厦大的氮循环实验室-中央大学水文与海洋科学研究所.PDF

廈大的氮循環實驗室 高樹基 廈門大學近海海洋環境國家重點實驗室 摘要 氮循環過程複雜，相關研究一直是全球海洋科學研究的難點之一。KK 師從 I. R. Kaplan, 在博士期間就以氮同位素為手段探索海洋氮循環過程。回台後，因 為種種因素，氮同位素實驗室一直無法完善。在恩師KK 的支持和鼓勵下，我於 2011 年投身廈門大學，開始搭建氮同位素實驗室平臺，2015 年的廈大氮循環實 驗室已經有了雛形，建立了不同形態氮素的天然同位素分析方法，自主創立同步 測定氧化亞氮（N O）和氮氣（N ）的氮同位素比值技術，大幅提升對氮過程研 2 2 究的能力。結合穩定同位素人工標記技術，氮循環實驗室取得部分創新性成果如 下：1）實現南海大氣硝氮沉降的來源示蹤；2 ）首次發現真光層存在微生物活動 產生並且積累的溫室氣體N O；3）沉積物同位素配對法的改良與新的沉積物氮 2 過程探索；4 ）高濁度河口的氨氧化過程與顆粒氧化態鐵的角色；5）近岸富營養 水體的氮動力過程-質量平衡與同位素示蹤法；6）從沉積物氮同位素解讀阿拉伯 海的氮循環歷史 致KK 我深信緣分。考研後本來決定到中山大學, 我和您的緣，卻只因為參加了海 洋所的新生烤肉會，白書禎老師的一句話“啊！你就是高樹基，KK 指定說你是 他的學生，要我們不准動你”。就這麼一句話，我幸運的做了您的學生。我一直 都不是個聽話的學生，給您找了不少麻煩。您包容我，給我極大的自由度，您的 言教很少，但是身教讓我如沐春風。去年，當我看見您寄來嘉宇結婚的照片，我 落淚了，想到這個孩子當時被成大退學，您長途開車下臺南幫忙搬家的情景。您 包容我，就像包容你的孩子。知道您在1981 回國後一直想把氮同位素（尤其是 硝氮）實驗室建立起來，因為種種困難，一直不成功，期間我沒幫上忙。在我成 為您的學生 15 年後（也是您收我為徒的不惑之年），我深刻體認到傳承的重要 性。數年後，廈門大學提供了我絕佳的機會，有充足的生源與經費可以達成我人 生另一階段的目標。您說“一切都是浮雲，大愛無疆，你在哪裡可以過得快樂、 做得更好，就選擇那裡”。這句話不就是您職業生涯軌跡的倒影嗎？！沒想到的 是，與世無爭、忠厚勤奮的您，這麼年輕就被主給徵召了。2015 年的廈大實驗 室已經有了雛形，打造世界先進的氮同位素實驗室是我的夢想，也是您曾經的夢。 人生雖如浮雲，但我將用我的餘生，學您一樣，做一朵烙印在學生心裡，永遠的 浮雲。 前言 氮是組成生物有機體的主要元素，在海洋環境中，氮是生態系統新陳代謝的 重要物質基礎，在海洋生物地球化學過程中扮演著極為重要的角色。氮循環過程 中會釋放出溫室效應約為CO 300 倍的溫室氣體N O，定量計算出所釋放的N O 2 2 2 對評估大氣溫室效應具有重要意義。硝酸鹽是海洋中最主要的生物可利用氮和溶 解無機氮的主要存在形態，通常是開闊大洋初級生產力的主要限制因子；深層海 洋輸入真光層的硝酸鹽含量決定了海洋的新生產力水準（即淨初級生產力；“穩 態”條件下也等同於真光層的輸出生產力），從而在很大程度上調控著海洋生物 泵的固碳效率，並由此形成了碳、氮等生源要素的耦合過程。 含氮化合物形態多樣，含量和分佈特點各不相同，因此氮循環過程比較複雜 （圖1）。從定量的角度來說，浮游植物吸收NH4+ 、NO2- 、 NO3- 支持光合作用 合成有機物在整個氮循環過程中占主要地位 (Capone et al., 2008) 。浮游植物對 NH4+ 營養鹽的吸收具有較強偏好性，整個動力學過程耗能低，因此，幾乎所有 的浮游植物都會利用NH4+ 鹽。生物吸收NO3-過程是將正五價的氮轉化為負三價， 該還原過程需要消耗大量能量 (Zehr and Ward, 2002)