南太平洋的（微）营养限制，如何影响海洋生态系统

南太平洋是地球上最广阔、最重要的海洋区域之一，影响着全球气候系统、海洋生物多样性和初级生产。浮游植物是构成海洋食物网基础的微小植物，对营养物质供应的变化特别敏感。这使得了解营养限制不仅对于了解海洋生产力至关重要，而且对于更广泛的生态和生物地球化学过程也至关重要。氮(N)、磷(P)和微量营养素（铁、钴、锰）等营养物质的供应直接影响这些初级生产者的健康和成长，因此，营养限制研究对于预测气候变化对海洋生态系统的影响也至关重要。

营养限制在海洋生态系统中的作用

在海洋中，初级生产（主要由浮游植物利用二氧化碳和阳光产生有机化合物的过程）在很大程度上受营养物质的可用性控制。浮游植物对碳循环至关重要，因为它们通过光合作用将二氧化碳固定为有机物。因此，营养物质的限制会严重影响全球碳封存，对气候变化产生更广泛的影响。

在限制初级生产方面，研究最多的营养物质是氮(N)和磷(P)。然而，铁(Fe)、锰(Mn)、钴(Co)和锌(Zn)等微量营养素也至关重要，但由于它们在海水中的浓度较低，因此通常更难评估。在贫营养地区，例如南太平洋，这些微量营养素的可用性可能成为浮游植物生长的关键限制因素。

营养限制在空间上具有很大的可变性，受海洋环流、上升流、大气沉降和局部生物等过程的影响。在南太平洋等地区，营养物质的供应并不均衡，一些地区因深层营养丰富的水域上升流而丰富，而有些地区则以低营养条件为特征。

新的研究发现

德国基尔亥姆霍兹海洋研究中心、厦门大学近海环境科学国家重点实验室、海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室领导的一项新的研究，在南太平洋约30°S处进行的11次营养添加生物测定实验的结果，这是GEOTRACES GP21探险的一部分，这些实验旨在评估营养添加对浮游植物生长的影响，并确定营养限制的模式​​​。

研究发现，仅添加氮就刺激了所有地点的叶绿素a积累，而在东部和中部盆地补充添加铁以及在西部盆地补充添加磷酸盐后，叶绿素a的增加幅度更大。在东部和中部盆地添加氮后，铁胁迫增强，进一步表明环境铁浓度接近共同限制水平。限制性营养物质从铁到磷酸盐的连续东西向整体转移归因于铁相对于氮的可用性大规模东西向增加。

研究表明，N是南半球夏季整个南太平洋的主要限制性营养物。然而，有证据表明其他营养物正在接近共同限制水平，东部和中部盆地存在连续的Fe限制，西部存在连续的磷酸盐限制。地表水的 Fe：N供应比是建立这些梯度的关键24，并且会随着季节和气候变化而改变限制模式。

具体而言，智利近海更强的沿海上升流和/或冬季南亚热带辐合带向北迁移，预计会导致地表水的Fe：N供应率低于我们的考察期间，从而加强东部盆地的Fe（共同）限制。相反，西部气溶胶、热液或沉积物Fe供应的增强将提高Fe：N供应比，加强固氮菌的生态位，进一步降低磷酸盐，可能达到与浮游植物共同限制的水平。

思考

海洋条件的季节性和年际变化如何影响整个南太平洋的营养限制模式？微量营养素（例如钴、锰）在影响南太平洋浮游植物群落结构和初级生产力方面发挥了什么作用？营养限制与其他环境压力因素（例如温度、海洋酸化）之间的相互作用如何影响海洋生态系统？

参考文献：Haoran Liu, Zhongwei Yuan, Kathleen J. Gosnell, Te Liu, Juliane K. Tammen, Zuozhu Wen, Anja Engel, Xin Liu, Bangqin Huang, Shuh‐Ji Kao, Eric P. Achterberg & Thomas J. Browning ，Patterns of (micro)nutrient limitation across the South Pacific Ocean.  Communications Earth & Environment volume 5, Article number: 596 (2024) ，doi.s43247-024-01749-1

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