长期氮埋藏在全球峡湾中超过反硝化作用

塑造海洋的隐秘沿海峡谷

在许多寒冷、多山的海岸边缘，分布着被称为峡湾的深而狭窄的海湾。它们看起来像风景明信片，但本研究表明，它们在悄然控制海洋中肥料状氮的循环量方面发挥着重要作用，从而影响海洋生物能够封存多少碳。通过追踪全球各地峡湾中氮的归宿，作者揭示了这些水下峡谷在地球养分与气候平衡中的重要性，远超其小面积所暗示的影响。

为何峡湾中的氮很重要

氮是生命的基本成分，限制着海洋中微藻的生长。当农业、污水或其他人为来源输入过多氮时，沿海水体会超负荷，促成藻华与耗氧。当氮不足时，海洋生物与海洋的碳封存能力可能受挫。尽管峡湾面积不足全球海洋表面的千分之一，已储存约11%的海洋埋藏有机碳。研究者提出的关键问题是：峡湾是否也作为长期的氮储库将氮蓄存起来，还是大部分氮作为气体逃逸回大气？

测量一个全球性的氮库

为了解答这个问题，研究团队将来自瑞典和冰岛五个峡湾的新测量数据与来自全球另外74个峡湾的已发表数据结合起来。他们集中考察进入峡湾的河水、冰川融水和海流所携带氮的两种主要归宿。一种是埋藏：氮被锁定在下沉颗粒中，成为海底的一部分，持续数百年或更久。另一种是微生物“泄漏”：在低氧环境中，微生物将溶解的含氮化合物转化为无害的氮气并冒出水面。作者利用沉积记录、化学分析以及校正采样不均的统计外推，估算了每条途径在全球尺度上移除的氮量。

作为氮埋藏热点的峡湾

结果表明，峡湾是卓越的氮汇。平均来看，每平方米峡湾底每年埋藏的氮比大多数其他海洋环境乃至多数湖泊都要多。将这些速率放大计算表明，尽管面积微小，峡湾可能承担了海洋中高达18%的氮埋藏。格陵兰、加拿大北极和斯瓦尔巴等高纬度峡湾尤其高效，因冰川和侵蚀带来大量沉积物和富营养颗粒。这些快速下沉的物质缩短了有机物在含氧水体中的停留时间，使更多氮得以在泥中保存，而不是被分解并释放。

当氧气耗尽时，平衡发生变化

研究还显示，峡湾移除氮的方式强烈依赖于含氧量。在大多数含氧良好的峡湾中，沉积物中的长期埋藏约占总氮损失的三分之二，优于微生物转化为气体。但在深水严重缺氧或完全无氧的峡湾，情况会逆转。在这些地方，产气微生物过程的速率可比含氧峡湾高出多达九倍，有时远超埋藏。随着深水失去氧气，微生物从硝酸盐中剥夺氧的作用区从海底的一层薄层扩展为一条厚厚的水体带，大大增强了氮气的产生。

变暖海洋与氮的未来

气候变化和人类营养物污染可能重塑这一微妙平衡。增温加强水层分层，会使峡湾深槽缺乏氧气，而营养物输入增加与洋流变化又会推动初级生产增强。这些趋势共同促进更多的埋藏——通过更多新鲜有机颗粒的输送——以及更多的微生物氮损失，尤其是在深水陷入低氧或无氧的地方。作者得出的结论是，当前峡湾作为强有力的、对气候友好的过滤器，将过剩氮锁存起来且几乎没有温室气体的副作用。然而，随着增温与缺氧的扩展，会产生笑气（一种强效温室气体）的微生物通道可能会在氮损失中占更大比重。管理沿海水体的营养负荷对于在变化的海洋中保持峡湾作为有效且低影响的氮汇至关重要。

引用: Cheung, H.L.S., Levin, L.S., Smeaton, C. et al. Long-term nitrogen burial exceeds denitrification in global fjords. Nat Commun 17, 3148 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71116-5

关键词: 峡湾, 氮循环, 海洋沉积物, 缺氧化, 蓝碳