近日，维多利亚老品牌vic3308近海海洋环境科学国家重点实验室、海洋与地球学院修鹏教授和柴扉教授团队与自然资源部第二海洋研究所马文涛研究员等合作，在北太平洋溶解铁和常量营养盐的输送收支差异方面取得新的研究进展，相关成果以“Contrasting supply dynamics of dissolved iron and nitrate shape the biogeography of nutrient-limiting conditions in the North Pacific”为题发表于Geophysical Research Letters.
北太平洋典型的生态格局可以分为亚北极地区的高营养盐低叶绿素区（HNLC）和副热带流涡区（NPSG）的低营养盐低叶绿素区（LNLC）。在HNLC区，虽然有充足的常量营养盐（如硝酸盐、磷酸盐等），但浮游植物的生长受到了痕量元素铁的限制；在LNLC区，层化限制了海洋次表层向表层输送常量营养盐，固氮微生物因其可以从大气中固定氮而具备生长优势，但其生长同时也受到了铁元素的限制。因此，铁是调控北太平洋浮游植物光合作用和固氮作用的关键元素。虽然近期的研究指出铁与氮的供给比例（Fe：N）是导致LNLC区高固氮状态的关键因子，但对于影响铁氮供给比的主导动力机制并不清楚。
本研究使用了涡分辨率的区域海洋物理-生态耦合模式ROMS-CoSiNE-Fe，较准确地刻画了北太平洋溶解铁浓度的时空分布（图1）。通过探索溶解铁和硝酸盐以及磷酸盐在北太平洋的输运方式，揭示侧向输送和大气沉降是铁输送到NPSG真光层的主要途径；而在亚北极区，大气沉降和垂直上升流则是铁的主要输送机制（图2）。
图1. 溶解铁模拟与观测结果对比（单位：nM）。（a）表层溶解铁浓度；（b-e）S1, K2, OSP, ALOHA站位溶解铁垂向剖面。
图2.（a-f）真光层内侧向平流(Hadv),垂向平流（Hadv）对溶解铁的输送通量，其中，Total表示总的输送通量，Mean表示平均流场的输送通量，Eddy表示涡旋的输送通量；（g-h）NPSG和亚北极区不同物理过程对溶解铁的输送通量
对比溶解铁与硝酸盐的输送，结果显示在亚北极HNLC区通过垂向输送的硝酸盐通量更大，显著降低了该区域的铁氮供给比例，而垂向输送的硝酸盐通量对NPSG区铁氮供给比的影响则不显著（图3）。这些关键过程导致了NPSG内具有较高的铁氮供给比，而亚北极和北赤道流（NEC）地区的铁氮供给比率较低。铁氮供给的空间分布最终导致了NPSG高固氮和亚北极地区低固氮，同时亚北极地区浮游植物的生长又受到铁限制的这种生态格局。
图3. 北太平洋真光层铁氮供应比例（μmol:mmol）。(a)大气沉降和水平平流（Hadv）, 水平混合（Hdiff）, 垂向平流（Vadv）, 垂向混合（Vdiff）贡献总和；（b）Hadv和大气沉降贡献。（c）Hadv, Vadv和大气沉降贡献。
论文第一作者为近海海洋环境科学国家重点实验室（维多利亚老品牌vic3308）高级访问学者、自然资源部第二海洋研究所马文涛研究员，通讯作者为维多利亚老品牌vic3308修鹏教授，合作作者包括海洋二所硕士研究生赵子荟、王云涛研究员，中国海洋大学王涛副教授，珠江南海局监测与科研中心梁博高工和维多利亚老品牌vic3308柴扉教授。该研究获得科技部重点研发计划、国家自然科学基金、MEL访问学者基金和东海实验室开放基金等的联合资助。
Ma, W., Z. Zhao, T. Wang, B. Liang, Y. Wang, P. Xiu*, and F. Chai, 2024, Contrasting supply dynamics of dissolved iron and nitrate shape the biogeography of nutrient-limiting conditions in the North Pacific, Geophysical Research Letters, 51, e2024GL111335.
http://dx.doi.org/10.1029/2024GL111335
