地球科学进展

地球科学进展 ›› 2023, Vol. 38 ›› Issue (7): 703 -714. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2023.036

综述与评述 上一篇    下一篇

造礁珊瑚骨骼氮同位素研究进展
王银 1 , 2 , 3( ), 谢露华 1 , 2( )   
  1. 1.中国科学院广州地球化学研究所，同位素地球化学国家重点实验室，广东 广州 510640
    2.中国 科学院深地科学卓越创新中心，广东 广州 510640
    3.中国科学院大学，北京 100049
  • 收稿日期:2023-04-06 修回日期:2023-05-31 出版日期:2023-07-10
  • 通讯作者: 谢露华 E-mail:wangyin@gig.ac.cn;lhxie@gig.ac.cn
  • 基金资助:
    广州市科技计划项目“流溪河上游至珠江广州段河水硫酸盐和硝酸盐源汇的多种同位素示踪”(201804010344);国家自然科学基金项目“硫酸根三氧同位素激光氟化—质谱仪在线测试技术及应用于珠江河水硫酸根示踪研究”(41673009);“滨珊瑚年分辨率地球化学指标的古气候意义评估”(41203067)

Research Progress on Nitrogen Isotope Study in Reef-building Coral Skeleton

Yin WANG 1 , 2 , 3( ), Luhua XIE 1 , 2( )   

  1. 1.State Key Laboratory of Isotope Geochemistry, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China
    2.CAS Center for Excellence in Deep Earth Science, Guangzhou 510640, China
    3.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • Received:2023-04-06 Revised:2023-05-31 Online:2023-07-10 Published:2023-07-19
  • Contact: Luhua XIE E-mail:wangyin@gig.ac.cn;lhxie@gig.ac.cn
  • About author:WANG Yin (1999-), female, Wuhan City, Hubei Province, Master student. Research area includes isotope geochemistry. E-mail: wangyin@gig.ac.cn
  • Supported by:
    the Guangzhou Science and Technology “Multi-isotopes trace the sources and sinks of river sulfate and nitrate from upstream of Liuxi River to the station of Guangzhou”(201804010344);The National Natural Science Foundation of China “Sulfate triple oxygen isotopes online analysis on laser fluorination coupled with IRMS and applications in tracing sulfate in river water of Pearl River”(41673009);“Evaluate the meaning of yearly resolution geochemical proxies reconstructing paleoclimate by Porities coral”(41203067)
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造礁珊瑚这一生物碳酸岩作为珊瑚礁生态系统的主体，具有对环境变化十分敏感、文石骨骼年际生长纹层清晰、年生长率高、易于精准定年、能够可靠记录其生长环境变化等特点，是研究环境变化的重要载体之一。由于人类对沿海的过度开发，近几十年来，全球范围内的珊瑚在不断退化。氮作为营养元素之一，能够用作了解珊瑚生命生长活动的指标，氮同位素（δ15N）能很好地反映氮源变化和氮的生物地球化学循环，如记录近岸氮排放和氮循环等。国内外已经发表了较多关于珊瑚骨骼δ15N的研究，但尚缺少综述性文章。从氮源示踪、氮循环和骨骼δ15N测试手段综述造礁珊瑚骨骼δ15N的研究现状，认为目前多数研究集中在珊瑚记录氮源变化历史方面，且主要关注人为因素对珊瑚生态系统的影响。未来应该发挥珊瑚骨骼δ15N示踪的能力，开展更多不同海域和不同时间尺度的珊瑚骨骼δ15N研究，探索建立新的测试技术，结合其他地球化学指标以区分生理信号和环境信号的重叠。这对利用珊瑚骨骼δ15N重建古海洋环境和研究现今的环境污染问题都有着重要意义。

