古海洋的氮循环越来越受到学术界的重视，因为它能在长时间尺度上提供海洋生态环境和碳循环的演变过程与机制。氮循环过程涉及一系列微生物介导的氧化还原反应，在现代海洋环境下可以进行精细的调查研究。然而对第四纪历史上的氮循环，目前主要依靠沉积物中的总氮或生物壳体氮的稳定同位素进行追踪重建。研究发现，南海的固氮作用在冰期减弱，冰消期至间冰期加强。但对于固氮作用的控制因素尚存在不同解释。
1月8日，国际著名地学刊物《Earth and Planetary Science Letters》在线发表了我室贾国东教授团队题为“Archaeal ammonia oxidation plays a part in late Quaternary cycling in the South China Sea”的研究论文。该研究在前期研究基础上，首次将氨氧化古菌的细胞膜脂用于重建上层水体的氨氧化过程，并结合沉积物中的有机氮同位素所反映的固氮作用，发现南海南部18万年以来的固氮作用与真光层海水的铵氧化作用密切耦合，在冬季风减弱的间冰段或间冰期同时加强，并存在显著的岁差变化。据此该工作提出如下氮循环的变化机制：冬季风减弱，上层水体层化加强，来自下层的营养盐输入变少，固氮作用和硝化作用加强，输出生产力减弱。该工作还提出了刺激固氮作用发生的假设性机理，即水体层化加强和有机质矿化-铵氧化-硝化作用加强可导致水体一定程度的缺氧，从而有利于固氮作用发生。这一假设对于当今全球变暖所导致的全球性海洋水体氧含量降低的生态效应具有重要参考意义。
图1. MD01-2392（红色）和MD05-2897（蓝色）的合成记录（a）浮游有孔的氧同位素；（b）底栖有孔虫的氧同位素；（c）TEXH86计算得到的次表层海水温度；（c1）岁差循环；（d）泉古菌醇的含量；（e）GDGT-[2]/[3]的比值和（e1）北纬10度12月份的太阳辐射量；（f）有机氮的氮同位素；（f1）北纬10度12月份的太阳辐射量；（g）南海东南部MD97-2142站位浮游有孔氮同位素记录；（h）MD05-2897站位颗石藻反应的营养盐跃层的变化.
图2. 上层水体氮循环的模式图（a）间冰期/间冰阶（b）冰期/冰阶
该论文第一作者是我室博士后董良，通讯作者为贾国东教授。该研究获得重大研究计划（2016YFA0601104）和国家自然科学基金青年项目（41606047）的支持。
原文链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X18307386