氮利用效率如何影响海洋生态系统生产力，最新研究的见解

海洋生态系统在全球生物地球化学循环中发挥着关键作用，并支持碳封存、生物多样性和粮食生产等重要的生态系统服务。氮是限制许多海洋环境中初级生产的关键营养素，因此氮的可用性对海洋生产力至关重要。然而，尽管氮很重要，但我们对它如何推动整个生态系统的初级生产的理解仍然支离破碎。最近的一项研究，为氮在不同环境背景下如何影响生产力提供了新的见解。

海洋生态系统中的氮和初级生产

海洋氮循环非常复杂，涉及各种过程，例如氮固定、硝化、反硝化和氨化，这些过程共同调节浮游植物等初级生产者的氮供应。氮是合成氨基酸、蛋白质和核酸的关键元素，是海洋生物生长发育的必需营养素。然而，氮供应往往是许多海洋生态系统的限制因素，特别是在贫营养区域（如公海）或营养贫乏的水域。

浮游植物是大多数海洋食物网中的初级生产者，它们依靠氮来驱动光合作用并产生有机碳。由于营养物质可用性、温度、光照强度和生物群落结构等因素，不同生态系统中氮用于支持初级生产的效率可能存在显著差异。

氮利用效率

氮利用效率(Nitrogen use efficiency，NUE)变化是不同生态系统初级生产差异的关键因素，是了解生态系统如何响应氮可用性关键。

在海洋生态系统中，氮利用效率可定义为初级生产与氮输入的比率。较高的氮利用效率表明生态系统更有效地利用可用氮来支持初级生产，而较低的氮利用效率则表明氮利用效率较低，通常导致每单位氮的初级生产量较低。氮利用效率可能受到多种生态和环境因素的影响，包括初级生产者的组成（例如浮游植物种类）、微生物相互作用和物理条件（例如水温和营养物质可用性）。

最近的研究表明，氮利用效率不仅在特定生态系统内存在差异，而且在更广泛的生物地理区域内也存在差异。这种差异表明，氮利用效率是不同海洋生态系统生产力的关键决定因素。例如，沿海生态系统可能由于营养物频繁上涌和生物活动较多而表现出较高的氮利用效率，而开放海洋生态系统可能由于营养物贫乏和生物周转率较低而表现出较低的氮利用效率。

新的研究发现

一项新的研究通过对总氮在浮游植物、颗粒物、溶解无机物和溶解有机物库中的分配情况进行全球综合，证明了氮利用效率是初级生产广泛变化的基础。

研究发现氮利用效率的变化如何使初级生产与氮供应脱钩。换句话说，增加氮供应并不总是导致生产力成比例增加。这种脱钩表明其他因素（如微生物过程、群落组成和初级生产者的生理特征）在确定氮利用效率方面发挥着重要作用。

氮利用效率对海洋初级生产力施加了根本性限制，氮利用效率较低的生态系统可能会经历氮利用效率较低，从而导致初级生产率降低，并可能影响海洋食物网和生态系统服务。

氮利用效率在不同的海洋生态系统（如沿海地区、公海和河口）之间存在显著差异。在某些生态系统中，初级生产对可用氮的利用效率很高，而在其他生态系统中，效率则低得多。这种变化是由当地环境因素驱动的，包括营养物质的可用性、生态系统结构和生物地球化学循环。

研究强调，在氮固定和反硝化过程突出的生态系统中，氮利用效率往往较高。相反，在营养贫乏的环境中，氮利用效率可能会较低，因为氮会成为限制因素，即使氮大量可用。

氮利用效率在预测海洋生态系统如何应对未来干扰（如气候变化、污染和富营养化）方面具有重要意义。了解整个生态系统的氮利用效率有助于预测海洋生产力在各种全球变化情景下可能如何变化。例如，如果生态系统的氮利用效率较低，增加营养负荷可能并不总是会导致生产力提高。

研究结论表明，氮利用效率是海洋生态系统初级生产力的基本决定因素，氮利用效率的变化对全球海洋生产力具有重大影响。氮利用效率的跨系统差异可能是由生产效率和吸收效率的相对重要性的变化所驱动的。

思考

环境和生态因素如何相互作用来影响海洋生态系统的氮利用效率？微生物群落对海洋系统的氮利用效率产生什么影响？氮富集对氮利用效率和初级生产力的长期影响是什么？

参考文献：Francis Chan, Karina J. Nielsen, Jane Lubchenco & Bruce A. Menge ，Nitrogen use efficiency underlies cross-ecosystem variation in marine primary production. Scientific Reports volume 14, Article number: 32146 (2024) ，doi.s41598-024-84019-6

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