港科大（廣州）團(tuán)隊(duì)研究成果揭示地質(zhì)背景影響全球河流氮循環(huán)
近日，香港科技大學(xué)（廣州）功能樞紐地球與海洋大氣科學(xué)（EOAS）學(xué)域劉易教授團(tuán)隊(duì)在地球科學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Nature Geoscience》發(fā)表了題為《Carbonate weathering enhances nitrogen assimilatory uptake in rivers globally》的文章。本研究首次揭示了碳酸鹽巖風(fēng)化通過調(diào)控溶解無機(jī)碳（DIC）增強(qiáng)河流氮同化吸收的作用機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)不僅加深了地質(zhì)背景對(duì)河流碳氮耦合循環(huán)和其他生物地球化學(xué)過程的控制作用的理解，更為全球河流生態(tài)治理和碳中和目標(biāo)提供了全新視角。
文章題目
Carbonate weathering enhances nitrogen assimilatory uptake in rivers globally
作者信息
Qi, H., Liu, Y.*, Wang, H., Kuang, X., Putra, A.N., Jiao, J., Gan, J. (2025) Carbonate Weathering Enhances Nitrogen Assimilatory Uptake in Rivers Globally.
原文鏈接
https://doi.org/10.1038/s41561-025-01680-w
從珠江全流域多季節(jié)的系統(tǒng)考察，到與印尼布拉維亞大學(xué)合作開展的馬朗地區(qū)河流采樣，香港科技大學(xué)（廣州）劉易教授團(tuán)隊(duì)歷時(shí)數(shù)月收集有關(guān)河流和地下水質(zhì)的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，以探究流域生物地球化學(xué)循環(huán)的奧秘。團(tuán)隊(duì)?wèi){借來之不易的寶貴數(shù)據(jù)，依托香港科技大學(xué)（廣州）的交叉學(xué)科研究樞紐，粵港澳大灣區(qū)的科研協(xié)同優(yōu)勢(shì)，與深圳、香港等地高校加強(qiáng)交流與合作，形成了“大尺度”“多地區(qū)”“重實(shí)踐”“學(xué)科交叉”的研究特色?？茖W(xué)麥田的豐收，永遠(yuǎn)屬于那些在風(fēng)雨中執(zhí)著播種的守望者，劉易教授團(tuán)隊(duì)以步履丈量江河、以協(xié)作打破學(xué)科邊界，終于在耕耘中抵達(dá)了新的坐標(biāo)。
顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知：
DIC限制作用的首次發(fā)現(xiàn)
在過去的研究中，科學(xué)界普遍認(rèn)為河流生態(tài)系統(tǒng)中氮（N）和磷（P）的供應(yīng)是限制氮同化吸收的關(guān)鍵因素。然而，本研究通過對(duì)珠江流域和印度尼西亞的野外觀測和培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)以及全球數(shù)據(jù)分析，首次證實(shí)了溶解無機(jī)碳（DIC）在氮同化過程中的核心作用。研究顯示，在同等太陽輻射和溫度條件下，全球高碳酸鹽巖區(qū)域河流中，由碳酸鹽風(fēng)化作用形成的高濃度溶解無機(jī)碳（DIC）可使河流系統(tǒng)的營養(yǎng)鹽吸收效率和浮游植物生產(chǎn)效率較低碳酸鹽巖區(qū)域提升。這一發(fā)現(xiàn)突破了傳統(tǒng)“N-P限制理論”，揭示了“N-P-C”限制河流碳氮耦合循環(huán)的全新機(jī)制。
本文通訊作者劉易教授表示：
碳酸鹽巖風(fēng)化釋放的DIC，通過緩沖水體碳平衡、增強(qiáng)光合作用效率，顯著提升了河流氮的同化能力——這是此前所有模型都未考慮的機(jī)制。
地質(zhì)背景：
解開河流生物地球化學(xué)循環(huán)密碼
