近日，廈門大學海洋與地球學院、近海海洋環境科學國家重點實驗室戴民漢教授領銜的海洋碳循環研究組（OCG）與國內外合作者以“Potential drivers and consequences of regional phosphate depletion in the western subtropical North Pacific”為題在海洋學權威期刊Limnology and Oceanography Letters發表最新研究成果。該研究綜合現場觀測、船載培養、衛星遙感及數值模擬等手段，系統揭示了亞熱帶西北太平洋區域性磷匱乏的潛在形成機制與生態效應，為預測未來大氣沉降增強對相關海洋生物地球化學過程的影響提供了理論基礎。

研究背景 Background

在全球絕大多數低緯度海區，浮游植物的生長主要受到氮限制。但在某些局地區域，表層磷酸鹽濃度亦能低到形成氮、磷共限制的狀態。已有研究表明，反硝化作用、生物固氮作用和大氣氮沉降等均能調控磷酸鹽的分布，且生物在磷酸鹽缺乏的情況下會產生一系列的應激反應，如采用不含磷的組分取代磷脂、吸收利用還原態的磷（+3價）、上調堿性磷酸酶（水解溶解有機磷并釋放磷酸鹽）活性等。亞熱帶西北太平洋流渦區因其表層營養鹽濃度極低而被稱為“海洋荒漠”。受傳統營養鹽測試方法檢測限較高的限制，迄今對該海區表層磷酸鹽空間分布格局、控制機制及其對浮游植物影響的認識仍相當匱乏。

研究結果 Research Results

該研究基于低濃度營養鹽檢測方法，首次獲得了亞熱帶西北太平洋流渦區高精度表層磷酸鹽數據。結果表明，該區域磷酸鹽北低南高，呈現與固氮速率（北高南低）相反的經向分布特征。結合模型與實測的海洋表層鐵濃度結果，揭示了大氣沉降鐵的輸入可能是導致兩者經向差異的主因，即北部較高的大氣鐵沉降支撐了較高的固氮速率，并造成更多的磷酸鹽被消耗而形成磷匱乏（圖1）。

進一步通過營養鹽添加培養實驗發現，調查海區的浮游植物生長主要受氮限制；而在磷匱乏的北部區域，浮游植物生長同時還受到磷限制，水體中活性較強的堿性磷酸酶也指示了N-P共限制狀態；但是，該限制狀態在添加事先收集的氣溶膠顆粒時能得到較大程度的緩解，表明大氣沉降能有效促進浮游植物的生長。

生物固氮作用和大氣氮沉降是表層海洋外源氮的主要來源，但兩個過程幾乎不提供外源磷，導致浮游植物吸收外源氮時又降低海洋表層原有的磷酸鹽濃度，磷脅迫進一步加劇，最終使得浮游植物更多地依賴溶解有機磷等內生磷的循環來滿足自身的磷需求。值得注意的是，盡管生物固氮和大氣氮沉降均會造成磷酸鹽濃度的降低且在短期內存在協同作用，但如果大氣沉降的氮通量持續增加，固氮生物將會因與非固氮生物競爭有限的磷和鐵而失去優勢，固氮速率減弱，進而造成這兩個過程的解耦。

圖研究區域及表層營養鹽等參數的經向分布

研究團隊及資助 Research Group and Funding

該論文第一作者為廈門大學海洋與地球學院博士生袁忠偉，通訊作者為戴民漢教授，共同作者還包括德國亥姆霍茲基爾海洋研究中心（GEOMAR）Thomas Browning博士、上海交通大學張瑞峰教授、復旦大學陳瑩教授、海南大學杜川軍博士、廈門大學碩士生王承望、博士生汪燕敏、劉志宇教授、柳欣教授和史大林教授。該研究獲得國家自然科學基金重大項目“海洋荒漠生物泵固碳機理及增匯潛力” （41890804）和重點項目“中尺度氣旋式渦旋作用下有機碳與生源硅輸出通量的動態變化與耦合：渦旋演化與亞中尺度過程的重要性”（41730533）的聯合資助。作者袁忠偉獲得近海海洋環境科學國家重點實驗室海洋環境創新型人才國際合作培養項目（202106310003）的支持。

論文來源：Yuan, Z., Browning, T.J., Zhang, R., Wang, C., Du, C., Wang, Y., Chen, Y., Liu, Z., Liu, X., Shi, D. and Dai, M. (2023), Potential drivers and consequences of regional phosphate depletion in the western subtropical North Pacific. Limnol. Oceanogr. Lett.

https://doi.org/10.1002/lol2.10314

供稿：袁忠偉、孟菲菲

編輯：劉琰冉、蘇穎

審核：曹知勉、劉志宇、唐騰鳳