近日，0638太阳集团海洋与地球学院、近海海洋环境科学国家重点实验室罗亚威教授课题组与合作者在全球海洋固氮数据库构建和全球固氮总速率估算方面取得新进展，相关成果以 “Global oceanic diazotroph database version 2 and elevated estimate of global oceanic N2 fixation”为题，发表于地学期刊Earth System Science Data.
该研究在第一版全球海洋固氮数据库（Luo et al., 2012，doi: 10.5194/essd-4-47-2012）的基础上，通过集成近十年的海洋固氮观测数据，并基于最新技术进行了更加科学严谨的数据筛选，构建了新版全球海洋固氮数据库（具体包括原位观测的固氮速率、固氮微生物细胞计数、固氮nifH基因丰度数据等），对全球海洋固氮总速率提出了比过去研究更高的估算值。
研究背景
海洋生物固氮是海洋生态系统中主要的新氮来源之一，它支持了很大一部分初级生产和有机碳向深海的输出。2012年，罗亚威与合作者首次发布了全球海洋固氮数据库，其中总数据量超过12000个。该数据库发布后被全球科学家广泛使用。近十年来，随着海洋固氮研究的不断深入，固氮观测数据日趋丰富，上述固氮数据库亟待更新。
研究结果
本次发布的新版全球海洋固氮数据库，不论在数据量还是覆盖范围上，都有极大提升。研究团队集成近十年的海洋固氮观测数据，将数据量增至55000余个（较上一版增加350%）， 并填补了上一版未覆盖的空白区域的固氮数据（图1），为全球海洋固氮研究提供了完整可靠的数据库。
图1. 海洋固氮数据库 (a) 数据量扩充和(b) 数据的空间分布（橙色为新的数据）
对全球海洋固氮总速率的估算方面，研究团队采用了更严苛的筛选标准，包括：（1）排除了由乙炔还原法测定的数据，只采用由更为可靠的15N2示踪法所测量的固氮速率；（2）为排除固氮日间节律变化的影响，只采用培养时间为24小时的固氮速率；（3）不考虑黑暗固氮，只采用200米以浅的固氮速率数据。利用经以上标准筛选后的固氮速率数据，计算出每条垂直剖线的深度积分（图2），结果显示各大洋的固氮数据基本呈对数正态分布（图3）。相对于上一版数据库，新版中固氮速率的变化范围更广：（1）观测到更低的固氮速率，可能源于更先进的观测方法提高了检测水平；（2）观测到更多的高固氮速率，可能源自数据采集的时空分布范围的扩大，或是更多数据在测量时采用了15N2溶解法，避免了固氮被低估。
图2. 新版海洋固氮速率（3度空间分辨率）
图3. 固氮速率在主要大洋的概率分布
研究团队基于新版数据库估算出全球海洋固氮总速率为223 Tg N yr-1（95%置信区间：144 – 402 Tg N yr-1）（图4）；而基于旧版数据库的估算值为74 Tg N yr-1（95%置信区间，56 – 102 Tg N yr-1）。分析表明，新版数据库估算值显著提高，主要是因为补充了北大西洋、南太平洋和第一版中缺少的印度洋的数据。下一步，课题组将继续深入分析新版数据库，对全球海洋固氮速率进行更可靠的估算，并探究影响海洋固氮分布的主要影响因子，预测其未来变化。
图4. 根据两版数据库估算的全球海洋固氮量
误差为由bootstrap方法估算的95%置信区间
研究团队及资助
该论文第一作者为0638太阳集团海洋与地球学院硕士生邵智博和博士生许阳春，通讯作者为罗亚威教授，共同作者包括课题组历届学生王婳、罗伟成、王力册和助理研究员黄雨虹，以及来自全球73个研究所的90位科研工作者。
罗亚威教授领衔的海洋计算生物地球化学课题组，聚焦海洋固氮微生物的生态和生理研究。本论文是该课题组的重要成果之一。本研究获得国家自然科学基金重大项目“海洋荒漠生物泵固碳机理及增汇潜力”（CARBON-FE）课题（41890802）和面上项目（42076153）的联合资助。
论文来源
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
论文链接：
https://doi.org/10.5194/essd-15-3673-2023
供稿：罗亚威
编辑：朱佳、苏颖
审核：王为磊、刘志宇、唐腾凤
