廈門大學(xué)教授史大林團(tuán)隊(duì)基于在西北太平洋副熱帶流渦區(qū)開展的高分辨率觀測，定量分析了固氮生物群落的豐度、結(jié)構(gòu)和固氮速率，進(jìn)而應(yīng)用廣義加性模型刻畫的優(yōu)勢固氮藍(lán)藻的生態(tài)位特征預(yù)測了其在全球海洋的主要分布格局，首次系統(tǒng)性地評估了單細(xì)胞固氮藍(lán)藻UCYN-B的全球固氮通量，揭示了其對海洋固氮的重要貢獻(xiàn)。日前，相關(guān)研究成果發(fā)表于《國家科學(xué)評論》。
史大林團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)，單細(xì)胞固氮藍(lán)藻UCYN-B在NPSG西部呈高豐度分布，這不同于主導(dǎo)ALOHA站的固氮類群。盡管UCYN-B的固氮能力已被證實(shí)，但其在全球海洋中的高豐度分布卻鮮有報(bào)道。因此，UCYN-B的全球分布格局、環(huán)境調(diào)控機(jī)制以及固氮貢獻(xiàn)，因采樣不足而缺乏系統(tǒng)評估。這一認(rèn)知空白可能導(dǎo)致全球固氮通量被系統(tǒng)性低估，進(jìn)而影響海洋碳匯評估的準(zhǔn)確性。
史大林在西北太平洋開展海盆尺度高分辨率觀測。基于15N2穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)，測定海區(qū)夏季水柱積分固氮速率高達(dá)199–821 μmol N m-2d-1，與全球固氮熱點(diǎn)海區(qū)相當(dāng)。通過分粒徑固氮速率測定、宏基因組與固氮酶nifH功能基因測序，首次證實(shí)單細(xì)胞固氮藍(lán)藻UCYN-B在西北太平洋占據(jù)絕對優(yōu)勢。nifH基因qPCR定量結(jié)果進(jìn)一步表明，UCYN-B在高固氮速率站位豐度占比高達(dá)67%-99%，且其水柱積分豐度與固氮速率的時(shí)空分布高度吻合。結(jié)合已報(bào)道的nanoSIMS定量的單細(xì)胞固氮速率評估發(fā)現(xiàn)，UCYN-B貢獻(xiàn)了約90%研究海區(qū)的固氮量，是驅(qū)動西北太平洋副熱帶流渦區(qū)生物固氮的關(guān)鍵物種。
研究證實(shí)UCYN-B主導(dǎo)并驅(qū)動了西北太平洋海盆尺度的高固氮速率，表明其可能在類似寡營養(yǎng)海域廣泛分布并貢獻(xiàn)固氮。研究結(jié)果表明，UCYN-B驅(qū)動的高固氮速率被以往全球固氮模型嚴(yán)重低估。估算結(jié)果顯示，區(qū)域貢獻(xiàn)：UCYN-B在西北太平洋貢獻(xiàn)固氮通量達(dá)5.2–7.2 Tg N yr-1；全球潛力：UCYN-B主導(dǎo)海區(qū)（西北太平洋、西南太平洋、西印度洋、南大西洋）共可貢獻(xiàn)固氮通量達(dá)10.8–15.0TgNyr-1，相當(dāng)于當(dāng)前全球海洋固氮通量的約20%。尤其在印度洋，估算UCYN-B的固氮通量（3.4–4.8 Tg N yr-1）可達(dá)以往該區(qū)域固氮通量估值的10倍，占印度洋總固氮量的45–52%，突顯了UCYN-B的重要貢獻(xiàn)，反映出以往模型的局限性。
該研究揭示了單細(xì)胞固氮藍(lán)藻UCYN-B主導(dǎo)并驅(qū)動西北太平洋海盆尺度的生物固氮過程，首次預(yù)測并量化評估了UCYN-B主導(dǎo)海域的固氮通量，強(qiáng)調(diào)了UCYN-B在全球海洋固氮中被忽略的關(guān)鍵作用，并指出以往固氮模型低估了其重要貢獻(xiàn)。該研究基于廣義加性模型構(gòu)建的生態(tài)位模型框架，能有效解析環(huán)境因子對固氮藍(lán)藻豐度的調(diào)控機(jī)制，并模擬其全球分布格局，為預(yù)測氣候變化下海洋生物固氮格局的演變提供了關(guān)鍵參數(shù)與理論基礎(chǔ)。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf337
本文鏈接：科學(xué)家首次評估單細(xì)胞固氮藍(lán)藻的全球固氮通量http://www.sq15.cn/show-11-25240-0.html
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