沙质海岸的氮流失：缺氧微区的巨大影响

一些生活在沙粒上的微生物会耗尽周围的所有氧气。它们的邻居因缺氧而不得不另辟蹊径：利用周围水体中的硝酸盐进行脱氮作用——这一过程在氧气存在时几乎不可能发生。这种在含氧丰富水体中的沙质沉积物内发生的脱氮作用，对海洋氮素流失有着实质性的贡献。

要点：

• 微观环境： 沙粒上的微生物创造出缺氧微环境。
• 重大影响： 这使得邻近微生物能在富氧沙层中进行厌氧脱氮作用。
• 全球相关性： 总体而言，这种作用导致全球范围内富氧沙层中的海洋氮素减少高达三分之一。

人类活动（如农业）已显著增加向近海输入的氮素。微生物通过脱氮作用在沿海沙层中清除了大部分人为输入的氮素。脱氮作用通常仅在无氧条件下发生。然而，观测表明它也通过一种迄今未知的机制在含氧沙层中发生。德国不来梅马克斯·普朗克海洋微生物研究所的科学家们揭示了这一机制：成群微生物在沙粒表面不均匀分布，耗尽周围氧气，从而创造出缺氧微环境，使得其他微生物得以进行脱氮作用。研究成果现已发表于《科学报告》期刊。

微小结构的巨大效应

科学家采用一种称为微流控成像的技术，使其能够在极小尺度上可视化微生物的多样性和不均匀分布以及氧气动态。"单颗沙粒上栖息着数万微生物。我们成功分辨出相距仅微米的耗氧菌群和产氧菌群，"马克斯·普朗克海洋微生物研究所的Farooq Moin Jalaluddin解释道。研究表明，某些微生物的耗氧速率超过周围孔隙水的供氧能力，从而在沙粒表面形成缺氧微区。这些微区在传统技术下始终不可见，但其效应极为显著："基于模型模拟的估算表明，这些缺氧微区内的厌氧脱氮作用可占富氧沙层总脱氮量的三分之一，"Jalaluddin指出。

作为人为氮汇的全球重要性

可渗透性沙层覆盖着地球上约半数大陆架，使其成为多方面极其重要的栖息地。马克斯·普朗克科学家据此计算了这种在单颗沙粒缺氧微区内新发现的氮素去除形式在全球尺度上的相关性。"我们发现这些缺氧微环境可占硅酸盐陆架沙层总氮素损失的近三分之一，"现任职于莱布尼茨波罗的海研究所瓦尔内明德分部的合著者Soeren Ahmerkamp表示，"因此，这种脱氮作用成为输入海洋的人为氮素的重要汇。"