痕量鋁影響海洋碳循環(huán)與氣候變化研究獲進(jìn)展

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。然而，目前尚未發(fā)現(xiàn)鋁具有確切的生物學(xué)功能。鋁在淡水和土壤中的濃度可達(dá)mmol/L，相較而言，海水中溶解鋁的濃度要低幾個(gè)數(shù)量級，常處于痕量水平。

 

中國科學(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)室研究團(tuán)隊(duì)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(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(rèn)為，南大洋浮游植物生長受鐵限制，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。研究人員發(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。研究團(tuán)隊(duì)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。根據(jù)鐵鋁假說，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)測南大洋等受鐵限制的高營養(yǎng)鹽低葉綠素海域是開展鋁施肥及鐵鋁同時(shí)施肥的理想?yún)^(qū)域。然而，在大規(guī)?，F(xiàn)場施肥實(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是硅藻的生長，是需要解答的關(guān)鍵問題之一。

 

近日，該研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合德國赫姆霍茲基爾海洋研究中心、英國帝國理工學(xué)院、加拿大國立科學(xué)研究院等，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(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、光合效率和生長率。該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(fù)排放技術(shù)研究提供了重要基礎(chǔ)。

 

相關(guān)研究成果以Promoting effects of aluminum addition on chlorophyll biosynthesis and growth of two cultured iron-limited marine diatoms為題，發(fā)表在《湖沼與海洋》（Limnology and Oceanography）上。研究工作得到國家留學(xué)基金、廣東省自然科學(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)等的支持。