近日，我室王云涛研究员与合作者在国际地学顶级期刊Earth-Science Reviews上发表了题为Complexities of regulating climate by promoting marine primary production with ocean iron fertilization（通过海洋铁施肥促进初级生产力以调控气候变化的复杂性）的综述论文。合作者包括我室青年海星学者、宁波大学姜海波教授，南加州大学David Hutchins教授，我室张浩然博士后、马文涛研究员、白雁研究员，上海交通大学冯媛媛副教授、张瑞峰研究员，宁波大学孙伟伟教授，缅因大学Mark Wells教授，香港科技大学何丁助理教授，厦门大学焦念志院士和柴扉教授。

在全球气候变化的背景下，海洋铁施肥被认为是一种潜在的地球工程策略，可以促进海洋浮游植物的生长，进而增强海洋碳汇，最终调节大气CO₂，减缓气候变化（图1）。然而，在过去的人工铁施肥实验中，净初级生产量和向深海输出的碳量都远低于预期。虽然以往研究总结了铁施肥实验的结果，但对于铁施肥实验影响气候变化的机制和关键因素尚未阐明。

图1. 海洋初级生产力、海洋铁施肥与气候变化的关系示意图，以及海洋铁施肥实验实现调控气候变化的五个关键过程。所使用的缩写包括BCP(生物碳泵)、MCP(微生物碳泵)、PSP(物理溶解度泵)、CCP(碳酸盐对抗泵)、RDOC(惰性溶解有机碳)和DIC(溶解无机碳)。

本文分析了人工施铁肥实验整个过程中，从浮游植物的生理反应、海洋对CO₂的吸收和封存，到大气CO₂减少对气候变化的影响等机制（图2）。同时结合浮游植物生理生态学和碳泵理论的最新进展，得出导致人工施铁肥中碳输出不一致的原因主要与铁的生物可利用性及其在海洋中的停留时间、浮游植物对铁限制的敏感性、构成微生物碳泵(MCP)中病毒和其他微生物的影响，以及非生物的碳循环等过程有关（图3）。

图2. 人工OIF实验诱导碳循环的主要生物过程。使用的缩写包括RDOC(惰性溶解有机碳)和POC(颗粒有机碳)。

图3. 海水中铁的来源、化学形态、大小、生物利用性，以及铁在海洋生物循环过程中的示意图。

本综述指出尽管铁施肥实验中碳输出的效率可能达不到预期，但人工铁施肥仍是目前少数几个显示出对从大气中去除二氧化碳有积极影响的中尺度地球工程策略。因此，为了加强对海洋铁施肥的综合影响及其诱导气候变化有效性的理解，必须综合开发长期铁释放技术，进行长时间的铁施肥实验，以便监测向深海输出的碳，结合海洋物理-生物地球化学模式，探究人工上升流、深海采矿尾水排放等铁施肥途径，对海洋生态系统和地球气候环境产生综合效应的动态评估。

这些新见解指出通过海洋铁施肥提升初级生产力以调节气候变化的关键机制，有助于制定应对气候变化的科学方案，服务联合国“海洋科学促进可持续发展国际十年（2021-2030）”的目标，为未来可能开展的人工上升流、海洋铁施肥航次、深海采矿尾水排放等方案和实验提供科学指导。本研究受到国家自然科学基金（42188102）、国家重点研发计划（2023YFC2811800）等的资助。

论文引用：

Jiang, H.B., Hutchins, D.A., Zhang, H.R., Feng, Y.Y., Zhang R.F., Sun, W.W., Ma, W., Bai, Y., Wells, M., He, D., Jiao, N., Wang, Y.*, Chai, F. (2024). Complexities of regulating climate by promoting marine primary production with ocean iron fertilization. Earth-Science Reviews,https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2024.104675.