近日，廈門大學海洋與地球學院、近海海洋環境科學國家重點實驗室羅亞威教授課題組與合作者在全球海洋固氮數據庫構建和全球固氮總速率估算方面取得新進展，相關成果以 “Global oceanic diazotroph database version 2 and elevated estimate of global oceanic N2 fixation”為題，發表于地學期刊Earth System Science Data.
該研究在第一版全球海洋固氮數據庫（Luo et al., 2012，doi: 10.5194/essd-4-47-2012）的基礎上，通過集成近十年的海洋固氮觀測數據，并基于最新技術進行了更加科學嚴謹的數據篩選，構建了新版全球海洋固氮數據庫（具體包括原位觀測的固氮速率、固氮微生物細胞計數、固氮nifH基因豐度數據等），對全球海洋固氮總速率提出了比過去研究更高的估算值。
研究背景
海洋生物固氮是海洋生態系統中主要的新氮來源之一，它支持了很大一部分初級生產和有機碳向深海的輸出。2012年，羅亞威與合作者首次發布了全球海洋固氮數據庫，其中總數據量超過12000個。該數據庫發布后被全球科學家廣泛使用。近十年來，隨著海洋固氮研究的不斷深入，固氮觀測數據日趨豐富，上述固氮數據庫亟待更新。
研究結果
本次發布的新版全球海洋固氮數據庫，不論在數據量還是覆蓋范圍上，都有極大提升。研究團隊集成近十年的海洋固氮觀測數據，將數據量增至55000余個（較上一版增加350%）， 并填補了上一版未覆蓋的空白區域的固氮數據（圖1），為全球海洋固氮研究提供了完整可靠的數據庫。
圖1. 海洋固氮數據庫 (a) 數據量擴充和(b) 數據的空間分布（橙色為新的數據）
對全球海洋固氮總速率的估算方面，研究團隊采用了更嚴苛的篩選標準，包括：（1）排除了由乙炔還原法測定的數據，只采用由更為可靠的15N2示蹤法所測量的固氮速率；（2）為排除固氮日間節律變化的影響，只采用培養時間為24小時的固氮速率；（3）不考慮黑暗固氮，只采用200米以淺的固氮速率數據。利用經以上標準篩選后的固氮速率數據，計算出每條垂直剖線的深度積分（圖2），結果顯示各大洋的固氮數據基本呈對數正態分布（圖3）。相對于上一版數據庫，新版中固氮速率的變化范圍更廣：（1）觀測到更低的固氮速率，可能源于更先進的觀測方法提高了檢測水平；（2）觀測到更多的高固氮速率，可能源自數據采集的時空分布范圍的擴大，或是更多數據在測量時采用了15N2溶解法，避免了固氮被低估。
圖2. 新版海洋固氮速率（3度空間分辨率）
圖3. 固氮速率在主要大洋的概率分布
研究團隊基于新版數據庫估算出全球海洋固氮總速率為223 Tg N yr-1（95%置信區間：144 – 402 Tg N yr-1）（圖4）；而基于舊版數據庫的估算值為74 Tg N yr-1（95%置信區間，56 – 102 Tg N yr-1）。分析表明，新版數據庫估算值顯著提高，主要是因為補充了北大西洋、南太平洋和第一版中缺少的印度洋的數據。下一步，課題組將繼續深入分析新版數據庫，對全球海洋固氮速率進行更可靠的估算，并探究影響海洋固氮分布的主要影響因子，預測其未來變化。
圖4. 根據兩版數據庫估算的全球海洋固氮量
誤差為由bootstrap方法估算的95%置信區間
研究團隊及資助
該論文第一作者為廈門大學海洋與地球學院碩士生邵智博和博士生許陽春，通訊作者為羅亞威教授，共同作者包括課題組歷屆學生王婳、羅偉成、王力冊和助理研究員黃雨虹，以及來自全球73個研究所的90位科研工作者。
羅亞威教授領銜的海洋計算生物地球化學課題組，聚焦海洋固氮微生物的生態和生理研究。本論文是該課題組的重要成果之一。本研究獲得國家自然科學基金重大項目“海洋荒漠生物泵固碳機理及增匯潛力”（CARBON-FE）課題（41890802）和面上項目（42076153）的聯合資助。
論文來源
Shao Z, Xu Y. et al. (2023). Global oceanic diazotroph database version 2 and elevated estimate of global oceanic N2 fixation. Earth System Science Data. 15, 3673-3709. doi: 10.5194/essd-15-3673-2023
論文鏈接：
https://doi.org/10.5194/essd-15-3673-2023
供稿：羅亞威
編輯：朱佳、蘇穎
審核：王為磊、劉志宇、唐騰鳳
