港科大（廣州）團隊研究成果揭示地質背景影響全球河流氮循環
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岩風化通過調控溶解無機碳（DIC）增強河流氮同化吸收的作用機制。這一發現不僅加深了地質背景對河流碳氮耦合循環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的系統考察，到與印尼布拉維亞大學合作開展的馬朗地區河流採樣，香港科技大學（廣州）劉易教授團隊歷時數月收集有關河流和地下水質的第一手數據，以探究流域生物地球化學循環的奧秘。團隊憑藉來之不易的寶貴數據，依託香港科技大學（廣州）的交叉學科研究樞紐，粵港澳大灣區的科研協同優勢，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」「重實踐」「學科交叉」的研究特色。科學麥田的豐收，永遠屬於那些在風雨中執着播種的守望者，劉易教授團隊以步履丈量江河、以協作打破學科邊界，終於在耕耘中抵達了新的坐標。
顛覆傳統認知：
DIC限制作用的首次發現
在過去的研究中，科學界普遍認為河流生態系統中氮（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實驗以及全球數據分析，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，全球高碳酸鹽岩區域河流中，由碳酸鹽風化作用形成的高濃度溶解無機碳（DIC）可使河流系統的營養鹽吸收效率和浮游植物生產效率較低碳酸鹽岩區域提升。這一發現突破了傳統「N-P限制理論」，揭示了「N-P-C」限制河流碳氮耦合循環的全新機制。
本文通訊作者劉易教授表示：
碳酸鹽岩風化釋放的DIC，通過緩衝水體碳平衡、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。
地質背景：
解開河流生物地球化學循環密碼
通過全球數據分析，證實碳酸鹽岩分佈與河流有機氮濃度呈正相關，將溶解無機碳（DIC）納入限制因子後，太陽輻射與溫度對全球溶解有機氮的解釋力明顯提升。這一發現揭示了地質背景對河流生物地球化學循環的「先天塑造」作用，強調了河流生物地球化學循環對地質背景的生態響應機制。
本文第一作者博士生祁虹凱表示：
碳酸鹽岩與硅酸鹽岩的風化差異，本質上是地質背景深刻影響着河流的碳氮耦合循環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範式革新
本研究的突破得益於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，依託粵港澳大灣區的科研協同優勢，提供了串聯起環境科學、數據科學、地球科學，微生物學等學科的創新鏈。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，研究區域不斷擴大，從中國到亞洲再到全球，才能突破局部認識，產生具有全球解釋力的成果，這種「學科融通、國際合作」的模式，成為破解複雜地球系統問題的典範。
研究資助
本研究得到了香港特別行政區研究資助局（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合項目，深圳市科創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。該期刊於2008年首次出版，每月出版一期，年發文量大約130篇，2024年影響因子為15.7。《Nature Geoscience》致力於發表地球科學領域的原創研究論文、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、地質學、氣候學、環境科學等。
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及碳氮循環。已發表國際期刊論文5篇（其中以第一作者發表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，美國地球物理聯合會會員，歐洲地球科學聯合會會員，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。
