科研进展
RESEARCH PROGRESS
近日，厦门大学海洋与地球学院、海洋生物地球化学全国重点实验室王为磊教授团队在全球海洋磷-氮耦合研究方面取得进展，相关成果以“Autotrophic Dissolved Organic Phosphorus Uptake Stimulates Nitrogen Fixation in Subtropical Gyres”为题发表于Geophysical Research Letters. 该研究首次在全球范围内定量了浮游生物对溶解有机磷（DOP）直接利用（dDOPU: direct DOP Utilization）的效率，以及对固氮和输出生产力的贡献，更新了全球固氮通量的空间格局，提升了对磷、氮、碳生物地球化学耦合循环的认识。
研究背景
在表层营养盐匮乏的海区，DOP是一种关键磷源。已有研究表明，浮游植物或者固氮细菌对DOP的直接利用可以促进浮游植物初级生产以及生物固氮作用。然而，由于原位观测手段的限制，关于dDOPU效率的全球格局及其对固氮与输出生产贡献的研究仍存在大量未知领域。
针对此，本研究在前期自主研发的海洋磷-氮耦合生物地球化学逆向反演模式的基础上，加入了以往被忽视的dDOPU这一重要机制。模型由现有的大量无机磷、氮营养盐和DOP的观测数据集约束，使模拟结果能更准确地反演真实海洋的氮、磷循环过程。从而回答dDOPU对固氮和初级生产的贡献比例和空间格局这一关键科学问题。
研究结果
研究表明，dDOPU可以支持全球15%的初级生产，是初级生产的关键磷源。dDOPU速率高值出现在东赤道上升流和热带、亚热带大西洋（图1a），主要是因为该区域高的初级生产力对磷的高需求。然而，dDOPU所支持初级生产力比例的高值出现在涡流区西部和中心（图1b），表明该区域的初级生产对DOP的依赖更高。
图1. 溶解有机磷吸收的模拟结果。（a）真光层积分的dDOPU速率；（b）由DOP支持的生产力占总初级生产的比例
此外，dDOPU缓解了固氮作用的磷限制，相较于先前未考虑dDOPU的模型估算结果，全球总固氮速率提高了～9% (176.5 Tg yr-1 vs 163 Tg yr-1)。研究进一步表明dDOPU导致固氮作用热点区域向涡流区中心迁移，固氮速率提升最高的区域出现在涡流区中心（图2a）；而在涡流区西侧，由于严重的无机磷限制，dDOPU对固氮速率的相对提升更加明显（超过50%，图2b）。值得注意的是，在受无机磷限制最严重的北大西洋海区，固氮速率无论绝对或相对变化都最为显著，体现了dDOPU在该区域固氮过程中的重要作用。
图2. 加入dDOPU机制后（a）固氮速率相较于先前模型的绝对变化；（b）固氮速率的相对变化，为强调dDOPU对固氮的促进作用，只考虑相对变化的正值；（c）固氮源新氮支持的输出生产力与总输出生产力的比例；（d）固氮源新氮所支持输出生产力比例的差值，指dDOPU模式与先前模式（Wang et al.,2019）之差
dDOPU缓解无机磷限制并促进固氮作用，固氮源新氮对输出生产力的贡献显著提高。在加入dDOPU机制后，在亚热带涡流区，固氮作用对输出生产力占比普遍超过50%（图2c），呈现从边缘到涡流中心递增的趋势。同时，由于固氮作用热点区域向涡流区中心迁移，使得该区域固氮源新氮对输出生产力的占比提高了20%～40%，但在亚热带流涡区的边缘有所降低（图2d）。
研究团队及资助
该论文第一作者为厦门大学海洋与地球学院硕士生沈毓心，通讯作者为王为磊教授。该研究获得国家重点研发计划（2023YFF0805004）、国家自然科学基金委项目（42476031）以及福建省自然科学基金项目（2023J02001）的联合资助。
论文来源及链接
Shen, Y., & Wang, W.-L. (2025). Autotrophic dissolved organic phosphorus uptake stimulates nitrogen fixation in subtropical gyres. Geophysical Research Letters, 52, e2024GL112439.
https://doi.org/10.1029/2024GL112439
延伸阅读：
Letscher, R. T., Wang, W. L., Liang, Z., & Knapp, A. N. (2022). Regionally variable contribution of dissolved organic phosphorus to marine annual net community production. Global Biogeochemical Cycles, 36(12), e2022GB007354.
Wang, W. L., Moore, J. K., Martiny, A. C., & Primeau, F. W. (2019). Convergent estimates of marine nitrogen fixation. Nature, 566(7743), 205-211.
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供稿：沈毓心 王为磊
编辑：朱佳 苏颖
排版：陈蕾
审核：万显会 徐鹏 陈向柳
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