关键词: 造礁珊瑚, 生态系统, 氮同位素, 氮源, 氮循环

Reef-building coral, as a biological carbonate and the main body of coral reef ecosystems, is sensitive to environmental changes, has a clear annual growth layer of aragonite skeleton, a large annual growth rate, is easy to date accurately, and can record changes in their growth environment reliably; hence, it is considered an essential carrier for studying environmental changes. Coral has been degraded worldwide in recent decades due to human overexploitation of the coast. Nitrogen is one of the major nutritional elements used to understand coral growth. Nitrogen isotopes can reflect variations in nitrogen sources and biogeochemical cycles, such as recording nearshore nitrogen loading and nitrogen cycles. Many studies on nitrogen isotopes in coral skeletons have been published worldwide; however, relevant reviews are still lacking. In this study, we focused on coral nitrogen source tracing, the nitrogen cycle, and nitrogen isotope analysis. Currently, most studies have been conducted on the history of variations in coral nitrogen sources and have mainly focused on the impact of human activities on coral ecosystems. In the future, coral skeleton δ15N should be utilized to conduct more research on coral skeleton δ15N in different seas and at different time scales and to explore new analytical techniques to distinguish the overlap of physiological and environmental signals in combination with other geochemical indicators, which is of great significance for the reconstruction of the paleoceanographic environment and research on current environmental pollution problems.

Key words: Reef-building coral, Ecosystem, Nitrogen isotope, Nitrogen source, Nitrogen cycle

中图分类号: 

表1 珊瑚样品信息和 δ15N数据统计
Table 1 Coral sample information and δ 15N data statistics
地区 珊瑚岩芯 珊瑚种属 经纬度 研究时段 δ15N/‰ δ15N

参考

文献
变化主因
近岸 Bail Ame Porites sp. 115.6°E， 8.3°S 1970—2001年 4.8±0.3 化肥 ［ 28 ］
Bail Sanur Porites sp. 115.2°E， 8.6°S 1970—2001年 8.5±0.4 污水 ［ 28 ］
Hong Kong HK001 Porites sp. 114.3°E， 22.3°N 1980—2007年 11.5±0.6 污水 ［ 62 ］
Todoroki Coral-2 Porites sp. 124.1°E， 24.4°N 1958—2010年 4.9±0.2 化肥 ［ 63 ］
Guam GMTO14 Porites sp. 144.7°E， 13.3°N 1958—2014年 7.4±0.3 污水 ［ 64 ］
Rarotonga Muri Porites sp. 159.7°W， 21.3°S 1960—2014年 7.1±2.5 含水层反硝化作用 ［ 65 ］
Rarotonga Avarua Reef Porites sp. 159.8°W， 21.2°S 1880—2014年 6.7±2.5 含水层反硝化作用 ［ 65 ］
近海 Bermuda Hog Reef Diploria labyrinthiformis 64.8°W， 32.4°N 1880—2012年 3.8±0.5 硝酸盐 ［ 30 ］
GBR Magnetic Island Porites sp. 146.9°E， 19.2°S 1820—1987年 6.8±0.3 硝酸盐 ［ 66 ］
Tatsukushi — Porites sp. 132.8°E， 32.7°N 1859—2008年 7.2±0.2 硝酸盐 ［ 67 ］
GBR Havannah Porites sp. 146.5°E， 18.8°S 1680—2012年 6.0±0.7 固氮作用 ［ 68 ］
DongSha Atoll Porites sp. 116.8°E， 20.6°N 1968—2013年 7.2±0.7 化石燃料 ［ 69 ］
图1 珊瑚研究区域
Fig. 1 The location of coral research
图2 近岸珊瑚骨骼δ15N年代变化
黑色虚线代表显著人为活动的开始时间
Fig. 2 Interannual variation of near-shore coral skeletal δ15N
The black dotted line represents the start time of the intensive human activities
图3 近海珊瑚骨骼δ15N年代变化
黑色虚线指示变化趋势
Fig. 3 Interannual variation of offshore coral skeletal δ15N
The black dotted line indicates the trend of change
图4 发表的长序列珊瑚骨骼δ15N的统计图
Fig. 4 Statistical figure of published long-serial coral skeletal δ15N
图5 珊瑚骨骼δ15N分析流程图
Fig. 5 Analysis flow chart of coral skeletal δ15N
表2 珊瑚骨骼 δ15N分析方法对比
Table 2 Comparison of analysis methods for coral skeleton δ 15N
分析方法 直接分析法 分步加热法 还原法
微生物还原法 叠氮化钠还原法
样品用量/mg >750 35 5~10 5~10
精度/‰ 0.4 1.0 0.2 0.2
优点 步骤少，操作简单 灵敏度较高；样品需求量相对较少 灵敏度高；样品需求量少，精度高 灵敏度高；精度也高
缺点 骨骼样品需求量高；处理过程存在氮损耗，精确度不高 精度相对较低；费力需要多步骤 培养微生物花费时间较长，较为费时费力 使用有毒化学品，污染环境
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