近日，中國海洋大學深海圈層與地球係統前沿科學中心、海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室在環境領域頂尖學術期刊Environmental Science & Technology發表了題為“Emissions of nitric oxide from photochemical and microbial processes in coastal waters of the Yellow and East China Seas”（黃東海光化學和微生物過程的一氧化氮釋放）的文章，在海洋一氧化氮（NO）生物地球化學循環研究領域取得新進展（圖1）。論文第一作者為劉春穎教授指導的2021級海洋化學專業博士研究生貢江琛，通訊作者為劉春穎教授和楊桂朋教授。

圖1 黃東海光化學和微生物過程的一氧化氮釋放

　　海洋中活性氮的生物地球化學及環境效應是目前海洋科學的研究熱點。NO是破壞臭氧層、形成酸雨及光化學煙霧的汙染氣體，然而細胞內NO對生物體至關重要，NO對生物生長和代謝有重要的調控作用，它也是某些微生物過程如硝化和反硝化的關鍵中間物質。由於NO在海水中濃度低且活性高，不易觀測，使得NO的海洋生物地球化學研究受到很大限製，目前海洋NO的收支和產生機製仍不清楚。本研究首次在黃東海的表層海洋和低層大氣中同時進行了高分辨率NO濃度的走航觀測；通過船基培養，測定了表層海水中不同過程NO的產生速率；利用基因組學分析了產生NO的主要微生物過程（圖2）；闡明了中國東部陸架海表層海水產生NO的光降解和微生物作用的主要機製，揭示了該海域NO的時空變化規律、源-彙格局和主控因素，並估算了黃東海NO的海-氣交換通量。

圖2 (a) 研究區域微生物氮循環、涉及的標記基因和遺傳潛力。(b) 基於功能特征的主要微生物在綱水平和屬水平上的相對豐度。 (c) 基於每個標記基因的綱水平和屬水平上主要微生物的基因數。A-E分別表示Gammaproteobacteria、Flavobacteriia、Cytophagia、Alphaproteobacteria和Unclassified。J-M分別表示Gammaproteobacteria、Flavobacteriia、Alphaproteobacteria和Unclassified。

　　研究表明，亞硝酸鹽光降解作用是黃東海NO產生的主要來源，其次為古細菌的硝化作用。同時探究了大氣中NO和臭氧之間的關係，明確了大氣中NO的來源。發現大氣中NO的濃度降低將會使近海海域的NO海氣交換通量增強。近海海域的NO排放主要受活性氮輸入的影響，並將隨著陸源NO排放的減少而呈增加趨勢。這些結果完善了NO的海洋生物地球化學循環模式，豐富了全球氮循環的研究內涵，為評估其環境和氣候效應提供了科學依據。

　　本研究依托於本研究室所建立的NO走航觀測係統（圖3），相關內容以 “Continuous chemiluminescence measurements of dissolved nitric oxide (NO) and nitrogen dioxide (NO2) in the ocean surface layer of the East China Sea”（表層海水中一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO）的走航觀測方法）為題於2021年發表於Environmental Science & Technology期刊。

圖3 溶解NO和NO2的走航觀測係統

　　楊桂朋教授領銜的研究團隊長期從事海洋活性氣體研究，在活性氣體的海洋生物地球化學及氣候效應研究領域取得了一係列創新性成果。本次在Environmental Science & Technology上發表的研究成果是該團隊在海洋化學研究領域取得的又一重要研究進展。

　　該論文由中國海洋大學、嶗山實驗室、山東青島海洋環境監測中心、德國GEOMAR Helmholtz-Zentrum海洋研究中心、南京信息工程大學等單位的相關學者合作完成。研究工作得到了國家重點研發計劃項目和國家自然科學基金的資助。