《基于流域尺度的陆架腐殖质 运输铁元素进入北太平洋》

  • 来源专题:物理海洋学知识资源中心
  • 编译者: 张灿影
  • 发布时间:2020-04-22
  • 铁是海洋生命不可或缺的重要元素,但其在含氧的海水中溶解度很低,因此,外界输入的铁元素会强烈影响海洋的初级生产力。风尘、陆架沉积物和深海热液一直被认为是海洋溶解态铁的主要外部来源,而其中风尘是北太平洋铁的最重要的外部来源。但近来越来越多的研究显示,依据海中溶解态铁的百分含量和陆架沉积物在海洋生物碳泵中发挥的重要作用,陆架沉积物的影响远高于另外两种因素。而研究沉积物中溶解态的铁的长距离运输对于认识全球海洋铁循环和碳循环都至关重要。

    有机配体与铁的络合会增强铁元素在海水中的溶解,也会为溶解态的铁的长距离运输提供支撑。而在众多有机配体中,腐殖质被认为是在海洋环境中最有可能可以与铁络合的有机配体。腐殖质可由其紫外可见吸光度表征,而腐殖质的荧光特性被称为类腐殖质-荧光溶解有机质(FDOMH)。

    2020年3月11日,《自然》(Nature)期刊发表《基于流域尺度的陆架腐殖质运输铁元素进入北太平洋》(Shelf humic substances as carriers for basin-scale iron transport in the North Pacifc )。来自日本北海道大学(Hokkaido University)和东京大学(The University of Tokyo)的研究学者们通过检测西部北太平洋区域范围内(已有报道称,鄂霍次克海陆架上的沉积物中的铁被运输至此,但原因未知),溶解态铁和FDOMH的分布,根据表观耗氧量(AOU),将外来的FDOMH与自生的FDOMH分离,发现外来的FDOMH在西部的北太平洋中层水中是液态铁的携带者。因此证明陆架上的沉积物中腐殖质可以携带着溶解态的铁通过中层水循环,从鄂霍次克海浅层沉积物将其一直运输到亚热带的北太平洋,距离至少有4000千米。这一研究结果表明,陆架腐殖质可能是造成海洋内部溶解态铁分布的重要原因。

    摘自:全球海洋科技发展动态2020年第三期 徐亚宏 编译
     

  • 原文来源:https://www.nature.com/articles/s41598-020-61375-7
相关报告
  • 《生物质和煤燃烧排放的水溶性“类腐殖质”研究获进展》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2018-05-18
    • “类腐殖质”(Humic Like Substances, HULIS)是一类成分复杂的有机混合物,是气溶胶中水溶性有机质的重要组成部分,广泛存在于大气环境中。由于具有较强的吸光性和吸湿性,HULIS参与多种大气过程,如云凝结核的形成、太阳光吸收和散射等,对区域气候和人体健康等有着重要影响,已成为大气科学研究的热点之一。气溶胶中的HULIS来源广泛,其中生物质燃烧排放被认为是大气中HULIS最主要的一次源。在我国,煤燃烧排放对气溶胶污染的贡献很大,但对于煤燃烧排放HULIS的了解比较缺乏。基于上述原因,近期,中国科学院广州地球化学研究所彭平安课题组副研究员宋建中等利用超高分辨率的傅里叶变换离子回旋共振质谱仪(FT-ICR MS)系统研究了生物质和烟煤燃烧排放水溶性HULIS的分子组成和特征,并探讨了不同燃烧源对大气HULIS的影响。 该研究发现,燃烧源水溶性HULIS是一类有机大分子的混合物,m/z分布范围在150-700,并且在m/z= 150-400范围强度最高。这与大气气溶胶、雨水和云水中水溶性有机物分子量范围相似,表明了生物质和煤燃烧都是大气水溶性HULIS的重要来源。根据每个负离子的丰度,得到了不同物质燃烧排放HULIS的平均分子式为C15.4H18.4O6.16N0.38S0.06(玉米秸秆)、C16.1H17.7O6.44N0.58S0.06(水稻秸秆)、C19.4H23.9O4.89N0.26S0.10(马尾松枝)和C14.1H15.2O4.75N0.23S0.48(烟煤)。与环境样品相比,煤烟HULIS中含有相对较多的含S化合物,表明了煤燃烧排放可能是大气HULIS含硫成分的重要来源。 虽然不同燃烧源HULIS均由CHO、CHON、CHOS和 CHONS等化合物组成,但不同的HULIS表现出各自的特点。生物质燃烧排放HULIS含有较多的CHON化合物,并且几乎所有化合物都显示氧-氮比(O / N)≥3表明了这些CHON化合物主要由硝基化合物(-NO2)和有机硝酸盐(-NO3)组成(图1)。煤燃烧排放HULIS则具有较多的具有较高不饱和度的含硫化合物(CHOS和CHONS),含硫组分可占总分子数的48%,暗示着对大气污染的重要影响。在煤烟CHOS化合物中,超过91%的CHOS化合物的O/S比率大于4,并且大部分CHOS的化合物的DBE值等于或大于4,表明了芳香有机硫酸酯结构的大量存在。在CHONS化合物中(图2),31.6%的CHONS分子式有七个或更多的O原子,意味着这些CHONS化合物包含一定量的含硝基氧的有机硫酸酯物质。 综合来看,这项工作提供了有关生物质和煤炭燃烧排放的HULIS的分子结构特征的信息,对于人们更好地理解燃烧排放对大气HULIS以及棕色碳的影响具有重要的意义。 该研究工作得到了国家自然科学基金(41390240, 41705107, 41473104)的资助,相关成果发表在国际期刊Environmental Science & Technology上。
  • 《腐殖质耗减引起气候变化? 》

