港科大（廣州）團隊研究成果揭示地質(zhì)背景影響全球河流氮循環(huán)
近日，香港科技大學（廣州）功能樞紐地球與海洋大氣科學（EOAS）學域劉易教授團隊在地球科學領域頂級期刊《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化通過調(diào)控溶解無機碳（DIC）增強河流氮同化吸收的作用機制。這一發(fā)現(xiàn)不僅加深了地質(zhì)背景對河流碳氮耦合循環(huán)和其他生物地球化學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合作開展的馬朗地區(qū)河流采樣，香港科技大學（廣州）劉易教授團隊歷時數(shù)月收集有關河流和地下水質(zhì)的第一手數(shù)據(jù)，以探究流域生物地球化學循環(huán)的奧秘。團隊憑借來之不易的寶貴數(shù)據(jù)，依托香港科技大學（廣州）的交叉學科研究樞紐，粵港澳大灣區(qū)的科研協(xié)同優(yōu)勢，與深圳、香港等地高校加強交流與合作，形成了“大尺度”“多地區(qū)”“重實踐”“學科交叉”的研究特色?？茖W麥田的豐收，永遠屬于那些在風雨中執(zhí)著播種的守望者，劉易教授團隊以步履丈量江河、以協(xié)作打破學科邊界，終于在耕耘中抵達了新的坐標。
顛覆傳統(tǒng)認知：
DIC限制作用的首次發(fā)現(xiàn)
在過去的研究中，科學界普遍認為河流生態(tài)系統(tǒng)中氮（N）和磷（P）的供應是限制氮同化吸收的關鍵因素。然而，本研究通過對珠江流域和印度尼西亞的野外觀測和培養(yǎng)實驗以及全球數(shù)據(jù)分析，首次證實了溶解無機碳（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，由碳酸鹽風化作用形成的高濃度溶解無機碳（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)的全新機制。
本文通訊作者劉易教授表示：
碳酸鹽巖風化釋放的DIC，通過緩沖水體碳平衡、增強光合作用效率，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制。
地質(zhì)背景：
解開河流生物地球化學循環(huán)密碼
通過全球數(shù)據(jù)分析，證實碳酸鹽巖分布與河流有機氮濃度呈正相關，將溶解無機碳（DIC）納入限制因子后，太陽輻射與溫度對全球溶解有機氮的解釋力明顯提升。這一發(fā)現(xiàn)揭示了地質(zhì)背景對河流生物地球化學循環(huán)的“先天塑造”作用，強調(diào)了河流生物地球化學循環(huán)對地質(zhì)背景的生態(tài)響應機制。
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過程，這一機制在全球尺度上普遍存在，卻長期被忽視。
跨學科與國際合作：
從珠江到全球的科學范式革新
本研究的突破得益于跨學科交叉以及國際合作。香港科技大學（廣州）作為交叉學科研究樞紐，依托粵港澳大灣區(qū)的科研協(xié)同優(yōu)勢，提供了串聯(lián)起環(huán)境科學、數(shù)據(jù)科學、地球科學，微生物學等學科的創(chuàng)新鏈。通過與香港科技大學、南方科技大學、香港大學、印尼布拉維亞大學的密切合作，研究區(qū)域不斷擴大，從中國到亞洲再到全球，才能突破局部認識，產(chǎn)生具有全球解釋力的成果，這種“學科融通、國際合作”的模式，成為破解復雜地球系統(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）卓越研究領域計劃，港澳海洋研究中心（CORE），廣東省人才項目，廣州市科技局市校聯(lián)合項目，深圳市科創(chuàng)委和廣東省土壤地下水污染控制重點實驗室的資助。
期刊介紹
《Nature Geoscience》是一本由自然出版集團出版的同行評議的科學期刊。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)表地球科學領域的原創(chuàng)研究論文、評論和新聞報道，涵蓋了地球科學的各個方面，包括地球物理學、地球化學、地質(zhì)學、氣候?qū)W、環(huán)境科學等。
作者介紹
第一作者：
祁虹凱，香港科技大學（廣州）功能樞紐地球與海洋大氣科學（EOAS）學域博士研究生，主要研究方向為流域水文地質(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（廣州）助理教授，副研究員，博士生導師，美國地球物理聯(lián)合會會員，歐洲地球科學聯(lián)合會會員，港澳海洋研究中心會員，國際水資源學會(IWRA)中國委員會地下水專委會委員、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鍵帶中與水文地質(zhì)和生物地球化學相關的科學問題。主持/參與了國家自然基金重點項目/面上項目，香港RGC卓越研究領域計劃（Area of Excellence）和GRF項目等超過10項，在Nature Geoscience，Geophysical Research Letter, Water Research, Water Resources Research等地學頂級期刊發(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劃。
