近日，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（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)從十多年前開始關(guān)注鋁添加對(duì)海洋浮游植物生長(zhǎng)的影響，開展了一系列現(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(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”，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(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)代氣候變化過程中發(fā)揮著重要作用

自2018年提出“鐵鋁假說”以來，研究團(tuán)隊(duì)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(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。同年，團(tuán)隊(duì)成員受邀出席2023水科學(xué)大會(huì)（Aquatic Sciences Meeting）“高影響論文作者專題”，報(bào)告鐵鋁假說相關(guān)研究成果。近日（3月19日），該論文被收錄進(jìn)入ASLO推出的最新一期題為“作者聚焦：來自ASLO期刊的高影響力作者”的虛擬專輯，進(jìn)一步肯定了相關(guān)工作對(duì)研究領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。?

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(cè)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(shí)施肥的理想?yún)^(qū)域（周林濱等,2023）。然而，在大規(guī)模現(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)鍵問題之一。

為此，研究團(tuán)隊(duì)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(xué)院、加拿大國立科學(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)。

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.?