灣區(qū)時訊 近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點實驗室（LMB）研究團隊聯(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功能，這是一個長期未解之謎。鋁在淡水和土壤中的濃度可達mmol/L，相比較而言，海水中溶解鋁的濃度則要低幾個數(shù)量級，常處于痕量水平。

南海海洋所研究團隊從十多年前開始關(guān)注鋁添加對海洋浮游植物生長的影響，開展了一系列現(xiàn)場和室內(nèi)實驗研究，發(fā)現(xiàn)痕量鋁添加可促進海洋浮游植物固碳，增強生源碳向深海輸出、埋藏封存，從而影響海洋碳匯效能，進而調(diào)節(jié)氣候變化。有證據(jù)表明，過去80萬年，通過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)。通常認為，南大洋浮游植物生長受鐵限制，鐵輸入的變動被認為是調(diào)節(jié)碳匯與氣候變化的關(guān)鍵因子。研究團隊的工作則發(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”，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-間冰期氣候變化過程發(fā)揮重要作用（圖1）。

圖1.鐵鋁假說示意圖。引自（周林濱等, 2023）。自然鐵施肥過程如(但不限于)沙塵氣溶膠沉降不僅向海洋輸入鐵(Fe)還帶來鋁(Al)。Al一方面提高海洋浮游植物利用溶解有機磷(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，增強海洋碳匯能力，從而影響氣候變化，在地球歷史時期和現(xiàn)代氣候變化過程中發(fā)揮著重要作用

自2018年提出“鐵鋁假說”以來，研究團隊持續(xù)探索求證，不斷完善假說的理論詳釋。通過放射性碳同位素示蹤方法，證實痕量鋁添加顯著提高硅藻凈固碳量，降低顆粒有機碳分解速率，為鋁調(diào)控海洋碳輸出與封存的觀點提供了關(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)注和評論報道，文章的Altmetric指數(shù)達到119，2023年入選國際湖沼與海洋學學會（ASLO）期刊2020–2021年15篇高影響力優(yōu)秀論文。

根據(jù)鐵鋁假說，研究團隊提出“海洋鋁施肥”觀點，認為這有可能發(fā)展成為潛在高效的負排放技術(shù)與方法，并預測南大洋等受鐵限制的高營養(yǎng)鹽低葉綠素（HNLC）海域是開展鋁施肥及鐵鋁同時施肥的理想?yún)^(qū)域（周林濱等, 2023）。然而，在大規(guī)?，F(xiàn)場施肥實驗之前，仍需要在不同時空尺度上檢驗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，是需要解答的關(guān)鍵問題之一。

為此，研究團隊聯(lián)合德國赫姆霍茲基爾海洋研究中心（GEOMAR）、英國帝國理工學院、加拿大國立科學研究院（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，開展了多項實驗，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，為鐵鋁假說提供了新證據(jù)，也為在南大洋等鐵限制海域開展海洋鋁施肥負排放技術(shù)研究提供了重要基礎(chǔ)。

圖2.痕量鋁添加對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）葉綠素合成與生長的影響

本研究得到了廣東省自然科學基金、國家留學基金、南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）人才團隊引進重大專項、南海海洋所自主部署項目等資助。

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. 鐵鋁假說與海洋鋁施肥增匯潛力展望. 熱帶海洋學報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

責任編輯/劉秀