稳定同位素方法在海洋N_2O研究中应用展望

氧化亚氮(N2O)是大气中重要和微量的温室气体,且在平流层N2O形成NO自由基与O3发生反应破坏臭氧层。海洋是大气中N2O净源,但由于海洋中生物化学过程的复杂性,有关N2O形成机制至今是人们研究的重点和难点。应用稳定同位素分馏原理对海洋中N2O形成机制的研究,区分海洋中通过硝化和反硝化过程不同途径产生的N2O过程,为深入研究海洋中N2O循环、估算将来大气中N2O浓度变化提供有用工具。

冬季九龙江河口表层水体N_2O分布特征及海气通量的初步研究

氧化亚氮（N2O）因其强温室效应和潜在的臭氧破坏作用备受关注.大量研究显示河口区域,特别是人为氮源输入影响严重的区域是N2O的重要源区.随着氮肥施用量的快速增加,中国大陆河口区域对全球N2O收支势必有较大的贡献.本文研究了2009年冬季九龙江口表层水N2O浓度的分布特征及其影响因素,并评估了其海气通量.研究结果显示,冬季九龙江河口表层水体N2O浓度从盐度低至0.3时的81.7±1.7 nmol/dm3下降至盐度为27.2时的14.1±0.2 nmol/dm3,相应盐度下其饱和度分别为754%和138%;九龙江河口为大气N2O的强源区.与NO3-N、NO2-N、NH4-N等营养盐浓度的分布特征相比较可推测,2009年冬季N2O在九龙江河口的混合过程中呈不保守状态,部分N2O可能通过海气混合过程从水体迁移出.N2O的海气通量呈由高盐处向低盐处递增的趋势,变化范围在3~94μmol/（m2.d）之间.

中国南大洋海洋大气化学研究进展

海洋大气化学是一门海洋化学与大气化学交叉的新学科。中国的南大洋海洋大气化学研究与我国的南极考察事业同步成长。30多年来,随着南极科学考察的经验积累和数据集成,我国的南大洋海洋大气化学关键过程研究即大气-海洋生物地球化学循环,碳、氮、硫、磷、铁等的海气交换研究都有了长足的进步。与气候变化关系密切的碳、氮、硫的海-气循环等研究,取得了一批新的认知和成果,引起国际学界的关注。自20世纪80年代早期开始至今,我国已开展了三十多次南极科学考察,在这些考察中开展了南大洋大气气溶胶物质来源研究,探究了大气-海洋生物地球化学的一些关键过程,估算了硫、磷、氮、铁的海气交换通量。随着国家重大计划"南极在全球变化中的响应与反馈作用"项目实施及后续研究的开展,对全球变化的敏感要素碳、氮、硫、铁在南大洋的源汇特征及其环境和气候效应等进行了研究,对其有了更深的了解。我们还对南大洋海冰区碳汇格局演变,DMS、MSA、N_2O、Fe等的海气交换过程及其对生态环境的影响有了新认知。同时,在对上述化学物种的实时走航观测关键技术研发上也取得了重要突破,为未来开展相关研究提供了坚实的技术支持;在站区大气污染特征分布上进行了深入探讨,为了解人类活动对站区环境的影响提供了评估依据。

热带与南极海域表层海水N_2O饱和度异常差异性比较

比较从30°N西太平洋至30°S东印度洋等热带海域与南大洋至东南极普里兹湾等南极海域的大气和表层海水N2O分压分布特征,表层海水pNO2饱和异常,分析引起异常差异性的主要影响因子。南极海域普里兹湾表层水中N2O分压(pN2O)平均为311.9±7.6 nL.L-1(14.1±0.4 nM),与大气中N2O混合比(318.5 nL.L-1)相比显略不饱和,融冰水的输入是导致不饱和的主要原因。海气N2O通量为-0.3±0.8μmol.m-2.d-1。而热带海域多数表层海水中N2O饱和度异常值都高于10%,在赤道海域发现最高值达54.7%,次高值则位于10°N的苏禄海为31%,计算出在赤道和苏禄海的海气通量分别为～12.4μmol.m-2.d-1和～4μmol.m-2.d-1。表明高纬度的普里兹湾是大气中N2O的弱汇,而低纬度热带海域表现为大气中N2O的源。造成热带与南极海域海洋N2O饱和度异常的影响因素,可能是低纬度的热带海域由于海气间的气体交换较弱、上升流影响强,而高纬度的南极海域由于融冰分层和强偏西风的影响;而海表面风速是影响N2O的海气交换和N2O通量的重要因素。

