南海西南沙海域大气有机氮沉降来源及其生物可利用性

Atmospheric organic nitrogen deposition, a neglectable part of total nitrogen deposition, is very important in nutrient supply and geochemical cycle in oligotrophic waters. At present, the research on the sources and the bioavailability of different organic nitrogen components in the Xisha and Nansha area, South China Sea, is relatively scarce, which leads to the insufficient awareness on the nutrient input flux and the impact of atmospheric organic nitrogen input on the primary productivity. This project is aimed to study the sources and bioavailability mechanism of atmospheric organic nitrogen in the Xisha and Nansha area of the South China Sea. The main contents include: long-term sequence observation in investigating the flux and composition characteristics of atmospheric organic nitrogen deposition in the Xisha and Nansha area of the South China Sea; using stable isotopes of dissolved organic carbon and nitrogen (δ13CDOC and δ15NDON) to distinguish the source and contribution ratio of atmospheric organic nitrogen; determining the utilization ratio of marine primary production and the conversion of organic nitrogen components and structures after rainwater entering the seawater are investigated through field simulation experiments. It is helpful to understand the sources of atmospheric nutrients, to estimate the atmospheric nitrogen input flux in the Xisha and Nansha area, and to investigate the impact of atmospheric nitrogen sources on the primary production of the South China Sea through this project.

有机氮作为大气氮沉降的重要组分，其在贫营养海域营养物质供给和生物地球化学循环过程的作用十分重要。目前，南海西南沙区域大气有机氮的来源及大气沉降源有机氮组分生物可利用性的研究相对匮乏，导致对南海西南沙海域大气营养物质输入量及大气有机氮输入影响海洋初级生产过程的认知不足。本项目将对南海西南沙海域大气有机氮沉降的组分、来源和生物可利用机制开展研究，主要内容包括：进行为期一年的现场连续观测确定南海西南沙海域大气有机氮组分组成和入海通量，利用有机碳、氮稳定性同位素（δ13CDOC和δ15NDON）方法区分南海西南沙大气有机氮沉降的来源和贡献比例，通过现场模拟实验探讨雨水入海后有机氮被海洋初级生产者的利用比例及对有机氮组分的转化过程。通过本项目的研究，有助于深入认知南海大气营养物质来源、把握南海西南沙海域大气氮输入通量并理解大气沉降源有机氮对南海初级生产过程的影响。

大气氮沉降是海洋生态系统营养物质供应的重要方式，活性氮（包括NOx和NH4+）是大气氮沉降的主要形式。但有机氮作为大气氮沉降中另一重要组分，其在南海西南沙海域营养物质供给上仍缺乏认知。研究发现，有机氮沉降量可占大气氮沉降量的30%左右，且有机氮沉降入海后可被海洋初级生产者利用，这对于低营养高生产力的南海西南沙海域营养物质的供给十分重要，亟需开展研究。大气中有机氮的组分和来源较为复杂，弄清大气沉降中有机氮的组成及来源，是认知南海营养物质地球化学循环过程重要环节。本项目通过在南海西南沙海域（永兴岛和美济礁）布设采样点，通过长时间序列采样点，估算了南海西南沙海域永兴岛和美济礁大气有机氮（DON）干湿沉降的通量及其在总溶解态氮（TDN）中的占比；通过超高分辨质谱(FT-ICR MS)研究了雨水中DON的分子组成；利用稳定性同位素解析了DON的主要来源；并且初步探究了海洋浮游生物和细菌对大气沉降后的影响过程。研究结果发现，南海西南沙海域干湿沉降呈现明显的不同趋势，西沙永兴岛以干沉降为主，而南沙美济礁以湿沉降为主。永兴岛和美济礁DON的分子H/C较高，生物活性相对较高，但美济礁DON的分子组成表现出更强的人类活动影响的信号。同位素结果也证实，南沙海域受人类活动的影响较强，化石燃料燃烧的占比可达近50%；而西沙海域的海源贡献相比西沙美济礁有明显的提高，达近30%。雨水输入后的结果发现，浮游生物和细菌均对大气沉降短时间有较快的响应，其中微型浮游生物（nano级）对大气沉降的响应最强烈，其生物量增加3倍以上。本项目的研究对于认知大气沉降输入在南海地球化学过程中的作用具有重要的意义，对于探究大气沉降的南海生态环境效应的作用提供重要的基础理论依据和科学支撑。