痕量鋁影響海洋碳循環與氣候變化研究獲進展

鋁是地殼中含量最高的金屬元素，普遍存在于各種環境與生物體。然而，目前尚未發現鋁具有確切的生物學功能。鋁在淡水和土壤中的濃度可達mmol/L，相較而言，海水中溶解鋁的濃度要低幾個數量級，常處于痕量水平。

 

中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態重點實驗室研究團隊從十多年前開始關注鋁添加對海洋浮游植物生長的影響，開展了一系列現場和室內實驗研究，發現痕量鋁添加可促進海洋浮游植物固碳，增強生源碳向深海輸出、埋藏封存，從而影響海洋碳匯效能，進而調節氣候變化。有證據表明，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聯。通常認為，南大洋浮游植物生長受鐵限制，鐵輸入的變動被認為是調節碳匯與氣候變化的關鍵因子。研究人員發現，鋁與鐵協同作用，很可能是南大洋等海域碳輸出、埋藏的關鍵，因而提出了“鐵鋁假說”，指出鋁與鐵一樣，可能是調控海洋碳循環和碳匯形成的關鍵因子，在冰期-間冰期氣候變化過程發揮重要作用。研究團隊證實痕量鋁添加顯著提高硅藻凈固碳量，降低顆粒有機碳分解速率。根據鐵鋁假說，研究團隊提出“海洋鋁施肥”觀點，認為這有可能發展成為潛在高效的負排放技術與方法，并預測南大洋等受鐵限制的高營養鹽低葉綠素海域是開展鋁施肥及鐵鋁同時施肥的理想區域。然而，在大規?，F場施肥實驗之前，仍需要在不同時空尺度上檢驗海洋鋁施肥的效能及其潛在環境影響。痕量鋁添加如何影響鐵限制浮游植物尤其是硅藻的生長，是需要解答的關鍵問題之一。

 

近日，該研究團隊聯合德國赫姆霍茲基爾海洋研究中心、英國帝國理工學院、加拿大國立科學研究院等，采用痕量金屬潔凈培養技術、55Fe同位素示蹤方法，開展了多項實驗，發現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象，為鐵鋁假說提供了新證據，也為在南大洋等鐵限制海域開展海洋鋁施肥負排放技術研究提供了重要基礎。

 

相關研究成果以Promoting effects of aluminum addition on chlorophyll biosynthesis and growth of two cultured iron-limited marine diatoms為題，發表在《湖沼與海洋》（Limnology and Oceanography）上。研究工作得到國家留學基金、廣東省自然科學基金、南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）人才團隊引進重大專項等的支持。