近日，天津大学地球系统科学学院傅平青教授课题组与合作者，利用超高分辨质谱对南极无冰区土壤中的有机氮分子组成和转化过程进行了研究，相关成果以“Molecular transformation of organic nitrogen in Antarctic penguin guano-affected soil”为题，发表于环境科学与生态学Top期刊《Environment International》。论文共同第一作者为地科院吴礼彬副教授和2020级博士生盛明，通讯作者为地科院傅平青教授和中国科学技术大学刘晓东教授。合作者来自美国北卡罗来纳大学、安徽大学等单位。
图1：论文图文摘要
氮循环是维系地球生命生生不息的重要自然过程，而有机氮是氮循环的重要参与者。然而，当前对氮循环的研究多集中于无机氮，对有机氮分子组成的认识相对不足。南极是研究地球氮循环的天然实验室，企鹅通过排泄粪便向南极无冰区土壤输入了大量的氮等营养物质，极大地影响了当地生态环境。为探索企鹅粪土中有机氮的分子转化过程，本研究从南极罗斯海地区难言岛采集了不受企鹅粪影响的天然风化土、企鹅聚居区现代鸟粪土、已废弃企鹅巢穴区古鸟粪土和新鲜企鹅粪，使用傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）研究样品中水溶性有机氮的分子组成。结果发现，风化土中有机氮化合物种类相对很少，以富含羧基的脂环族类分子(CRAM-like)为主。企鹅粪向土壤中输入了高达上万种有机氮化合物，包括CRAM-like、脂类、多肽类及胺类等。企鹅粪进入土壤后，大分子有机氮持续降解，一些其他类有机氮化合物被氧化成相对稳定的CRAM-like分子，为土壤有机氮的一个重要转化过程。结合前人的研究结果，有机氮最终会变成无机氮并从土壤中流失，损失的氮会回到海洋中，进入食物网和企鹅体内，从而形成完整的氮循环过程。
图2：南极无冰区氮循环简明示意图
本研究初步揭示了企鹅粪土中有机氮的分子转化过程，有助于深化对南极无冰区氮循环过程的认识。研究工作得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划的资助。南极野外考察工作得到了国家海洋局极地考察办公室（CAAA）、美国南极项目办公室（USAP）以及意大利Mario Zucchelli站的支持。
文章信息：Wu, L.B.#, Sheng, M.#, Liu, X.D.*, Zheng, Z.Q., Emslie, S.D., Yang, N., Wang, X.Y., Nie, Y.G., Jin, J., Xie, Q.R., Chen, S., Zhang, D.H., Su, S.H., Zhong, S.J., Hu, W., Deng, J.J., Zhu, J.L., Qi, Y.L., Liu, C.-Q., Fu, P.Q.*, 2023. Molecular transformation of organic nitrogen in Antarctic penguin guano-affected soil. Environment International 172, 107796.https://doi.org/10.1016/j.envint.2023.107796
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