我实验室袁忠伟博士在浮游植物营养盐限制方面取得新进展，相关成果以“Switches between nitrogen limitation and nitrogen–phosphorus co-limitation in the subtropical North Atlantic Ocean”为题，发表于海洋领域著名期刊Limnology and Oceanography。该研究首次在现场实验中观测到浮游植物生长限制类型在瞬时环境胁迫下的快速转化，为探究海洋生态系统应对环境变化提供了新的证据。
研究背景 Background
在表层海洋，营养盐的供给调控着海洋初级生产力，并可能影响浮游植物群落结构。因此，准确评估限制浮游植物生长的营养盐类型对于理解当前海洋生产力分布特征并在未来气候条件下对其变化进行预测至关重要。然而，目前对全球海洋营养盐限制的研究仍存在很大的不确定性，尤其在亚热带北大西洋。在该系统进行宏基因组学分析显示，浮游植物生理上主要受磷（P）的胁迫，而通过营养盐受控实验则发现浮游植物生物量主要受氮（N）的限制。总体而言，该系统浮游植物生长的营养盐限制类型仍然是一个亟待解决的科学难题。
研究结果 Research Results
在此背景下，本研究在溶解无机氮和无机磷同时匮乏的亚热带北大西洋海域开展了营养盐受控培养实验，包括3次4×4的低浓度N和P添加矩阵实验，以探究浮游植物原位比生长速率究竟受到何种限制。此外，进一步将低浓度N和P添加矩阵实验的结果与高浓度营养盐添加实验的结果进行了对照（图1和图2）。结果表明，在未受扰动的自然条件下，其浮游植物生长仅受氮限制，磷酸盐浓度虽然很低却并不是限制性营养盐，只有在提供充足的N后，造成浮游植物生物量增加并进一步消耗原位环境下过剩磷酸盐后才导致了磷限制。然而，当突发降雨扰动导致背景环境产生变化时，浮游植物迅速作出响应，其生长速率转变为氮–磷共限制状态。这一变化可归因于降雨事件提供大量可利用的氮，使得海水中原先相对过剩的生物可利用磷进一步降低至限制性水平，最终导致氮–磷共限制的情况出现。
本研究观测到浮游植物生长限制类型在瞬时环境胁迫下发生了快速转变（约1天），这表明该生态系统对环境变化已然十分敏感。在未来人为活动及全球变暖加剧的背景下，该生态系统可能彻底突破临界点，转向氮–磷共限制状态。此外，该结果极有可能扩展至其它同样存在多种营养盐耗竭的海区（例如铁和氮、锰或维生素B12）。因此未来研究有必要加强对已研究海区的长时间监测，并进一步拓展至其它未研究海区。
图1. 高浓度营养盐添加实验结果
图2. 低浓度营养盐添加矩阵实验结果
研究团队及资助 Research Group and Funding
该论文第一作者为我实验室袁忠伟博士，通讯作者为德国亥姆霍兹基尔海洋研究中心（GEOMAR）Thomas Browning研究员，共同作者还包括我实验室戴民汉教授、 GEOMAR Eric Achterberg教授和Anja Engel教授。该研究获得德国DFG项目的资助。袁忠伟博士获得近海海洋环境科学国家重点实验室海洋环境创新型人才国际合作培养项目（202106310003）的支持。
论文来源：Yuan, Z., E.P. Achterberg, A. Engel, M. Dai, and T.J. Browning, Switches between nitrogen limitation and nitrogen–phosphorus co-limitation in the subtropical North Atlantic Ocean. Limnology and Oceanography, doi: org/10.1002/lno.12541.
