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浮游植物生物多样性和化学计量可塑性影响了海洋养分和碳循环

编译者:liguiju发布时间:Jul 19, 2021点击量:310 来源栏目:科研动态

悬浮颗粒有机物的浓度和元素比例影响海洋中的许多生物地球化学过程,包括浮游植物营养限制的模式和碳、氮、磷循环之间的联系。由于化学计量比在理解初级生产、碳输出和营养层次之间的相互联系的全球格局中发挥着核心作用,海洋浮游植物元素化学计量学在过去十年中从观测和理论角度获得了大量的新关注。80年前,Alfred C. Redfield观察到海洋沉积物颗粒有机碳(C)、氮(N)和磷(P)的平均比例在106:16:1,即著名的Redfield Ratio。Redfield Ratio极大地推动了人们对海洋生物地球化学循环的理解。Redfield假设,这种全球平均状态是由于浮游植物的化学计量偏好导致的下沉颗粒物的再矿化,但没有排除浮游植物群落选择和(或)氮循环反馈的区域性模式。随着数据的积累,Redfield Ratio的一致空间模式已经出现,尽管其背后机制仍在争论中。

毕格罗海洋科学实验室(Bigelow Laboratory for Ocean Sciences)领导的一项最新研究,对跨越几个海洋盆地的广泛环境条件下离散浮游植物种群的细胞营养含量和化学计量比进行了直接测量。结果表明,浮游植物细胞中C/P和N/P比值与浮游植物的垂直硝酸盐/磷酸盐通量呈正相关,蓝藻始终高于真核生物,但有一个明显的例外,在营养丰富的秘鲁上涌区,聚球菌的C/P和N/P比值与真核生物相似。这一观察结果表明,尽管基线化学计量比是分类关联的,但细胞的比例不是固定的,而是根据当地环境,特别是营养输入而调整。这种调节是纯粹来自于生理可塑性,还是来自于显性基因型的变化,仍有待解决。环境光照水平和温度并不是一致的环境驱动因素,只有元素/分类组合的一个子集与这些环境变量显著相关。与之形成鲜明对比的是,在整个营养线的透光区中,硝酸盐:磷酸盐的混合比例与几乎所有的元素/细胞含量和化学计量比相关。这突出表明,对当地营养供应的生理适应对于理解细胞常量营养素含量和化学计量比的差异具有重要性,而且原核和真核类群之间的适应程度可能有所不同。在北大西洋营养丰富、磷胁迫的生物群落中,他们发现分类组成和环境适应的组合最好地预测大块颗粒有机物组成,但在氮胁迫的热带北太平洋中并未发现这一现象。研究结果表明,浮游生物多样性和可塑性在某些地区控制海洋养分和碳循环之间的联系中发挥着核心作用。(熊萍 编译)

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