沿海水域是一个意想不到的固氮热点

杜克大学科学家领导的一项新研究表明，沿海水域的固氮含量惊人地高，它可能在这些水域吸收二氧化碳(CO2)的过程中发挥了比预期更大的作用。

了解固氮发生的地点和时间将有助于科学家更好地量化沿海水域吸收和储存二氧化碳的能力，并有助于预测未来的气候。

“过去的模型表明，大多数固氮作用发生在开阔的海洋中。我们发现了相反的情况：沿海地区的速度实际上更高。它们直到现在才被忽视，”杜克大学尼古拉斯学院的生物地球化学教授尼古拉斯卡萨尔说。他是这项研究的资深作者。

这项研究表明，这些被忽视的活动大多是由生活在沿海水域的名为蓝藻固氮菌的微生物驱动的。

微生物吸收氮(N2)并将其转化为氨(NH3)，氨是氮的一种。浮游植物是海洋食物网的基础，可以作为食物。这反过来又通过吸收浮游植物和二氧化碳来促进光合作用。

“这意味着我们必须重新检查海洋N2的固定全球分布，并重新评估其在沿海碳循环中的作用，”魏一唐博士说。他是杜克大学尼古拉斯学院地球和海洋科学专业的学生，他进行的研究是他博士论文的一部分。

卡萨尔和唐在2月19日的《自然通讯》杂志上发表了他们的同行评议研究。

他们的研究结果是基于2015年和2016年两次为期10天的研究巡航期间从北大西洋以西6000公里处收集的数千份海水样本。

卡萨尔解释说，在海上如此短的时间内收集前所未有的大量数据是可能的，因为他的实验室团队开发了一种仪器，允许他们对N2注视进行近乎连续的实时分析。他们使用了一种称为FARACAS的方法，或使用腔衰荡激光吸收光谱法通过流通孵育来测量乙炔的减少。

以前，科学家量化海洋固氮的唯一方法是在研究船停靠的地方零星地收集样本，可能一天两次。卡萨尔说，这就像只读了一本书的两章，而不是全部。它在叙述中留下了空白。

“我们的新仪器允许我们在船移动时在广阔的海洋上收集几乎连续的样本，这使它成为帮助研究人员的更好工具。这就像一个生物地球化学罗盘，”他说。“虽然在这个分辨率下，每个数据点都不是完全独立的，但我们可以在一次航行中收集比现有文献更多的数据。”

对唐代以后现有文献的元分析表明，固氮作用可能在全球其他沿海地区也具有重要意义，而不仅仅是在北大西洋西部。

“固氮是控制地球和海洋生命的最重要过程之一。这项测量固氮的新技术的发展改变了我们对固氮何时何地发生的理解，”国家科学项目主任Hedy Edmonds说。基金会海洋科学部(NSF)通过职业资助(#1350710)支持了卡萨尔的研究。

这项研究的额外支持来自海洋工程和仪器的唐基金会奖学金。

杜克大学尼古拉斯学院地球和海洋科学博士生西弗王(Seaver Wang)参与撰写了这篇论文。

其他合著者来自达尔豪西大学；自由大学；北卡罗来纳大学教堂山分校；欧洲大学研究所环境实验室；科学实验室；海洋研究所和Cambio Global。

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