科学家首次评估单细胞固氮蓝藻的全球固氮通量

厦门大学教授史大林团队基于在西北太平洋副热带流涡区开展的高分辨率观测，定量分析了固氮生物群落的丰度、结构和固氮速率，进而应用广义加性模型刻画的优势固氮蓝藻的生态位特征预测了其在全球海洋的主要分布格局，首次系统性地评估了单细胞固氮蓝藻UCYN-B的全球固氮通量，揭示了其对海洋固氮的重要贡献。日前，相关研究成果发表于《国家科学评论》。

史大林团队前期研究发现，单细胞固氮蓝藻UCYN-B在NPSG西部呈高丰度分布，这不同于主导ALOHA站的固氮类群。尽管UCYN-B的固氮能力已被证实，但其在全球海洋中的高丰度分布却鲜有报道。因此，UCYN-B的全球分布格局、环境调控机制以及固氮贡献，因采样不足而缺乏系统评估。这一认知空白可能导致全球固氮通量被系统性低估，进而影响海洋碳汇评估的准确性。

史大林在西北太平洋开展海盆尺度高分辨率观测。基于15N2稳定同位素示踪技术，测定海区夏季水柱积分固氮速率高达199–821 μmol N m-2d-1，与全球固氮热点海区相当。通过分粒径固氮速率测定、宏基因组与固氮酶nifH功能基因测序，首次证实单细胞固氮蓝藻UCYN-B在西北太平洋占据绝对优势。nifH基因qPCR定量结果进一步表明，UCYN-B在高固氮速率站位丰度占比高达67%-99%，且其水柱积分丰度与固氮速率的时空分布高度吻合。结合已报道的nanoSIMS定量的单细胞固氮速率评估发现，UCYN-B贡献了约90%研究海区的固氮量，是驱动西北太平洋副热带流涡区生物固氮的关键物种。

研究证实UCYN-B主导并驱动了西北太平洋海盆尺度的高固氮速率，表明其可能在类似寡营养海域广泛分布并贡献固氮。研究结果表明，UCYN-B驱动的高固氮速率被以往全球固氮模型严重低估。估算结果显示，区域贡献：UCYN-B在西北太平洋贡献固氮通量达5.2–7.2 Tg N yr-1；全球潜力：UCYN-B主导海区（西北太平洋、西南太平洋、西印度洋、南大西洋）共可贡献固氮通量达10.8–15.0TgNyr-1，相当于当前全球海洋固氮通量的约20%。尤其在印度洋，估算UCYN-B的固氮通量（3.4–4.8 Tg N yr-1）可达以往该区域固氮通量估值的10倍，占印度洋总固氮量的45–52%，突显了UCYN-B的重要贡献，反映出以往模型的局限性。

该研究揭示了单细胞固氮蓝藻UCYN-B主导并驱动西北太平洋海盆尺度的生物固氮过程，首次预测并量化评估了UCYN-B主导海域的固氮通量，强调了UCYN-B在全球海洋固氮中被忽略的关键作用，并指出以往固氮模型低估了其重要贡献。该研究基于广义加性模型构建的生态位模型框架，能有效解析环境因子对固氮蓝藻丰度的调控机制，并模拟其全球分布格局，为预测气候变化下海洋生物固氮格局的演变提供了关键参数与理论基础。

相关论文信息：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf337