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为探究铁生物地球化学的调控机制，研究人员以南大洋为对象，研究铁结合配体及腐殖质（HS）在其中的作用。结果发现南大洋腐殖质多为原位产生，由浮游植物和细菌的胞外聚合物构成，对调控初级生产力和海洋 - 气候反馈至关重要。
在广袤无垠的海洋世界里，铁元素虽小，却有着大作用。作为海洋光合作用必不可少的元素，铁在海水中的溶解度极低。这一特性使得铁的生物可利用性成为制约全球约 40% 海洋区域，尤其是南大洋初级生产力的关键因素。在海洋生态系统中，超过 99% 的溶解态铁都与有机配体（Fe-L）相结合，然而，这些有机配体的具体性质却一直是个谜。与此同时，海洋对全球碳循环和地球气候有着重要的调节作用，南大洋更是在其中扮演着关键角色，它每年吸收大量的人为二氧化碳排放，对缓解全球变暖意义重大。但由于铁的限制，南大洋生物碳泵的效率大打折扣，这严重制约了大气二氧化碳的吸收。为了深入了解铁生物地球化学的奥秘，来自瑞士日内瓦大学、洛桑联邦理工学院、巴塞罗那海洋科学研究所等多个机构的研究人员，针对南大洋开展了一项深入研究。该研究成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员运用了多种技术方法。在样本采集方面，他们于 2016 - 2017 年夏季搭乘 R/V Akademik Tryoshnikov 号科考船，在南大洋不同区域采集海水样本，涵盖了 0 - 1000 米的水层。在分析测定上，采用了同位素稀释、电化学测量等技术，来精准测定溶解铁（DFe）浓度、铁结合配体（Fe-L）浓度以及电活性腐殖质（eHS）等指标。
研究结果如下：
- 南大洋铁结合有机配体的独特性：通过对大量海水样本的分析，研究人员发现 Fe-L 和 eHS 之间存在着显著的正相关关系，这表明 eHS 可能在南大洋的 Fe-L 中占据相当大的比例。然而，与全球其他海洋区域不同的是，南大洋的 DFe 和 eHS 之间并未呈现出明显的相关性。通过进一步的研究发现，用标准陆地腐殖酸和富里酸的铁结合化学计量来衡量，腐殖质并不能代表南大洋和南太平洋原位铁结合配体的主体，这说明这些区域的 eHS 具有独特的行为和性质。
- 南大洋铁有机配体的来源及其与铁生物地球化学的相关性：研究发现，Fe-L 和 eHS 浓度与细菌丰度呈负相关，而与浮游植物的光合系统 II 效率呈正相关。这表明微生物对溶解有机物（DOM）的再加工会影响 Fe-L 和 eHS，同时也暗示了配体介导的铁对浮游植物的生物可利用性不能仅仅通过 DFe 来预测。进一步研究发现，胞外聚合物（EPS）在南大洋铁生物地球化学中起着关键作用。EPS 由浮游植物和细菌分泌，其具有较高的铁结合能力，能够调节原位铁的生物地球化学和生物可利用性。在表层水中，浮游植物来源的 EPS 占主导地位，而在较深的水域中，细菌来源的 EPS 可能对铁循环有着重要影响。
研究结论和讨论部分指出，该研究明确了微生物 EPS 是控制南大洋表层水铁生物地球化学的关键海洋腐殖质。浮游植物和细菌 EPS 作为生物源海洋腐殖质，构成了南大洋原位 Fe-L 的大部分，对控制铁的生物可利用性起着至关重要的作用。这一发现揭示了生物碳泵和铁循环之间的基本相互作用，为重新认识和模拟南大洋的初级生产力和碳固存提供了重要依据。南大洋在全球海洋对当前和过去气候变化的响应中占据重要地位，而该研究成果对于深入理解南大洋的生态系统和气候调节机制具有重要意义。它有助于完善全球碳循环模型，为预测气候变化对海洋生态系统的影响提供更准确的依据，进而为相关政策的制定提供科学支撑，以更好地保护海洋生态环境，应对全球气候变化带来的挑战。
