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    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(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)現鋁具有確切的生物學(xué)功能，這是一個(gè)長(cháng)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(gè)數量級，常處于痕量水平。

南海海洋所研究團隊從十多年前開(kāi)始關(guān)注鋁添加對海洋浮游植物生長(cháng)的影響，開(kāi)展了一系列現場(chǎng)和室內實(shí)驗研究，發(fā)現痕量鋁添加可促進(jìn)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(jìn)而調節氣候變化。有證據表明，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)。通常認為，南大洋浮游植物生長(cháng)受鐵限制，鐵輸入的變動(dòng)被認為是調節碳匯與氣候變化的關(guān)鍵因子。研究團隊的工作則發(fā)現，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(shí)期和現代氣候變化過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)重要作用

自2018年提出“鐵鋁假說(shuō)”以來(lái)，研究團隊持續探索求證，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(zhù)提高硅藻凈固碳量，降低顆粒有機碳分解速率，為鋁調控海洋碳輸出與封存的觀(guān)點(diǎn)提供了關(guān)鍵證據（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指數達到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，團隊成員受邀出席2023水科學(xué)大會(huì )（Aquatic Sciences Meeting）“高影響論文作者專(zhuān)題”，報告鐵鋁假說(shuō)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(lái)自ASLO期刊的高影響力作者”的虛擬專(zhuān)輯，進(jìn)一步肯定了相關(guān)工作對研究領(lǐng)域的貢獻。?

根據鐵鋁假說(shuō)，研究團隊提出“海洋鋁施肥”觀(guān)點(diǎn)，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(yíng)養鹽低葉綠素（HNLC）海域是開(kāi)展鋁施肥及鐵鋁同時(shí)施肥的理想區域（周林濱等,2023）。然而，在大規?，F場(chǎng)施肥實(shí)驗之前，仍需要在不同時(shí)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(cháng)，是需要解答的關(guān)鍵問(wèn)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(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技術(shù)、⁵⁵Fe同位素示蹤方法，開(kāi)展了多項實(shí)驗，發(fā)現痕量鋁添加可以顯著(zhù)提高受鐵限制硅藻的葉綠素合成速率、光合效率和生長(cháng)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象，為鐵鋁假說(shuō)提供了新證據，也為在南大洋等鐵限制海域開(kāi)展海洋鋁施肥負排放技術(shù)研究提供了重要基礎。

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(cháng)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)驗室（廣州）人才團隊引進(jìn)重大專(zhuān)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(shuō)與海洋鋁施肥增匯潛力展望. 熱帶海洋學(xué)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.?