近日，香港科技大学（广州）功能枢纽地球与海洋大气科学（EOAS）学域刘易教授团队在地球科学领域顶级期刊《Nature Geoscience》发表了题为《Carbonate weathering enhances nitrogen assimilatory uptake in rivers globally》的文章。本研究首次揭示了碳酸盐岩风化通过调控溶解无机碳（DIC）增强河流氮同化吸收的作用机制。这一发现不仅加深了地质背景对河流碳氮耦合循环和其他生物地球化学过程的控制作用的理解，更为全球河流生态治理和碳中和目标提供了全新视角。
文章题目
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.
原文链接
https://doi.org/10.1038/s41561-025-01680-w
从珠江全流域多季节的系统考察，到与印尼布拉维亚大学合作开展的马朗地区河流采样，香港科技大学（广州）刘易教授团队历时数月收集有关河流和地下水质的第一手数据，以探究流域生物地球化学循环的奥秘。团队凭借来之不易的宝贵数据，依托香港科技大学（广州）的交叉学科研究枢纽，粤港澳大湾区的科研协同优势，与深圳、香港等地高校加强交流与合作，形成了“大尺度”“多地区”“重实践”“学科交叉”的研究特色。科学麦田的丰收，永远属于那些在风雨中执着播种的守望者，刘易教授团队以步履丈量江河、以协作打破学科边界，终于在耕耘中抵达了新的坐标。
图1. 珠江流域地质背景与溶解无机碳（DIC）浓度空间分布图
颠覆传统认知：
DIC限制作用的首次发现
在过去的研究中，科学界普遍认为河流生态系统中氮（N）和磷（P）的供应是限制氮同化吸收的关键因素。然而，本研究通过对珠江流域和印度尼西亚的野外观测和培养实验以及全球数据分析，首次证实了溶解无机碳（DIC）在氮同化过程中的核心作用。研究显示，在同等太阳辐射和温度条件下，全球高碳酸盐岩区域河流中，由碳酸盐风化作用形成的高浓度溶解无机碳（DIC）可使河流系统的营养盐吸收效率和浮游植物生产效率较低碳酸盐岩区域提升。这一发现突破了传统“N-P限制理论”，揭示了“N-P-C”限制河流碳氮耦合循环的全新机制。
本文通讯作者刘易教授表示：
碳酸盐岩风化释放的DIC，通过缓冲水体碳平衡、增强光合作用效率，显著提升了河流氮的同化能力——这是此前所有模型都未考虑的机制。
图2. 地质背景影响氮同化吸收过程机制概念图
地质背景：
解开河流生物地球化学循环密码
通过全球数据分析，证实碳酸盐岩分布与河流有机氮浓度呈正相关，将溶解无机碳（DIC）纳入限制因子后，太阳辐射与温度对全球溶解有机氮的解释力明显提升。这一发现揭示了地质背景对河流生物地球化学循环的“先天塑造”作用，强调了河流生物地球化学循环对地质背景的生态响应机制。
本文第一作者博士生祁虹凯表示：
碳酸盐岩与硅酸盐岩的风化差异，本质上是地质背景深刻影响着河流的碳氮耦合循环和其他生物地球化学过程，这一机制在全球尺度上普遍存在，却长期被忽视。
图3. 全球地质背景及河流溶解无机碳对有机氮的影响
跨学科与国际合作：
从珠江到全球的科学范式革新
本研究的突破得益于跨学科交叉以及国际合作。香港科技大学（广州）作为交叉学科研究枢纽，依托粤港澳大湾区的科研协同优势，提供了串联起环境科学、数据科学、地球科学，微生物学等学科的创新链。通过与香港科技大学、南方科技大学、香港大学、印尼布拉维亚大学的密切合作，研究区域不断扩大，从中国到亚洲再到全球，才能突破局部认识，产生具有全球解释力的成果，这种“学科融通、国际合作”的模式，成为破解复杂地球系统问题的典范。
图4. 本文第一作者祁虹凯（右二）、合作作者王浩然（右一）与印尼布拉维亚大学合作作者Aditya Nugraha Putra（右三）等人交流
研究资助
本研究得到了香港特别行政区研究资助局（HK RGC）卓越研究领域计划，港澳海洋研究中心（CORE），广东省人才项目，广州市科技局市校联合项目，深圳市科创委和广东省土壤地下水污染控制重点实验室的资助。
期刊介绍
《Nature Geoscience》是一本由自然出版集团出版的同行评议的科学期刊。该期刊于2008年首次出版，每月出版一期，年发文量大约130篇，2024年影响因子为15.7。《Nature Geoscience》致力于发表地球科学领域的原创研究论文、评论和新闻报道，涵盖了地球科学的各个方面，包括地球物理学、地球化学、地质学、气候学、环境科学等。
作者介绍
第一作者：
祁虹凯，香港科技大学（广州）功能枢纽地球与海洋大气科学（EOAS）学域博士研究生，主要研究方向为流域水文地质及碳氮循环。已发表国际期刊论文5篇（其中以第一作者发表4篇）。
通讯作者：
刘易，香港科技大学（广州）助理教授，副研究员，博士生导师，美国地球物理联合会会员，欧洲地球科学联合会会员，港澳海洋研究中心会员，国际水资源学会(IWRA)中国委员会地下水专委会委员、Frontiers in Marine Science客座编辑。主要致力研究地下水-地表水和陆地-海洋相互作用中，海岸带和潜流交换带等关键带中与水文地质和生物地球化学相关的科学问题。主持/参与了国家自然基金重点项目/面上项目，香港RGC卓越研究领域计划（Area of Excellence）和GRF项目等超过10项，在Nature Geoscience，Geophysical Research Letter, Water Research, Water Resources Research等地学顶级期刊发表论文超过35篇（其中第一/通讯作者文论超过20篇）。2024年入选广东省高端人才计划。
来源：地球与海洋大气科学学域