近日，厦门大学海洋生物地球化学国家重点实验室、海洋与地球学院蔡平河教授团队在海洋氮循环研究领域取得重要进展，相关成果以“Rapid nitrogen removal in sandy beaches driven by periodic tidal inundations”为题发表于Limnology and Oceanography.
该研究通过创新的放射性同位素示踪方法，首次定量揭示了沙质潮间带内部由潮汐驱动的脱氮过程与通量，发现其脱氮效率显著高于有机质丰富的泥质潮滩。这项研究为准确评估海岸带氮收支、实施陆海统筹的生态系统管理提供了关键科学依据。
潮间带是连接陆地、海洋与大气的关键地带，承担着维持生物多样性、调节气候与净化污染等重要生态功能。其中，沙质潮间带占据了全球约70%的海岸线，但其生态价值长期以来被低估。传统观点认为，沙质潮间带有机质含量低，是“生物地球化学沙漠”。然而，最新研究表明，在潮汐动力驱动下，沙质潮间带内部活跃的硝化-反硝化耦合过程，使其成为一个高效的天然脱氮系统。
沙质潮间带通常由粗砂组成，渗透性高。在潮汐和波浪作用下，海水携带氧气、营养盐和有机质周期性渗入沙滩内部，创造了动态变化的氧化还原环境。这种独特的水动力条件，理论上能够支持高活性的反硝化细菌群落，促进氮的移除。然而，受传统研究方法局限，科学家们一直难以准确刻画其内部复杂的氮循环过程，也无法定量评估其作为“氮汇”的真实能力与调控机制。
为破解这一难题，研究团队致力于新型放射性同位素方法学的开发与应用。本研究创新性地利用镭-224/钍-228 （224Ra/228Th）示踪体系，真实还原了潮汐节律性淹没沙滩的动力过程，首次实现了对沙质潮间带脱氮速率的原位、准确量化。
研究结果显示，沙质潮间带的平均脱氮速率高达35 mmol N m-2 d-1，这一数值显著高于有机质丰富的泥质潮滩（4.5-11.5 mmol N m-2 d-1），证明沙质潮滩是海岸带中移除活性氮的“热点区域”，能有效消减近海人为氮污染负荷。
研究进一步阐明了其高效脱氮的动力机制（图1）。涨潮时，富氧海水渗入沙滩；退潮时，部分水体在沙滩内部继续迁移。在此过程中，微生物呼吸持续消耗氧气，孔隙水中的硝酸盐得以累积。当溶解氧降至阈值以下，反硝化作用启动并占据主导，将硝酸盐快速还原为氮气释放到大气中，从而永久性地从生态系统中移除氮元素。这一由潮汐自然驱动的过程，与污水处理中的人工脱氮工艺原理高度相似，因此可将沙质潮间带形象地比喻为一个 “天然、高效的脱氮工厂”。
图1. 沙质潮间带内部动力环流体系（蓝色箭头）与硝化-反硝化耦合过程概念图
该研究颠覆了对河口地区沙质潮间带是“生物地球化学沙漠”的传统认知，定量揭示了其作为重要氮汇的生态功能。研究成果对于实践国家“陆海统筹”战略、推进“美丽海湾”建设具有重要的科学指导意义。
在海岸带氮收支评估和污染治理策略制定中，应充分考虑沙质潮间带的这种“终端净化”生态功能。未来，可将这一生物地球化学原理与海岸带沙滩修复养护工程相结合，通过科学设计，充分发挥人工修复沙滩在削减陆源氮污染、改善近海水质方面的生态服务功能，使其成为推动海岸带生态保护与污染协同治理的重要路径。
该论文第一作者为厦门大学博士生魏琳，通讯作者为蔡平河教授和洪清泉博士。该研究获得国家自然科学基金（42376036）及福建省科技计划区域发展项目（2023N3009）等项目的资助。
Wei, L., Cai, P., Hong, Q., Wu, T., Liu, W., Cheng, Y., and Mi, P. (2026). Rapid nitrogen removal in sandy beaches driven by periodic tidal inundations. Limnology and Oceanography, 71(1), 107–123.
https://doi.org/10.1002/lno.70314
供稿：蔡平河
编辑：朱佳 苏颖
排版：黄蓝青
审核：陈能汪 李炎 曹知勉
