生物的相互作用调控了亚硝酸盐循环过程、速率与地理学分布特征。1)寡营养海域浮游植物通过耦合释放和再吸收同化主控了亚硝酸盐在光照充足的表层的消耗与快速循环;而在真光层以深,亚硝酸盐氧化菌的光抑制解绑促使了亚硝酸盐的快速周转;2)与之相反的是,亚极区锋面海域的光区硝酸盐浓度显著升高,促使浮游植物同化还原硝酸盐的过程释放亚硝酸盐,同时解除了浮游植物和硝化微生物对氨的竞争关系,从而促进了氨氧化过程。

上述两种过程加之氨氧化、亚硝酸盐氧化微生物对于光敏感性不同,使得亚硝酸盐得以在寡营养盐次表层以及亚极区海域的表层光区累积。此外,我们还首次发现尿素氧化在亚硝酸盐极大层形成中扮演重要作用(图1)。

 

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图1 副热带寡营养盐海区(图a)与营养盐涌升区(图b)真光层亚硝酸盐循环路径与分布概念图。亚硝酸盐在不同营养盐条件海区的循环路径、周转时间与分布特点均有所不同。绿色箭头和黄色箭头分别为浮游植物与硝化微生物所介导的亚硝酸盐循环路径


研究团队

该研究由厦门大学、蒙大拿大学、南加州大学、普林斯顿大学等单位合作完成,厦门大学万显会博士为论文第一作者,通讯作者为高树基教授。

论文来源

Xianhui S. Wan, Hua-Xia Sheng, Minhan Dai, Matthew J. Church, Wenbin Zou, Xiaolin Li, David A. Hutchins, Bess Ward, Shuh-Ji Kao*. Phytoplankton-nitrifier interactions control the geographic distribution of nitrite in the upper ocean, Global Biogeochemical Cycles, 2021, 35, e2021GB007072. https://doi. org/10.1029/2021GB007072


论文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021GB007072

本文来源:厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室

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