栖息在沙粒上的某些微生物会耗尽周围所有氧气。邻近微生物在缺氧环境下充分利用条件：它们利用周围水体中的硝酸盐进行反硝化作用——这一过程在富氧环境中几乎无法实现。在富氧水域的砂质沉积物中，此类反硝化作用可显著加剧海洋氮素流失。
栖息在沙粒上的某些微生物会耗尽周围的所有氧气。其邻近微生物在缺氧环境下变通应对：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无法实现。这种在富氧水域沙质沉积物中发生的脱氮作用，对海洋氮素流失具有显著贡献。
要点：
- 微观环境： 沙粒微生物创造缺氧微环境
- 重大影响： 促使邻近微生物在富氧沙层中进行厌氧脱氮
- 全球意义： 全球范围内富氧沙层中高达三分之一的氮素流失源于此过程
农业等人类活动大幅增加了向近海输入的氮素。微生物通过脱氮作用在沿海沙层中消除了大部分人为氮源。传统认为脱氮作用仅发生于缺氧环境，但观测显示富氧沙层中同样存在该现象，其机制长期未知。德国不来梅马克斯·普朗克海洋微生物研究所的科学家揭示了这一机制：沙粒表面不均匀分布的微生物群落耗尽周围氧气，形成缺氧微环境，使其他微生物得以进行脱氮作用。研究成果已发表于科学报告期刊。
微观结构的宏观效应
研究团队采用微流控成像技术，实现了微生物空间分布及氧动力学的微观尺度可视化。"单颗沙粒承载数万微生物。我们成功区分出相距仅数微米的耗氧菌群与产氧菌群，"马克斯·普朗克研究所的Farooq Moin Jalaluddin解释道。研究表明部分微生物的耗氧量超过周边孔隙水的供氧能力，导致沙粒表面形成传统技术无法探测的缺氧微区。这些微区效应显著："模型模拟估算表明，富氧沙层中高达三分之一的脱氮作用发生于此类缺氧微区。"
全球人为氮素的重要汇
渗透性沙层覆盖全球约半数大陆架，是极具生态价值的重要生境。研究者据此评估了单颗沙粒缺氧微区的新型脱氮机制在全球尺度的重要性。"我们发现此类缺氧微环境可导致硅酸盐陆架沙层中高达三分之一的氮素总流失，"现任职于莱布尼茨波罗的海研究所的合著者Soeren Ahmerkamp指出，"该脱氮过程由此成为海洋人为氮源的重要汇。"