灣區(qū)時(shí)訊 近日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LMB）研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合多家單位在痕量鋁影響海洋碳循環(huán)與氣候變化研究中取得新進(jìn)展。相關(guān)成果以“Promoting effects of aluminum addition on chlorophyll biosynthesis and growth of two cultured iron-limited marine diatoms”為標(biāo)題發(fā)表在《湖沼與海洋》（Limnology and Oceanography）上，研究員譚燁輝和副研究員周林濱為論文共同通訊作者。

鋁是地殼中含量最高的金屬元素，普遍存在于各種環(huán)境與生物體中。然而，目前尚未發(fā)現(xiàn)鋁具有確切的生物學(xué)功能，這是一個(gè)長(zhǎng)期未解之謎。鋁在淡水和土壤中的濃度可達(dá)mmol/L，相比較而言，海水中溶解鋁的濃度則要低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，常處于痕量水平。

南海海洋所研究團(tuán)隊(duì)從十多年前開(kāi)始關(guān)注鋁添加對(duì)海洋浮游植物生長(zhǎng)的影響，開(kāi)展了一系列現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)痕量鋁添加可促進(jìn)海洋浮游植物固碳，增強(qiáng)生源碳向深海輸出、埋藏封存，從而影響海洋碳匯效能，進(jìn)而調(diào)節(jié)氣候變化。有證據(jù)表明，過(guò)去80萬(wàn)年，通過(guò)沙塵沉降輸入到南大洋的鋁與鐵通量與冰期-間冰期氣候回旋存在密切關(guān)聯(lián)。通常認(rèn)為，南大洋浮游植物生長(zhǎng)受鐵限制，鐵輸入的變動(dòng)被認(rèn)為是調(diào)節(jié)碳匯與氣候變化的關(guān)鍵因子。研究團(tuán)隊(duì)的工作則發(fā)現(xiàn)，鋁與鐵協(xié)同作用，很可能是南大洋等海域碳輸出、埋藏的關(guān)鍵，因而提出了“鐵鋁假說(shuō)”，指出鋁與鐵一樣，可能是調(diào)控海洋碳循環(huán)和碳匯形成的關(guān)鍵因子，在冰期-間冰期氣候變化過(guò)程發(fā)揮重要作用（圖1）。

圖1.鐵鋁假說(shuō)示意圖。引自（周林濱等, 2023）。自然鐵施肥過(guò)程如(但不限于)沙塵氣溶膠沉降不僅向海洋輸入鐵(Fe)還帶來(lái)鋁(Al)。Al一方面提高海洋浮游植物利用溶解有機(jī)磷(DOP)、Fe和N₂(固氮)效率，增加上層海洋固碳；另一方面降低生源碳分解速率，提高碳向深海輸出、封存，增強(qiáng)海洋碳匯能力，從而影響氣候變化，在地球歷史時(shí)期和現(xiàn)代氣候變化過(guò)程中發(fā)揮著重要作用

自2018年提出“鐵鋁假說(shuō)”以來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)持續(xù)探索求證，不斷完善假說(shuō)的理論詳釋。通過(guò)放射性碳同位素示蹤方法，證實(shí)痕量鋁添加顯著提高硅藻凈固碳量，降低顆粒有機(jī)碳分解速率，為鋁調(diào)控海洋碳輸出與封存的觀點(diǎn)提供了關(guān)鍵證據(jù)（Zhou et al. 2021）。相關(guān)研究成果2021年也發(fā)表在《湖沼與海洋》上，獲得廣泛關(guān)注和評(píng)論報(bào)道，文章的Altmetric指數(shù)達(dá)到119，2023年入選國(guó)際湖沼與海洋學(xué)學(xué)會(huì)（ASLO）期刊2020–2021年15篇高影響力優(yōu)秀論文。

根據(jù)鐵鋁假說(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)提出“海洋鋁施肥”觀點(diǎn)，認(rèn)為這有可能發(fā)展成為潛在高效的負(fù)排放技術(shù)與方法，并預(yù)測(cè)南大洋等受鐵限制的高營(yíng)養(yǎng)鹽低葉綠素（HNLC）海域是開(kāi)展鋁施肥及鐵鋁同時(shí)施肥的理想?yún)^(qū)域（周林濱等, 2023）。然而，在大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)施肥實(shí)驗(yàn)之前，仍需要在不同時(shí)空尺度上檢驗(yàn)海洋鋁施肥的效能及其潛在環(huán)境影響。痕量鋁添加如何影響鐵限制浮游植物，尤其硅藻的生長(zhǎng)，是需要解答的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

為此，研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合德國(guó)赫姆霍茲基爾海洋研究中心（GEOMAR）、英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院、加拿大國(guó)立科學(xué)研究院（INRS）等多家單位，采用痕量金屬潔凈培養(yǎng)技術(shù)、⁵⁵Fe同位素示蹤方法，開(kāi)展了多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)痕量鋁添加可以顯著提高受鐵限制硅藻的葉綠素合成速率、光合效率和生長(zhǎng)率（圖2）。這一研究揭示了痕量鋁有益于鐵限制海洋硅藻葉綠素合成的新現(xiàn)象，為鐵鋁假說(shuō)提供了新證據(jù)，也為在南大洋等鐵限制海域開(kāi)展海洋鋁施肥負(fù)排放技術(shù)研究提供了重要基礎(chǔ)。

圖2.痕量鋁添加對(duì)鐵限制與鐵充足條件下威氏海鏈藻（T. weissflogii）和假微型海鏈藻（T. pseudonana）葉綠素合成與生長(zhǎng)的影響

本研究得到了廣東省自然科學(xué)基金、國(guó)家留學(xué)基金、南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州）人才團(tuán)隊(duì)引進(jìn)重大專項(xiàng)、南海海洋所自主部署項(xiàng)目等資助。

相關(guān)論文信息：Linbin Zhou, Fengjie Liu, Eric P. Achterberg, Anja Engel, Peter G.C. Campbell, Claude Fortin, Liangmin Huang, Yehui Tan. 2024. Promoting effects of aluminum addition on chlorophyll biosynthesis and growth of two cultured iron-limited marine diatoms. Limnology and Oceanography, doi: 10.1002/lno.12558.

周林濱, 黃良民, 譚燁輝. 2023. 鐵鋁假說(shuō)與海洋鋁施肥增匯潛力展望. 熱帶海洋學(xué)報(bào)42(3): 1-18.

Linbin Zhou, Fengjie Liu, Qingxia Liu, Claude Fortin, Yehui Tan, Liangmin Huang, Peter G. C. Campbell. 2021. Aluminum increases net carbon fixation by marine diatoms and decreases their decomposition: Evidence for the iron–aluminum hypothesis. Limnology and Oceanography 66(7): 2712-2727.

通訊員/謝文燕 王沐眾 徐曉璐

責(zé)任編輯/劉秀