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杨进宇副教授团队与合作者在大气氮沉降来源及其对寡营养海区生产力贡献方面取得新进展，相关成果以“Atmospheric deposition and lateral ocean transport enhance nitrogen supply to the North Pacific Subtropical Gyre”为题，发表于地学权威期刊npj Climate and Atmospheric Science.
该研究首次明确北太平洋副热带流涡区（NPSG）大气氮沉降以自然来源为主，而过渡区（NPTZ）则以陆源及人为源为主导，并发现NPTZ上层水体侧向输送可增加NPSG外源氮补充。成果为理解氮限制寡营养海域的外源氮供给机制提供了新的科学依据。
研究背景
活性氮的可利用性是调控海洋初级生产力和生物泵效率的核心因素，深刻影响全球碳循环与气候调节。NPSG作为典型的寡营养海域，外源活性氮输入是维持其生态系统生产力、驱动碳封存的关键因子。长期以来，生物固氮被视为寡营养海区外源活性氮的主导来源；但近百年来，受人类活动驱动，大气氮沉降通量显著增加，已成为陆地向开阔大洋输送活性氮的重要途径。然而，NPSG中大气氮沉降的来源、通量及其对区域氮收支的定量贡献仍存在较大不确定性，也缺乏对海洋氮素侧向输运耦合效应的观测约束。
研究结果
本研究首先基于氮稳定同位素示踪技术与气团后向轨迹分析，发现NPSG夏冬季气溶胶硝酸盐(NO3-)和还原态氮(RN)均以自然来源为主导。其中，NO3-的氮同位素组成指示其主要源自闪电产生的NOx及海洋边界层内的局部化学反应，RN则主要来自海洋排放，包括海-气氨交换和海洋生物活动产生的有机氮。上述结果表明，在远离大陆的NPSG，海洋自身排放对大气活性氮具有显著贡献，这一认识挑战了传统观点中开阔大洋仅被动接收陆源氮沉降的认知。
图1. 夏季(a)和冬季(b)西北太平洋气溶胶采样终点位置及表层叶绿素a浓度分布。图中虚线为采样终点位置对应的7天气团后向轨迹。
图2. 夏季(a-c)和冬季(d-f)航次在NPSG采集的气溶胶中NO3-、RN和总水溶性氮(WSTN)的氮同位素组成。
整合本研究观测数据与历史数据，系统刻画了西北太平洋大气活性氮的浓度及其同位素组成的空间分布格局，识别出显著的区域差异。自NPSG向NPTZ，气溶胶活性氮浓度逐渐升高，而氮同位素组成则显著偏负，显示出明显的经向梯度。在NPTZ，大气活性氮主要受东亚人为排放影响；进入NPSG后，人为源信号快速减弱，自然来源转为主导。这种空间分异格局与气团传输路径高度耦合，清晰界定了人为影响区与自然来源主导区的大气氮沉降边界。
图3. 西北太平洋气溶胶中NO3-和RN的浓度及氮同位素组成，实线表示NPSG与NPTZ的边界。
进一步结合ROMS模型，定量评估了侧向输送对NPSG外源氮输入及输出生产的贡献。研究提出并验证，受限于较弱的氮限制程度，NPTZ内大量人为源氮未被浮游植物充分利用，而是通过上层海洋环流从NPTZ侧向输送到具有显著氮限制的NPSG，该过程可使NPSG的外源氮输入量增加约18%。综合考虑原位输入与侧向输送的总外源氮供给，可支撑NPSG约77%的输出生产力，其中侧向输送贡献约11%。这一结果凸显大气氮沉降并非仅以直接沉降方式影响寡营养海域，还可通过海洋物理过程将人类活动影响与生物地球化学过程相耦合，间接提升开阔大洋的净初级生产力与碳汇潜力。
图4. a) 西北太平洋不同区域原位气溶胶活性氮沉降通量和固氮通量(FAND和FBNF；μmol m-2 day-1)，及从NPTZ通过混合层以上侧向海洋环流向中央副热带环流(CSG)的侧向输送通量（箭头）。背景颜色表示该研究区域营养盐的限制状况。
研究团队及资助
该论文的共同第一作者为厦门大学海洋与地球学院2023级硕士研究生吴伦比和2022级本科生戴东辰，通讯作者为杨进宇副教授，共同作者包括自然资源部第二海洋研究所马文涛研究员、2024级硕士研究生张子洋，海南大学高树基教授、罗笠教授，厦门大学戴民汉院士、柳欣教授和鲍红艳教授。该研究获国家重点研发计划(2023YFF0805001)、国家自然科学基金(42476032, 42330401, 42130401)和香港特别行政区研究资助局卓越学科领域计划(No. AoE/P-601/23-N)的联合资助。
论文来源及链接
Lunbi Wu#, Dongchen Dai#, Wentao Ma, Jin-Yu Terence Yang, Ziyang Zhang, Li Luo, Xin Liu, Hongyan Bao, Shuh-Ji Kao, Minhan Dai (2026). Atmospheric deposition and lateral ocean transport enhance nitrogen supply to the North Pacific Subtropical Gyre. npj Climate and Atmospheric Science. https://doi.org/10.1038/s41612-026-01388-7
供稿 | 杨进宇副教授团队
编辑 | 房月 苏颖
排版 | 陈蕾
审核 | 蔡毅华 曹知勉