极锋以南洋区N2O源汇特性初析

N_2O是大气中最重要的温室气体之一,目前已经有大量的研究对海洋N_2O循环及海洋对N_2O收支的贡献进行追踪报道。然而,极区相关研究仍然十分有限。本研究利用中国第25、26次南极科学考察的机会,对南大洋进行的采样以及实验室分析,结果显示,南大洋表层海水存在亚热带锋附近N_2O过饱和,亚南极锋附近接近饱和,和极锋以南洋面的不饱和的特征。海冰融化后,其融冰水的注入是N2O不饱和特征形成的主要原因。运用正态分布选取站观测风速95%以上的风速范围进行平局估算出极锋以南洋区海气通量,结果显示,极锋区以南表层海水是大气N_2O的汇区,年吸收通量约为3.5×10^(-4)—7.7×10-4Tg·a-1(百万吨氮/年)。

半导体制冷干燥装置在气相色谱法测定溶解态N_2O中的应用

结合半导体制冷技术,建立了一种气相色谱在线除水方法,该法具有节约载气、减少干燥剂用量、样品消耗量小等优点。采用该装置,气相色谱法测定溶解态N2O,可有效消除水汽的干扰,仪器连续运行15 h基线漂移的变异系数优于0.6%。

九龙江口肥水-缢蛏养殖塘厌氧氨氧化微生物活性研究

缢蛏串联养殖经由饵料藻类养殖塘(俗称肥水塘)投放适量含氮化合物以提高生产效率,了解此过程中的沉积物氮转化对调控和管理河口养殖塘氮的收支具有重要意义。以福建九龙江口肥水-缢蛏养殖塘为研究对象,运用同位素示踪技术和高通量测序技术探究缢蛏塘和肥水塘沉积物厌氧氨氧化速率及微生物群落结构,并分析其环境调控机制。结果表明,肥水塘沉积物厌氧氨氧化速率为(1.76±0.11) nmol/(g·h),相对贡献为9.16%±0.40%,显著高于缢蛏塘(P<0.05)。缢蛏塘和肥水塘厌氧氨氧化微生物主要由Candidatus Scalindua、Ca.Kuenenia、Ca.Brocadia和Ca.Anammoximicrobium属组成。其中,Ca.Kuenenia属为养殖塘的优势菌属。沉积物厌氧氨氧化微生物多样性和丰富度呈显著的空间分布特征,肥水塘中生物多样性更高(P<0.05)。厌氧氨氧化微生物活性和群落结构差异主要受养殖土地利用方式、溶解氧(DO)、NH_(4)^(+)和NO_(3)^(-)含量等环境因子的调控。该研究在一定程度上揭示了养殖环境中厌氧氨氧化过程的重要性,填补了河口养殖湿地氮回归大气的认知空白。

不同营养盐水体甲烷产生机制与潜力对比

甲烷是重要的温室气体,近海河口海域是甲烷产生和释放的活跃区域。于2021年对富营养化的九龙江河口(6月)和贫营养化的陆丰近海(8月)表层水进行了受控培养实验。结果显示,在添加碳氮以及甲基膦酸的陆丰近海海水样品中,观测到甲烷浓度增加了两个数量级,说明陆丰近海可能存在依赖甲基膦酸路径的甲烷生产。九龙江河口水体也存在基于甲基膦酸、二甲基巯基丙酸内盐和三甲胺路径生产甲烷的过程,其中以甲基膦酸路径产生的甲烷最多(增长率211.0%)。对比同样条件下的甲基膦酸-甲烷产生实验,陆丰近海水体产生的甲烷约是九龙江河口的22倍,表明贫营养化水体更加有利于基于甲基膦酸路径的甲烷产生。

海水中羟胺分析研究进展

综述海洋中羟胺分析方法的研究进展.前期测定海水中羟胺的分析方法主要包括分光光度法、碘量滴定法等,但由于海洋中干扰羟胺分析的物质较多,且方法检测限高,这些方法在海洋羟胺研究中未得到广泛应用.随着色谱法的发展,氧化还原法与气相色谱法联用,即利用硫酸铁铵将羟胺氧化为氧化亚氮,再利用气相色谱分析氧化亚氮,间接计算羟胺的浓度,实现海洋中低浓度羟胺的测定.结合海洋中现场羟胺研究结果,分析其可能影响因素,并探讨了该领域研究中所存在的问题,为开展相关海洋羟胺研究提供参考.

