铁限制的概念
铁一直怀疑是海洋的生存限制因素基于的事实:其转换高度不溶氢氧化铁(锈)在碱性,含氧海水及其强制要求所有的有机体。此外,附近土地的持续较高的浮游生物生产力与开放海域的所以被作为证据提供微量元素(包括铁)从土地和其限制作用从哈特(1942)。
长期高常量营养元素浓度的大片海洋,被回归线和赤道太平洋和整个所以,称为HNLC地区,被认为是一个悖论与赤道高纬度地区大西洋的营养耗尽了大部分增长的季节。提出了三个相互包容的原因来解释HNLC条件:低光照水平在高纬度地区的混合层深度;铁浮游植物生长的限制;和更重的放牧压力由于生活史HNLC地区占主导地位的食草动物。虽然光限制不能适用于赤道太平洋和浮游动物的数量差别很大,季节性和地区性,铁限制,所有地区常见的唯一因素,被认为持怀疑态度,部分原因是早期铁补充实验可以控制和iron-supplemented瓶没有区别。事后看来,这是由于污染控制的微量的铁。
约翰·马丁的集团克服污染问题通过应用超净瓶实地测量和实验方法。他们展示了非常低的铁浓度在HNLC水域,在瓶实验中,自然浮游生物铁的强烈反应,形成鲜明对比,缺乏控制瓶子的增长(1988年马丁& Fitzwater)。这个证据未能说服许多bio-oceanography社区但地质挑战更容易和已经开了一个蓬勃发展的海洋微量金属领域(Jickells et al . 2005年)。毫不奇怪,大多数OIF实验集中在生物地球化学过程,而很少注意到潜在的生态过程在物种水平展开。
bio-oceanographers不愿平等铁限制的浮游植物生长与光或营养素可以归因于以下几个原因。因此,是否氮或磷是主要的限制营养海洋相对于湖泊(P一直接受限制营养)是沿海的激烈辩论富营养化水以及公海。然而,这个概念并不被主流社会转移到铁,可能是因为许多科学家正在参与沿海地区铁不是一个问题。事实上早期,尽管是无意的,铁施肥实验是由钛厂以酸的形式废物倾倒在北海,浮游植物生产力报告上没有明显的影响。实践了由于民众抗议和酸浪费现在转换成摘要,用于草坪和污水处理厂。
毫无疑问,方法论问题3的测量铁以及维护iron-clean实验条件阻止许多生物实验室从研究铁的作用。缺乏清晰的来源和可用性铁近海浮游植物,多少是源自上升流从深海慕英引入的尘埃量(Cassar et al . 2007);多少保留表层的绑定到有机分子的亲和力铁(配体;Jickells et al . 2005年)——是另一个因素阻碍铁限制的接受主流bio-oceanographers。因此,铁的来源使一年一度的春季盛开开放北大西洋,设置这个海洋除了其他高纬度海洋,仍不明确。
此外,有迹象表明沿海和海洋浮游植物的铁需求不同(Strzepek &哈里森2004)暗示缺铁的影响,不同的营养素,也是一个适应的问题,因此物种组成。然而,这种观点忽略了广泛,预留铁细胞机制中所扮演的角色的基本构建块,例如,磷酸。叶绿素的合成和硝酸盐减少,两个网关和常量营养元素的使用,分别需要铁。因此,通过增加细胞叶绿素,iron-sufficient浮游植物遮阳能适应,从而提高光的使用效率(维斯et al . 2002年)。痛苦伴随的缺点photodamage平静阳光条件下是多云的,次要的暴风雨。
一个例子不愿接受的限制作用的铁是封装在一个句子从最近的铁施肥实验(德巴尔et al . 2005年):“因此拥有了8975公斤的铁到HNLC水域和使用shiptime大约1年,我们可以得出这样的结论:光的最终决定性浮游植物生物量的回应。这个声明是基于比较的溶解的浓度和颗粒性质的变化测量在各种实验中,随混合层深度。低叶绿素浓度诱导OIF更深的水里列解释为光限制。然而,预算分析不是基于浓度(g C m3)但是在生物量的大小,由总提供股票混合层中的水柱:浓度乘以混合层深度(g C m - 2)。股票的大小(水中的二氧化碳固定列)的数量,决定了二氧化碳在大气和海洋之间交换的数量和金额,可以沉入深海。事实上,混合层越深,生物量越大,可以建立,需要足够的铁,由于更大的营养库存更深的水柱。
