米兰官网-雷德菲尔德比偏移！中国科学家重塑海洋元素认知—新闻—科学网

于海洋科学范畴，有一个被称为"海洋元素暗码"的经典理论——雷德菲尔德比（Redfield Ratio）。这个由美国海洋学家阿尔弗雷德 雷德菲尔德（Alfred Redfield）在1934年提出的理论，展现了海洋浮游植物的碳（C）、氮（N）、磷（P）的典型摩尔比为106:16:1，持久以来被视为全世界海洋生态体系养分布局的“黄金尺度”。

然而，由中国科学院地球情况研究所结合海内外科研机构，经由过程对于全世界海洋50年纪据的体系阐发，初次证明这个被视为“海洋恒等式”的元素比例正于发生显著偏移。这一结果近日发表于《天然 地球科学》（Nature Geoscience）。

“咱们发明，海洋养分元素的比例于已往几十年中并不是恒定，而是于差别区域及时段出现出布局性变化。”论文第一作者、中国科学院地球情况研究所副研究员刘济告诉《中国科学报》，“这项发明挑战了海洋体系被视为‘化学恒温器’的传统不雅念。”

成立全世界最年夜海洋元素比例数据库

这项研究的出发点，源在刘济博士时期的学术思索。只管其时他的研究聚焦在陆地生态体系，但海洋生态体系作为生态化学计量科学的发源，其繁杂性及不变性始终吸引着他的好奇心。2023年赴德国做洪堡学者时期，患上益在本地发财的水质监测体系及开放的数据资源，刘济的研究构思患上以快速落地。

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“碳、氮、磷这三种要害养分元素，是毗连海洋生物地球化学历程、物理海洋及天气体系的焦点纽带。”刘济注释说，这些元素的比例变化对于全世界碳汇能力、海洋生态布局甚至天气反馈机制都具备深远影响。

于体系阐发数据时，一系列要害科学问题逐渐浮现：陆地与海洋生态体系的元素比率差异是固有特性还有是蜕变成果？德国水域不雅测数据与雷德菲尔德比的偏离是区域性特例还有是全世界性趋向？这些差异毕竟源在天然变异还有是人类勾当影响？……这些彼此联系关系的科学疑难终极促使刘济确立了明确的研究标的目的。

但要真正弄清晰这些问题，需要重大的数据库支撑。为了填补持久缺少体系不雅测的空缺，团队整合了全世界1971年—2020年间全世界规模内的56000多个浮游生物样本及近39万个海水样本数据，笼罩全世界所有重要海洋区域，垂直规模从海面延长到1000米水深。

“为了确保成果的正确性，咱们构建了迄今全世界最年夜范围的海洋元素比例数据库，这是史无前例的数据整合事情，用时1年才完成。”刘济先容说。

团队还有采用了空间加权平均的要领，笼罩11个全世界海区，包括北承平洋、南承平洋、印度洋、南年夜西洋、北年夜西洋等，确保数据具有代表性。据刘济回忆，整个科研历程最难的就是数据的整合及尺度化，特别是怎样同一差别年月、差别装备、差别试验室的不雅测数据。“咱们团队破费年夜量精神举行数据洗濯与校准，还有设计了多重敏感性测试来验证数据稳健性。”

“偏差”or“新冲破”？

于阐发2007年先后数据时，团队最初不雅察到海洋浮游生物中的碳:磷与氮:磷比值呈降落趋向，曾经一度思疑是丈量偏差。但进一步构建的模子注解，这一趋向与全世界规模内陆源磷输入增长高度相干，提醒海洋体系中的磷限定正于减缓。

颠末阐发对于比，已往50年中，浮游生物的碳:磷及氮:磷比值显著上升，并于2007年先后到达峰值，随后又呈现降落。这一趋向于承平洋及年夜西洋尤为显著，注解这些变化具备较着的区域性。比拟之下，浮游生物的碳:氮比值较为不变，而海水中的碳:磷及氮:磷比值不仅总体高在雷德菲尔德比，并且随水深递减。这些成果配合展现了全世界海洋养分元素比于时空标准上均具备显著动态特性。

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“传统的雷德菲尔德比具备局限性，该比例纰漏了全世界海洋于空间及时间标准上的巨年夜变异性。特别是于面临最近几年来天气变化及人类勾当的滋扰下，咱们发明这一经典比例没法周全描写真实海洋体系中碳、氮、磷元素的动态变化，存于较着的区域误差及时间漂移。”刘济告诉《中国科学报》。

这项研究还有展现了一个要害发明：海洋固碳能力可能被持久低估。"假如纰漏了元素配比变化，可能会高估海洋的碳汇功效，并过错判定浮游植物的养分限定类型。”刘济增补道，“咱们的数据提醒，晋升海洋低级出产力、加强碳汇潜力可能需要更合理地增补氮磷等要害养分盐，这一发明对于解决海洋低级出产力营养限定问题、优化天气管理计谋具备主要引导意义。"

转变90年来的认知范式

这项研究结果直接挑战了雷德菲尔德比“恒定稳定”的假定。团队指出，若继承利用传统模子，将高估海洋对于碳的贮存能力、误判浮游植物的养分限定状态，从而影响碳汇评估及全世界天气猜测模子的精度。

“咱们发明海洋生态体系的调治机制可能并无咱们想象的那末不变，特别是于强烈的报酬滋扰下，生态体系的养分布局正于发生显著改变。”刘济先容，持久依靠固定元素比例的模子可能低估了将来海洋体系的不确定性。

只管这项研究具备冲破性意义，研究团队于提交论文时仍旧忐忑。“雷德菲尔德比的影响根深蒂固，要转变学界连续90年的认知范式并不是易事。”刘济回忆道。但审稿人评价明确指出：从全世界标准的时空角度挑战创始性的雷德费尔德比率，早该成为一项火急的研究课题。海洋生物地球化学模子需要摒弃三木SEO-固定的雷德费尔德比率，以更好地舆解繁杂的反馈机制，从而晋升对于将来海洋生态体系变化的猜测能力。

谈和研究动力，刘济暗示：“科学研究的素质就是对于未知世界的连续摸索。连结好奇心，是咱们对峙走下去的理由。”

将来，研究团队规划进一步摸索海洋中铁、锌等微量元素的作用机制，以和它们是否可能于某些极度前提下主导局部及全世界的海洋生态功效。同时，将切磋这些元素除了了碳、氮、磷外对于海洋低级出产力和生态功效的作用机制及影响水平。

相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41561-025-01735-y