日本国立研究开发法人海洋研究开发机构（以下简称“JAMSTEC”）地球表层系统研究中心的特任研究员盐崎拓平等人发现，北冰洋的海冰减少会通过抑制硝化反应影响海洋氮循环。
氨及硝酸和亚硝酸等氮是生产海洋生物最重要的营养素。海洋中会发生对无机氮的形式进行转换的硝化反应，在此过程中由有机物分解而来的氨通过微生物的活动转化为亚硝酸和硝酸。硝化反应是海洋氮循环的核心环节，发挥着决定海洋中各种无机氮的比例的重要作用。另外，通过以往的研究已经知道，硝化反应受氨浓度、光强度和pH值控制。研究表明，近年来北冰洋的海冰融化加剧及海洋酸化可能会影响硝化反应的速度，但此前一直不清楚实际情况。
此次，研究小组利用海洋地球研究船“未来号”，在北冰洋西部楚科奇海的大陆架区和海盆区（图1），观测了硝化反应如何响应光强度和pH值。
图1：2016年（红色）和2017年（绿色）的北冰洋观测点。灰色粗线和虚线分别为100m和50m的等深线。
观测发现，硝化速度虽然会随着pH值的降低而变慢，但pH值对硝化速度的影响比光的影响小，光强度为0.11 mol photons m-2 d-1以上时，硝化反应明显受到抑制（图2a）。以0.11 mol photons m-2 d-1为光强度的阈值时，在北冰洋大陆架区和北冰洋海盆区水深约为80m以内的深度观测到了超过阈值的光强度（图3），并且观测到硝化反应受到抑制。
图2：（a）光控制实验的结果。（b）调查海域透光层内的硝化速度与光强度的关系。
图3：北冰洋大陆架区及海盆区的硝化速度垂直分布。棕色虚线是海底深度。绿色虚线是光强度为0.11 mol photons m-2 d-1时的深度。St.05、06为海底正上方的分布图，光强度在0.11 mol photons m-2 d-1以上。
研究小组实际通过卫星观测对过去20年的北冰洋光环境进行解析发现，随着海冰减少，海底部分或者水深50m处的光强度超过阈值的海域在整个北冰洋均出现扩大（图4），原因被认为是硝化反应严重受到抑制。研究认为，光在海中的传播增强，硝化反应就会受到抑制，由于氨难以被转化为硝酸，氨态氮营养盐在海中的相对量就会增加（图5）。
图4：（a）最小海冰面积与水深50m以内的海底部分或者水深50m处的光强度为0.11 mol photons m-2 d-1以上的海域（高光强度海域）总面积。（b）1998-2006年、（c）2007-2017年的高光强度海域的年度频率空间分布。灰色区域是全年均没有海冰覆盖的部分。白线为50m等深线。黑线为1998-2006年、红线为2007-2017年间出现最小海冰面积时的冰缘线。
图5：被海冰覆盖时及海冰融化时的无机氮情况。
对浮游植物来说，氨态氮能以很少的能量合成有机物，因此氨态氮相对存在量增加的变化对支撑食物链底端的低级生态系统非常有利，对食物链顶端的高级生物的生产也可能会产生巨大影响。
以前，主流意见认为人类活动造成的氮循环变化是由大量制造的氮肥和化石燃料燃烧产生的剩余氮的负荷引起的，是人口较多的中低纬度地区存在的问题。极地地区的大城市和农田比较少，人为原因对海洋造成的直接氮负荷比中低纬度地区轻。但本研究通过观测发现，北冰洋海冰的加速融化改变了光环境，由此导致氮循环发生变化。可以说，这是以前被忽视的人类活动的影响。今后需要明确抑制硝化反应会对北冰洋的氮循环和海洋生态系统产生哪些影响。
相关研究成果已于8月22日发布在美国地球物理联盟发行的学术期刊《Global Biogeochemical Cycles》上。
论文：
Factors regulating nitrification in the Arctic Ocean: Potential impact of sea ice reduction and ocean acidification
文：JST客观日本编辑部翻译整理