稀释因子,与混合层深度增加,有几个不同的影响生物质积累的速度和它的最终命运。因此,混合深度越深越小内浮游植物数量的百分比的透光层(层足够的光可以使净增长),这将因此延缓人口增长率(斯& Passow 1990)。浮游植物的光效率的使用也将降低由于衰减的更深层次的水柱。然而,这些影响生物质积累的速度可以通过阴影部分补偿适应,有效增加透光层的深度(Gervais et al . 2002年),和减少放牧压力由于稀释的藻细胞减少捕食者和猎物遇到率(兰德里和哈塞特1982)。藻浓度也会影响细胞的聚合速率和连锁群(海雪),因此出口从表面和下沉率的大小通过深水列。然而,相关的阈值浓度的这些影响在进一步的实验需要量化。
这一事实如此OIF实验诱导开花的混合层深度和从春天到夏末(Boyd et al . 2007年)表明,铁的可用性,而不是光或放牧控制生物量的累积。因此,叶绿素常务股票获得的EisenEx布鲁姆在70米混合层后21天的背影m - 2(200毫克)与我达成的种子开花后的北太平洋硝酸疲惫后13天在10米深层(津田et al . 2003年)。野外观察表明,除了冬季,光可用性不能被视为浮游植物生物量积累的限制因素。站的股票超过200毫克叶绿素m - 2,相当于北海春天花朵但是在混合层深度的三倍,已经记录在极面(Bathmann et al . 1997年)和大陆坡(特纳&欧文斯1995)。事实上,后者的站股票硅藻水华7毫克的背影m3均匀分布在70米混合层,伸展在一个乐队架子上打破的南极半岛西部海洋中,排名最高的记录。这样的股票(约站。15 gc m - 2)也可以达成的OIF如果补丁足以防止与外部水稀释。显然,这是一个最好的情况突出更加雄心勃勃的实验的必要性。
在过去的几十年中,environmental-scale实验由陆地和湖泊生态学家揭示了意想不到的基本见解在不同的生态和生物地球化学过程之间的关系。所以,当第一个原位IronEx I和II OIF实验表明,海洋表面的补丁,标注六氟化硫(SF6),能够成功操纵和遵循的重要一段时间(Martin et al . 1994;科尔et al . 1996),过渡的壮举被誉为海洋生态学的观察实验科学(1996年霜)。然而,从那时起一直沉默的响应。
如果只有10%的船时间相关的化学、生物和海洋地质学科一直致力于开展OIF实验中,我们将讨论的结果至少30实验,其中一个或多个将大规模、长期的、多船国际项目类似于北大西洋开花1988年由JGOFS实验协调(Ducklow &哈里斯1993)。这样一个实验,到如今量化iron-fertilized布鲁姆生物量的命运,对细菌和浮游动物的反应提供了新的见解社区和他们的捕食者提高生产力和监测深海海底的反应一个增强的食品供应。此外,洞察多讨论物种多样性和之间的关系生态系统生产力也可以被OIF有效地解决。简而言之,我们就会开放问题的答案在最近的评论OIF(德巴尔et al . 2005;博伊德et al . 2007;更具性价比et al .,第8章)和获得更多意想不到的见解深海生态系统结构和功能及其对深海和沉积物的影响。
成本、污染和专业知识不能缺乏热情的原因OIF实验。因为船也有相同的地方,原位实验实际上燃烧更少的燃料比传统横断面海洋学一站一站的比赛。硫酸亚铁需要出售在花园商店低成本提高草坪的推荐剂量为20 gm-2。开花受精所需的剂量是0.05 g m - 2为50米深的混合层。显然,商用硫酸亚铁的有害杂质将被稀释到无关紧要的水平。分散铁非常简单,使用SF6示踪剂是不再需要其他容易监控参数如光合效率,增加叶绿素和二氧化碳分压下降准确跟踪的补丁。运行与跨学科的海洋观测实验不是很不同。很明显,海洋实验一直的先决条件。
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