陆海关键带（地上、地下河口）氮过程

Dissolved oxygen (DO) regulates global cycles of major nutrients and carbon. The DO levels have been decreasing in the open ocean and coastal waters since at least the middle of the 20th century as a result of anthropogenic influence. The deoxygenation in waters rises an increasing concern in the researches of oceanography. Nitrogen cycle has been a key issue to the regulating factors of marine biogeochemical cycle and the study of global climate change, however, there is still great knowledge gap in understanding the nitrogen cycle and the associated climate effects in the estuary and subterranean estuary, the typical hydrosphere environments which affected by human activities. By using isotope technique and molecular microbiology technique, the Jiulong River Estuary, Pearl River Estuary and Dongshan subterranean estuary were selected as the study areas in this proposal. We will focused on the nitrogen transformation processes, the coupling of nitrogen and other elements, such as carbon, manganese, iron and sulfur, and its climate effects. Nature abundance of 15N, 15N labelled tracer incubation and molecular study will be conducted to: (1) discriminate the key nitrogen pathways, quantify the rates of nitrogen processes and investigate the environmental controls; (2) reveal the coupling of nitrogen with different elements and their regulate mechanisms; (3) evaluate the climate effects of nitrogen transformations under the global change.

溶解氧调控着水圈环境中重要生源要素，如碳、氮等元素的生物地球化学循环。自20世纪中期以来，在人为活动的影响下，开阔大洋和近岸水体的持续脱氧已引起广泛重视。氮循环已成为影响海洋生物地球化学循环和研究全球气候变化的关键问题之一，然而目前国际上对于地上、地下河口等复杂的水圈环境中氮循环过程及其所产生的环境影响和气候效应尚缺乏足够认识。本项目通过结合氮稳定同位素技术和分子生物学技术，研究九龙江口/珠江口和东山地下河口在不同氧化还原环境下氮素的迁移转化、氮与其它元素的耦合关系及其产生的环境和气候效应。通过不同形态氮的天然同位素分析、同位素标记培养实验、关键氮循环特征基因丰度调查，来甄别地上和地下河口内关键氮循环路径、速率及其环境控制因子；调查氮素循环过程中与其它元素的耦合关系及其调控机制；评估全球变化下水圈环境中微生物驱动的氮循环过程产生的环境和气候效应。

氮循环已成为影响海洋生物地球化学循环和研究全球气候变化的关键问题之一。地表河口和地下河口是典型的陆海关键带水圈环境，受人为活动和全球变化影响显著。然而目前国际上对于地上、地下河口等水圈环境中氮循环及其所产生的环境影响和气候效应尚缺乏足够认识。本项目通过结合氮稳定同位素技术和分子生物学技术，研究九龙江口/珠江口和内蒙古地下河口环境下氮素的迁移转化、环境调控及其产生的环境和气候效应。通过天然同位素分析、同位素标记培养实验、关键氮循环特征基因丰度调查，来甄别地上和地下河口内关键氮循环路径、速率及其环境控制因子；通过温度调控实验探究不同氮素循环过程在全球气候暖化背景下的响应机制；进而综合评估全球变化下水圈环境中微生物驱动的氮循环过程产生的环境和气候效应。.项目实施以来，取得了以下创新成果。河流径流调控的陆源输入影响了河口系统的溶解有机质的组成和生物可利用性；羟胺是水体中的重要形态氮之一，与非生物过程的氧化亚氮产生高度相关；水体中颗粒物粒径调控了氨氧化微生物的空间分布特征；天然氮同位素组成结果表明物理与生物地球化学过程的耦合调控了河口区水体氮动力学过程，溶解有机氮和颗粒有机氮储库之间的转化具有明显的区域性；珠江口无机形态氮的转化存在的昼夜节律并调控了水体氧气生产消耗；微生物驱动了九龙江河口水体尿素和氨氮的迁移转化过程；沉积物-水界面是重要的温室气体排放源，显著贡献了水-气界面的通量排放；有机质调控了沉积物反硝化和厌氧氨氧化过程，影响反硝化介导的氧化亚氮产生；底物氨氮浓度调控了从近岸到开阔大洋水体氨氧化微生物对温度的差异性响应；升温可以刺激沉积物反硝化，抑制厌氧氨氧化，并进一步促进气候反馈；地下河口中不同形态氮的源汇过程与氧化还原环境高度相关。以上研究发现提升了我们对典型地表河口和地下河口不同氧化还原环境下的氮碳关键生地化过程机制、环境调控因子及其与气候互馈机理方面的理解。