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氮是所有生命体不可或缺的元素之一，在海洋中，氮源通常有限，尤其是在北大西洋中部的超寡营养区域。这里的氮主要通过固氮菌的浮游生物提供。固氮菌通过将氮气（N₂）转化为可被其它生物利用的反应性氮，为海洋生态系统注入营养。通常，海洋中的氮固定活动受到水流、营养供应等因素的限制，但在特定的海洋环流中，固氮菌在维持海洋氮循环和支持生态平衡方面发挥着重要作用。2024年10月11日，Mar Benavides 团队探讨墨西哥湾流和环流在北大西洋的氮固定过程中的关键作用。这项研究于近期《Nature Geoscience》期刊上，论文题目：Nitrogen fixation in the North Atlantic supported by Gulf Stream eddy-borne diazotrophs。另外相关的研究也在今年Communications biology杂志上发表：Eddy-drivendiazotrophdistributioninthe subtropical North Atlantic: horizontal variability prevails over particle sinking speed （https://doi.org/10.1038/s42003-024-06576-w） 。
该研究聚焦于墨西哥湾流附近的一个反气旋和一个气旋环流系统。研究团队采用了多平台方法，包括了船载观测、遥感数据分析和基于全球卫星的中尺度涡旋轨迹数据。研究从多个站点取样，并利用高通量测序技术分析了不同水层中的微生物群落。他们还运用了稳定同位素分析（如N₂固定的^15N同位素）和分子生物学方法，精准追踪了氮固定的空间和时间分布。
研究发现环流结构的边缘对整个区域的氮输入起到了重要作用。边缘水域的氮固定活性比核心区显著更高，占到了整个环流氮固定总量的92%。这种边缘效应在生态学上意味着，环流不但作为营养物质的传输渠道，还能促进局部浮游植物的增长，进一步扩大其生态影响范围。研究团队预计，随着气候变化带来更频繁的环流活动，这一机制可能会在未来影响全球的氮平衡。据估算，在这些环流中的氮固定率比周围海水高出17倍，成为了海洋氮循环中重要的贡献者。
GS eddies with trapped shelf water and mixed water masses in the periphery.Eddy edges play an important role in overall N2 fixation in mesoscale cyclonic eddies.
参考文献
Hoerstmann, C., Aguiar-González, B., Barrillon, S. et al. Nitrogen fixation in the North Atlantic supported by Gulf Stream eddy-borne diazotrophs. Nat. Geosci. (2024). https://doi.org/10.1038/s41561-024-01567-2
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