通過全球數(shù)據(jù)分析，證實(shí)碳酸鹽巖分布與河流有機(jī)氮濃度呈正相關(guān)，將溶解無機(jī)碳（DIC）納入限制因子后，太陽輻射與溫度對(duì)全球溶解有機(jī)氮的解釋力明顯提升。這一發(fā)現(xiàn)揭示了地質(zhì)背景對(duì)河流生物地球化學(xué)循環(huán)的“先天塑造”作用，強(qiáng)調(diào)了河流生物地球化學(xué)循環(huán)對(duì)地質(zhì)背景的生態(tài)響應(yīng)機(jī)制。
本文第一作者博士生祁虹凱表示：
碳酸鹽巖與硅酸鹽巖的風(fēng)化差異，本質(zhì)上是地質(zhì)背景深刻影響著河流的碳氮耦合循環(huán)和其他生物地球化學(xué)過程，這一機(jī)制在全球尺度上普遍存在，卻長期被忽視。
跨學(xué)科與國際合作：
從珠江到全球的科學(xué)范式革新
本研究的突破得益于跨學(xué)科交叉以及國際合作。香港科技大學(xué)（廣州）作為交叉學(xué)科研究樞紐，依托粵港澳大灣區(qū)的科研協(xié)同優(yōu)勢(shì)，提供了串聯(lián)起環(huán)境科學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)、地球科學(xué)，微生物學(xué)等學(xué)科的創(chuàng)新鏈。通過與香港科技大學(xué)、南方科技大學(xué)、香港大學(xué)、印尼布拉維亞大學(xué)的密切合作，研究區(qū)域不斷擴(kuò)大，從中國到亞洲再到全球，才能突破局部認(rèn)識(shí)，產(chǎn)生具有全球解釋力的成果，這種“學(xué)科融通、國際合作”的模式，成為破解復(fù)雜地球系統(tǒng)問題的典范。
研究資助
本研究得到了香港特別行政區(qū)研究資助局（HK RGC）卓越研究領(lǐng)域計(jì)劃，港澳海洋研究中心（CORE），廣東省人才項(xiàng)目，廣州市科技局市校聯(lián)合項(xiàng)目，深圳市科創(chuàng)委和廣東省土壤地下水污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助。
期刊介紹
《Nature Geoscience》是一本由自然出版集團(tuán)出版的同行評(píng)議的科學(xué)期刊。該期刊于2008年首次出版，每月出版一期，年發(fā)文量大約130篇，2024年影響因子為15.7?！禢ature Geoscience》致力于發(fā)表地球科學(xué)領(lǐng)域的原創(chuàng)研究論文、評(píng)論和新聞報(bào)道，涵蓋了地球科學(xué)的各個(gè)方面，包括地球物理學(xué)、地球化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、氣候?qū)W、環(huán)境科學(xué)等。
作者介紹
第一作者：
祁虹凱，香港科技大學(xué)（廣州）功能樞紐地球與海洋大氣科學(xué)（EOAS）學(xué)域博士研究生，主要研究方向?yàn)榱饔蛩牡刭|(zhì)及碳氮循環(huán)。已發(fā)表國際期刊論文5篇（其中以第一作者發(fā)表4篇）。
通訊作者：
劉易，香港科技大學(xué)（廣州）助理教授，副研究員，博士生導(dǎo)師，美國地球物理聯(lián)合會(huì)會(huì)員，歐洲地球科學(xué)聯(lián)合會(huì)會(huì)員，港澳海洋研究中心會(huì)員，國際水資源學(xué)會(huì)(IWRA)中國委員會(huì)地下水專委會(huì)委員、Frontiers in Marine Science客座編輯。主要致力研究地下水-地表水和陸地-海洋相互作用中，海岸帶和潛流交換帶等關(guān)鍵帶中與水文地質(zhì)和生物地球化學(xué)相關(guān)的科學(xué)問題。主持/參與了國家自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目/面上項(xiàng)目，香港RGC卓越研究領(lǐng)域計(jì)劃（Area of Excellence）和GRF項(xiàng)目等超過10項(xiàng)，在Nature Geoscience，Geophysical Research Letter, Water Research, Water Resources Research等地學(xué)頂級(jí)期刊發(fā)表論文超過35篇（其中第一/通訊作者文論超過20篇）。2024年入選廣東省高端人才計(jì)劃。