福建省贝藻类养殖碳汇及其潜力评估

海水贝藻类养殖碳汇是海洋渔业碳汇的重要组成,开展其碳汇研究对服务我国实现碳中和目标有积极的作用。福建省的海水养殖规模和产量居于全国前列,对其海水贝藻类养殖碳汇及潜力评估有重要的意义。本研究分析了2015至2020年度《中国渔业统计年鉴》海水贝藻类养殖数据,估算了2014年至2019年全国及福建省海水贝藻类养殖碳汇强度,并评估了福建省贝藻类养殖碳汇潜力。研究结果表明,福建省在全国贝藻类养殖碳汇强度占比较大,且逐年递增,在2019年估算的碳汇强度高达211.3万吨(占全国估算总值的31.16%)。与全国海水贝藻类碳汇增速17.3万吨/年相比,福建省的年增速数据(10.7万吨/年)表明福建省具有较强的海水贝藻类养殖碳汇潜力,并可带来可观的减排经济效益,为我国实现碳中和这一宏伟目标做出重要贡献。

贝藻类养殖碳汇核算与综合温室潜力评估研究进展

海水养殖可能是实现我国碳中和目标的有效途径之一。贝、藻类养殖是海水养殖的主要组成部分,可以通过碳移除(从海水中收获)、碳固定(形成贝壳)等方式成为有效的碳汇。因此,中国作为海水养殖大国,具有较大的碳汇潜力。然而,目前关于贝、藻类养殖过程中碳汇的计算、评估、监测等还没有统一的标准,对于其碳汇边界的定义(如储藏年限、周转周期等)也不清晰。本文阐述了典型贝、藻类养殖碳汇的潜力,认为碳汇的计算不仅仅要考虑储存碳,还要考虑养殖过程中由于呼吸等过程排放的碳;提出了贝、藻类养殖碳汇测算过程中存在的问题,认为目前常用的称重法等无法准确反应养殖系统的碳汇潜力;建议在未来养殖碳汇测算中首先明确碳汇边界问题(如使用长、短周期碳汇的概念)。最后,本文讨论了贝、藻类养殖生态系统综合温室效应评估的必要性,建议在碳汇核算过程中同时考虑非二氧化碳温室气体(如甲烷、氧化亚氮)的作用。

南大洋N2O研究进展及测量新技术展望

氧化亚氮(N2O)是大气最重要的温室气体之一,能在大气滞留120年,其增温潜势是CO2的310倍。工业革命以来,大气中N2O浓度已增加了20%,但海洋仍然是大气N2O重要的自然源,占总自然源的1/3左右。南大洋是全球海洋系统重要组成部分,具有独特的水文特征。模式研究表明其是大气N2O的重要源。然而,受制于恶劣的海况条件,南大洋航次观测数据至今十分稀少。简单综述了南大洋N2O研究的重要性、研究进展及现场观测技术和模型应用的结果及其存在的问题。强调稳定同位素方法的运用将为海洋N2O形成机制研究提供新的强有力手段,另外,研发高精度的走航观测技术也是今后N2O研究取得突破的必须努力方向。展望激光光谱技术的运用对南大洋N2O研究的突破以及海冰中N2O浓度测量技术的发展,将对评估海冰在形成和融化过程中可能存在的源汇提供直测证据。

海洋氨氧化古菌与氨氧化细菌在N_2O生成机制中贡献研究

氧化亚氮(N_2O)是一种重要的痕量温室气体,而且在光照条件下平流层的N_2O会与O_3发生光化学反应,破坏臭氧层。海洋是大气中N_2O的主要来源之一,海洋中N_2O主要通过硝化和反硝化作用产生,而氨氧化作用是硝化作用的关键(限速)步骤,氨氧化古菌可能是氨氧化过程的主要执行者。本文先概述海洋中N_2O分布以及影响氨氧化古菌(Ammonia oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(Ammonia oxidizing bacteria,AOB)的amo A(ammonia monooxygenase)丰度与活性的因素以及N_2O生成机制研究现状,进而总结AOA和AOB在海洋N_2O生成机制中起到的关键作用,最后结合全球气候变化、海洋酸化以及大洋OMZ区域扩大等前沿科学问题,对AOA、AOB以及N_2O的生成机制研究进行了展望。