    • 来源专题:农业立体污染防治
    • 编译者:金慧敏
    • 发布时间:2015-09-06
    • 上世纪90年代以来,欧洲的许多重要作物产量一直停滞不前。因此,腐殖质形成的重要来源----土壤有机质输入一直在减少。慕尼黑科技大学(TUM)科学家怀疑耕地土壤腐殖质存量是因气候变化的影响而导致下降。然而,腐殖质是土壤功能的一个关键因素,这就是为什么其减少对农业生产构成威胁,而且是全球性的。 慕尼黑科技大学科学家的研究已发表在《中国环境科学》(2015),研究评估了上世纪60年代以来联合国粮农组织(FAO)编制的欧盟国家作物产量统计数据。欧洲中部和北部三种最重要的粮食作物小麦、大麦和玉米产量已经停滞了20年。“我们只对产量停滞中的少数几年进行了统计核查”,位于弗赖辛唯森市的慕尼黑科技大学土壤科学首席兼本研究的第一作者马丁博士解释说。这一发现与其他研究结果一致,证实了作物产量,特别是全世界谷物产量正在下降。 “由于作物产量和土壤有机物质输入之间的密切联系,产量停滞也一定对土壤中的腐殖质存量产生影响”,慕尼黑技术大学科学家马丁博士说,“特别是在温度持续上升的背景下。”由于气温上升导致更高水平的腐殖质分解的同时,有机物供应停滞不前,因此必须长期地预期腐殖质的耗减。 气候变化和欧盟农业政策的变化是可能的原因? 产量停滞的原因还没有得到合理解释,但可能是由于多种因素的影响:“按照在上世纪90年代欧盟农业共同政策优先点介绍,在其它政策中,使用了少施化肥策略,并且轮作周期中忽略了使用豆科植物”,来自波多黎各战略规划与管理主席哈布纳博士解释,他是马丁博士的共同作者,也来自弗赖辛唯森市。他指出:“很少有作者把这个问题作为作物产量停滞的原因而进行讨论。” 然而气候变化产生的气候条件变化,可以在此代表一个更重要的因素,比如温度,越来越多地超过植物的生长所需的最佳水平,象那些经历了今年夏天的植被,进入植被周期性变化,更加频繁的干旱。“这必然导致作物生物量生产停滞和土壤有机物输入减少”,马丁博士说。 此外,上世纪80年代以来欧洲牲畜数量也明显下降。“有机肥的推广作为有机物质的另一个重要来源也因此下降”,马丁博士补充说。 由作物收成停滞产生的腐殖质存量减少的早期迹象已经显现。近几年几乎所有欧盟国家都观察到了土壤腐殖质耗减的初步迹象。 跨学科研究小组 虽然以前许多研究均预测未来气候变化结果为腐殖质水平增加,然而慕尼黑科技大学的科学家根据他们目前的研究结果,认为以下假设是很关键的:如果有机质输入停滞,土壤将长期失去一些腐殖质。“如果这种趋势继续下去,它可能对土壤肥力和蓄水能力产生负面影响”,马丁博士说。“反过来,这可能最终导致极少的收成----形成恶性循环,”他补充说。 为了解决这一问题,农业需要加大使用积极的措施促进腐殖质形成。“这些措施包括作物轮作多样化、绿色有机肥、冬季绿化减少土壤侵蚀、优化土壤种植,有机耕作,农林复合经营和作物田间留茬”,哈尔纳解释。本研究作者还认为,对产量停滞和腐殖质消竭产生的原因进行跨学科研究是必要的,“因为仅靠一个单一的学科不能解决这个问题。”