近日，厦门大学海洋与地球学院、海洋生物地球化学全国重点实验室李骁麟教授团队在海洋溶解有机物循环研究领域取得新进展，相关成果以“Seasonal Shift of Dissolved Organic Matter Stoichiometry in the Surface North Pacific Subtropical Gyre: Regulation by Enhanced N₂ Fixation and DOP Utilization”为题，发表于权威期刊Geophysical Research Letters。

该研究依托西北太平洋副热带流涡区的大面观测航次，首次揭示了该区域表层溶解有机物（DOM）中碳、氮、磷化学计量比的季节性变化规律，并量化了溶解有机磷（DOP）对固氮作用的支撑贡献，以及固氮过程向溶解有机氮（DON）库的氮元素的分流比例，为理解寡营养海区氮循环与碳输出的耦合机制提供了关键的现场观测证据。

研究背景

寡营养的副热带流涡区约占全球海洋面积的26%，是海洋固氮作用的热点区域。固氮微生物将大气中的氮气转化为生物可利用氮，支撑着这些寡营养海域的生产力。然而，固氮过程在给上层寡营养海域带来外源氮的同时，最终将受到磷和铁等其他生源要素的限制，固氮生物如何获取这些必需营养元素一直是海洋生物地球化学研究的前沿科学问题。DOM作为海洋中最大的还原碳库，同时蕴含着大量的氮和磷，但其在支撑固氮过程以及表层营养盐循环中所扮演的枢纽角色仍不明确。

研究结果

研究团队依托“嘉庚”号科考船，在西北太平洋副热带流涡区开展了两个季节的大面观测航次（2020年夏季和2020—2021年冬季），累计采集了348个表层海水样品（图1）。通过高精度的DOM浓度测定、氮稳定同位素（δ¹⁵N）分析以及固氮速率同步观测，研究团队系统刻画了该海域DOM的时空分布特征及其与固氮作用的耦合关系。

图1. 西北太平洋副热带流涡区夏季（红色圆点）和冬季（黄色三角形）采样点分布。虚线划分了黑潮、北赤道流、北太平洋过渡带和流涡中心区四个子区域

结果显示，流涡中心区的溶解有机物在表层呈现出显著的季节性化学计量转换：夏季DON积累（4.59 ± 0.19 µmol L^-1）而DOP消耗（0.18 ± 0.02 µmol L^-1），冬季则相反（DON: 4.23 ± 0.23 µmol L^-1, DOP: 0.23 ± 0.04 µmol L^-1）。这种此消彼长的转换模式导致表层DOM的氮磷比从冬季的19跃升至夏季的25（图2）。

图2. 西北太平洋副热带流涡区溶解有机物参数的空间分布。夏季（上）和冬季（下）的溶解有机碳（a，d）、溶解有机氮（b，e）、溶解有机磷（c，f）、固氮速率（g，j）、DOM氮磷比（h，k）以及δ¹⁵N-DON（i，I）

研究进一步量化了DOP消耗对夏季高固氮的支撑作用。流涡中心区夏季固氮速率（4.99 ± 3.01 nmol N L^-1 d^-1）是冬季（1.17 ± 1.38 nmol N L^-1 d^-1）的四倍以上，而同期DOP浓度下降了约20%。通过质量平衡计算，这一DOP的消耗可满足夏季固氮所需磷的42%至100%以上，表明DOP库是支撑夏季固氮爆发的重要磷源（图3a-b）。

图3. 固氮速率与溶解有机物参数的定量关系。（a-b）DOP消耗对固氮磷需求的贡献；（c-d）基于质量平衡（c）和氮同位素模型（d）估算的固氮向DON库的释放比例。红色点代表夏季均值，蓝色点代表冬季均值

研究团队还通过两种独立方法估算了固氮过程向DON储库氮元素的释放比例。基于质量平衡的估算结果表明，平均53%的固氮产物进入DON库；基于δ¹⁵N-DON的稳态同位素模型则得出约40%的分流比例（图3c-d）。更重要的是，这些现场观测结果整合了季节时间尺度上生物过程的影响，如摄食、病毒裂解、群落演替，弥补了短期甲板培养实验的局限性。

该研究首次在季节尺度上对北太平洋副热带流涡区的DOM化学计量进行了评估，填补了表层海洋DOM分布在海盆尺度上的空白。通过质量平衡和同位素平衡模型相结合的方法，量化了DOP利用在支撑季节性固氮作用中的贡献，证明了海洋新固定氮中有相当一部分分流至DON储库中。研究结果强调，DOM可以作为一个动态的生物地球化学储库，在调控寡营养海区中的营养盐循环和支撑初级生产力中发挥关键作用。

研究团队及资助

该论文第一作者为厦门大学博士研究生张露松，通讯作者为李骁麟教授，共同作者包括温作柱副教授、洪海征教授和史大林教授，以及博士研究生康思静和林文、江鹏博士、林姗姗工程师。该研究获得国家重点研发计划（2023YFF0805001）和国家自然科学基金（42276034，41890801）的联合资助。

论文来源及链接

Zhang, L. S., Wen, Z. Z., Hong, H. Z., Kang, S. J., Jiang, P., Lin, S. S., et al. (2026). Seasonal Shift of Dissolved Organic Matter Stoichiometry in the Surface North Pacific Subtropical Gyre: Regulation by Enhanced N2 Fixation and DOP Utilization. Geophysical Research Letters, 53(4), e2025GL120193.

https://doi.org/10.1029/2025GL120193

供稿 | 李骁麟教授团队

编辑 | 房月 苏颖

审核 | 周宽波 曹知勉