海洋上层磷酸盐与硝酸盐下降，对海洋生态系统影响

最近的科学研究预测发现了海洋生物地球化学中的一个关键问题，上层海洋中磷酸盐与硝酸盐的比率正在下降。磷酸盐和硝酸盐都是海洋生物的必需营养素，这两种营养物质的变化影响着海洋食物链的情况。最新的一项研究强调了海洋温度上升和分层加剧如何改变海洋中的营养循环，磷酸盐相对于硝酸盐变得越来越有限。

磷酸盐与硝酸盐

磷酸盐是海洋生物生长的关键元素，它的可用性控制着初级生产的速率，通常被认为是海洋生态系统中的限制性营养物质。而硝酸盐是氮的一种形式，海洋浮游植物等生长所必须的，海洋中氮通常很丰富，但其生物利用度取决于氮固定转化为硝酸盐等可用形式。

海洋中磷和氮之间的关系很复杂，当磷酸盐与硝酸盐的比例发生变化尤其是磷酸盐变得稀缺时，可能会导致浮游植物无法获得足够的磷酸盐来利用可用的硝酸盐，从而减缓初级生产力进而影响整个海洋生态系统。随着磷酸盐变得越来越有限，固氮的海洋生物将陷入困境，导致浮游植物的氮供应减少而破坏整个海洋食物链。

导致上层海洋中磷酸盐与硝酸盐下降的一个关键驱动因素是海洋分层，由于全球气候变化，过去几十年来分层现象不断加剧，较暖的水密度小于较冷的水，导致它们停留在表面，并形成屏障，阻止营养物质从深海层上涌，这一过程阻碍了海洋初级生产所必需的营养物质的补充。在上升流特别强的地区，营养物质会定期得到补充，从而支持充满活力的海洋生态系统，然而随着分层的增加，这些上升流区会减弱，营养物质的可用性会下降。

新的研究发现

近日，一项新的研究探讨了在全球变暖导致海洋分层加剧的背景下，海洋上层磷酸盐和硝酸盐的可用性是否在发生变化，这些变化对海洋生态系统又有什么影响。研究人员通过分析全球海洋船基1972-2022年的观测数据，量化了硝酸盐和磷酸盐的营养线深度（营养物质浓度达到特定阈值的深度）。

研究人员发现磷酸盐的营养线深度在过去50年中显著加深，磷酸盐营养线深度在过去五十年中平均加深了23米，全球平均每年加深约0.47米，相比之下，而硝酸盐的营养线深度则相对稳定。此外，南半球的磷酸盐营养线加深趋势比北半球更为显著，南半球的磷酸盐营养线加深速度约为每年0.60米，而北半球的磷酸盐营养线加深速度约为每年0.13米。

为了验证这些观测结果，研究人员使用了地球系统模型进行模拟，研究发现，减少的铁胁迫是导致磷酸盐营养线加深的主要原因，由于由于铁胁迫的减少促进了固氮作用从而补充了硝酸盐，而磷酸盐则没有类似的补充机制。

研究结果表明，全球海洋上层的磷酸盐可用性正在减少，导致磷酸盐限制的加剧，这可能对海洋生态系统产生广泛影响。减少的铁胁迫促进了固氮作用补充了硝酸盐，但磷酸盐没有类似的补充机制，导致磷酸盐相对硝酸盐的可用性下降，随着海洋持续变暖和分层加剧，磷酸盐限制可能会继续加剧，影响海洋生物地球化学过程和食物网动态。

这项研究揭示了全球变暖背景下海洋营养物质供应的变化趋势，特别是磷酸盐限制的加剧，为理解未来海洋生态系统的变化提供了重要的科学依据，并强调了监测和模拟海洋营养物质动态的重要性。

思考

磷酸盐与硝酸盐比率的变化将如何影响不同纬度的海洋食物网？

参考文献：Observed declines in upper ocean phosphate-to-nitrate availability. doi.org/10.1073/pnas.2411835122