硫化物对海洋氧极小值区氮循环的过程特异性效应

《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》：Process-Specific Effects of Sulfide on Nitrogen Cycling in Marine Oxygen Minimum Zones

　　

摘要

海洋氧最小值区（OMZs）蕴含着多种氮循环过程，并且是固定氮损失和氧化亚氮（N₂O）排放的热点地区，从而影响了氮的可用性以及地球的气候系统。由于原位产生或从沉积物中释放，硫化物偶尔会在 OMZs 中积累，但其对氮循环的影响尚未被完全理解。利用东热带南太平洋 OMZ 中的氮示踪培养以及对其他低氧环境中先前观测的荟萃分析，我们发现添加硫化物通常会抑制硝化作用和厌氧氨氧化，同时增强反硝化作用。这些结果说明了硫化物在决定不同氮循环过程的重要性以及改变氮形态去向方面的作用，例如，与厌氧氨氧化相比，增加了反硝化作用对氮损失的贡献，并导致 OMZs 中 N₂O 积累更强。加强对硫化物对海洋 OMZs 中氮循环影响的理解，增强了我们预测硫化物事件期间氮可用性和 N₂O 排放变化的能力，这些事件的频率、持续时间以及空间范围预计在未来气候情景下会发生变化。

简明摘要

海洋氧最小值区（OMZs）是海洋中氧气浓度较低的区域，通常位于水柱中数百米的深度区间内。OMZs 是氮转化 的重要场所，而氮是海洋生命所必需的元素。OMZs 还会排放大量氧化亚氮（N₂O），这是一种强效温室气体和耗臭氧物质，从而影响地球的气候和宜居性。在 OMZs 中，在无氧环境中产生的有毒气体硫化氢偶尔会在水柱中积累，影响海洋生物的健康。然而，由于观测有限，硫化物对不同氮转化过程的影响尚未得到很好的理解。通过将氮同位素示踪培养与东热带南太平洋 OMZ（最大的 OMZ 之一）中的硫化物添加实验相结合，并通过进行文献回顾，我们发现，在存在硫化物的情况下，铵氧化为亚硝酸盐和硝酸盐的过程可能会受到抑制，而 N₂O 的产生和通过反硝化作用进行的氮去除可能会得到增强。由于全球变暖可能会改变 OMZs 中硫化物事件的频率和持续时间，硫化物事件的影响和含义需要在生物地球化学观测和模型中予以考虑，以更好地约束海洋中的氮可用性和 N₂O 排放。

利益冲突

作者声明与本研究报告相关的利益冲突。

数据可用性声明

本研究中呈现的数据已存入 Zenodo 存储库（Tang 等，2026）。