科学家终于找到大量马尾藻爆发的“燃料”来源

马尾藻起源于佛罗里达以东的马尾藻海。自2011年起，科学家追踪到“大西洋马尾藻带”的反复出现——这是一大片马尾藻，在强劲的东风期间会从赤道向加勒比海移动。此前，驱动其快速生长的磷（P）和氮（N）来源一直不明确。有人认为是农业径流或雨林砍伐释放的养分所致，但这些解释与近年来马尾藻生物量的稳步增长不符。

### 确定藻华背后的驱动力
由马克斯·普朗克化学研究所领导的国际研究团队现已确定了驱动这些大规模藻华的主要过程，还识别出为这种生长创造条件的气候模式，从而开始开发可预测未来马尾藻出现的系统。

在《自然·地球科学》近期发表的研究中，科研人员描述：赤道附近强劲的风驱动上升流，将富含磷的深层水带到表层，并向北输送至加勒比海。磷供应量的增加有利于生活在褐藻（马尾藻）表面的蓝细菌。这些微生物能捕获大气中的氮气（N₂），并将其转化为马尾藻可利用的形式，这一过程称为固氮作用。蓝细菌通常会附着在马尾藻上，形成一种共生关系，为马尾藻提供额外的氮源。研究表明，这种共生关系使马尾藻在赤道大西洋比其他藻类更具竞争优势，也解释了过去几年马尾藻数量的变化。

### 珊瑚岩芯揭示百年固氮史
研究团队通过研究加勒比海各地采集的珊瑚岩芯，将藻类生长、增强的固氮作用与富含营养的冷水上升流联系起来。珊瑚是长期的环境档案库，其骨骼在生长过程中会吸收周围水体中的化学痕迹。通过检查珊瑚每年的生长层（类似树木年轮），科学家可以重建数百年的海洋化学变化。

在这项研究中，研究人员测量了珊瑚中的氮同位素组成，以推断过去120年微生物的固氮量。固氮过程中，细菌会降低海水中稳定氮同位素¹⁵N与¹⁴N的比值。当珊瑚中¹⁵N/¹⁴N比值较低时，表明固氮作用增强。为验证这些化学信号的意义，研究人员使用“尤金·塞博尔德”号科考船采集的海水样本校准了现代珊瑚中的氮同位素，证实其能可靠记录固氮作用。

### 2011年以来的耦合趋势
马克斯·普朗克化学研究所的博士生、该研究的第一作者乔纳森·荣解释：“在第一组测量中，我们注意到2015年和2018年固氮作用显著增加，这两年也是马尾藻暴发的创纪录年份。于是我们将珊瑚重建数据与年度马尾藻生物量数据对比，发现两者完全吻合！但当时我们并不清楚这是否存在因果关系。”

进一步对比显示，自2011年起，藻类生物量与固氮作用一直存在稳定关联（包括高值和低值）。这一时间点值得注意，因为2010年强风首次将褐藻从马尾藻海输送到热带大西洋。

### 排除其他营养来源
排除其他假说后，团队得出结论：磷的过量供应是马尾藻大规模暴发的主要因素。此前认为撒哈拉沙尘携带的铁能刺激藻类生长的理论与生物量记录不符；同样，亚马逊河或奥里诺科河的营养输入与马尾藻暴发的时间和强度也无相关性。

### 改善未来预测的机制
研究人员描述了一个过程：过去几十年的藻华是由上升流深层水带来的磷与固氮细菌提供的氮共同驱动的。地球化学家荣指出：“我们的机制比以往任何方法都能更好地解释马尾藻生长的变异性，但其他因素是否及在多大程度上起作用仍存在不确定性。”

富磷水的到达取决于热带北大西洋较冷的海面温度和南大西洋较暖的条件。这些温度差异会改变气压模式，导致风力和风向变化，将表层水移开，使深层富磷水上升。

美因茨的研究人员表示，监测赤道大西洋的风况、海面温度及相关上升流模式，有助于改进对未来马尾藻生长的预测。马克斯·普朗克化学研究所的组长、该研究的资深作者阿尔弗雷多·马丁内斯-加西亚解释：“最终，热带大西洋马尾藻的未来将取决于全球变暖如何影响向赤道大西洋供应过量磷的过程。”该团队计划通过研究加勒比海多个地点的新珊瑚记录来扩展分析，期望这些见解能支持珊瑚礁保护工作，并帮助沿海社区应对马尾藻暴发带来的日益严重的生态和经济影响。