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近日，中國海洋大學(xué)深海圈層與地球系統前沿科學(xué)中心、海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室在環(huán)境領(lǐng)域頂尖學(xué)術(shù)期刊Environmental Science & Technology發(fā)表了題為“Emissions of nitric oxide from photochemical and microbial processes in coastal waters of the Yellow and East China Seas”（黃東海光化學(xué)和微生物過(guò)程的一氧化氮釋放）的文章，在海洋一氧化氮（NO）生物地球化學(xué)循環(huán)研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展（圖1）。論文第一作者為劉春穎教授指導的2021級海洋化學(xué)專(zhuān)業(yè)博士研究生貢江琛，通訊作者為劉春穎教授和楊桂朋教授。
圖1 黃東海光化學(xué)和微生物過(guò)程的一氧化氮釋放
海洋中活性氮的生物地球化學(xué)及環(huán)境效應是目前海洋科學(xué)的研究熱點(diǎn)。NO是破壞臭氧層、形成酸雨及光化學(xué)煙霧的污染氣體，然而細胞內NO對生物體至關(guān)重要，NO對生物生長(cháng)和代謝有重要的調控作用，它也是某些微生物過(guò)程如硝化和反硝化的關(guān)鍵中間物質(zhì)。由于NO在海水中濃度低且活性高，不易觀(guān)測，使得NO的海洋生物地球化學(xué)研究受到很大限制，目前海洋NO的收支和產(chǎn)生機制仍不清楚。本研究首次在黃東海的表層海洋和低層大氣中同時(shí)進(jìn)行了高分辨率NO濃度的走航觀(guān)測；通過(guò)船基培養，測定了表層海水中不同過(guò)程NO的產(chǎn)生速率；利用基因組學(xué)分析了產(chǎn)生NO的主要微生物過(guò)程（圖2）；闡明了中國東部陸架海表層海水產(chǎn)生NO的光降解和微生物作用的主要機制，揭示了該海域NO的時(shí)空變化規律、源-匯格局和主控因素，并估算了黃東海NO的海-氣交換通量。
圖2 (a) 研究區域微生物氮循環(huán)、涉及的標記基因和遺傳潛力。(b) 基于功能特征的主要微生物在綱水平和屬水平上的相對豐度。 (c) 基于每個(gè)標記基因的綱水平和屬水平上主要微生物的基因數。A-E分別表示Gammaproteobacteria、Flavobacteriia、Cytophagia、Alphaproteobacteria和Unclassified。J-M分別表示Gammaproteobacteria、Flavobacteriia、Alphaproteobacteria和Unclassified。
研究表明，亞硝酸鹽光降解作用是黃東海NO產(chǎn)生的主要來(lái)源，其次為古細菌的硝化作用。同時(shí)探究了大氣中NO和臭氧之間的關(guān)系，明確了大氣中NO的來(lái)源。發(fā)現大氣中NO的濃度降低將會(huì )使近海海域的NO海氣交換通量增強。近海海域的NO排放主要受活性氮輸入的影響，并將隨著(zhù)陸源NO排放的減少而呈增加趨勢。這些結果完善了NO的海洋生物地球化學(xué)循環(huán)模式，豐富了全球氮循環(huán)的研究?jì)群?，為評估其環(huán)境和氣候效應提供了科學(xué)依據。
本研究依托于本研究室所建立的NO走航觀(guān)測系統（圖3），相關(guān)內容以 “Continuous chemiluminescence measurements of dissolved nitric oxide (NO) and nitrogen dioxide (NO2) in the ocean surface layer of the East China Sea”（表層海水中一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO）的走航觀(guān)測方法）為題于2021年發(fā)表于Environmental Science & Technology期刊。
圖3 溶解NO和NO2的走航觀(guān)測系統
楊桂朋教授領(lǐng)銜的研究團隊長(cháng)期從事海洋活性氣體研究，在活性氣體的海洋生物地球化學(xué)及氣候效應研究領(lǐng)域取得了一系列創(chuàng )新性成果。本次在Environmental Science & Technology上發(fā)表的研究成果是該團隊在海洋化學(xué)研究領(lǐng)域取得的又一重要研究進(jìn)展。
該論文由中國海洋大學(xué)、嶗山實(shí)驗室、山東青島海洋環(huán)境監測中心、德國GEOMAR Helmholtz-Zentrum海洋研究中心、南京信息工程大學(xué)等單位的相關(guān)學(xué)者合作完成。研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目和國家自然科學(xué)基金的資助。
