海岸带硅藻诱导的钙化作用：生物矿化阈值与机制及其对碳汇的潜在影响

本研究针对硅藻诱导钙化作用缺乏定量阈值和机制解析的问题，通过模拟海洋环境培养硅藻Skeletonema costatum，首次确定其CaCO3沉淀的启动阈值（Ωarag >8）及线性动力学特征，揭示了这一"生物诱导"过程对海洋碳-钙-硅循环的潜在贡献，为评估硅藻在碳汇中的作用提供了关键参数。

　　

海洋中微小的硅藻扮演着"隐形巨人"的角色，它们贡献了约40%的海洋初级生产力，却隐藏着一个鲜为人知的超能力——诱导碳酸钙沉淀。传统认知中，海洋碳酸钙(CaCO₃)主要来源于颗石藻等专性钙化生物，这些"专业选手"通过精密调控的细胞内过程制造矿物盔甲。然而近年研究发现，硅藻这类"业余选手"竟能通过代谢活动改变微环境，意外触发碳酸钙沉淀。这种"无心插柳"的生物诱导过程可能深刻影响海洋碳循环，但科学家们面临两大谜团：究竟需要怎样的环境条件才会激活这种钙化？它与专业钙化生物的机制有何异同？

浙江大学等机构的研究团队选择海岸带优势硅藻物种中肋骨条藻(Skeletonema costatum)作为研究对象，通过精确控制培养实验，首次量化了硅藻诱导钙化的环境阈值，并揭示其与经典钙化生物的共性规律。这项发表于《Marine Chemistry》的研究，为理解海洋"生物碳泵"中未被重视的硅藻贡献提供了新视角。

研究采用人工海水f/2培养基模拟海岸带环境，通过调控溶解无机碳(DIC)、氮源类型(NH₄⁺/NO₃^-)和细胞密度等参数，结合溶液化学分析和固体沉淀物表征（SEM/XRD），系统评估了钙化发生的环境阈值。研究特别关注文石饱和度(Ω_arag)与钙化速率的定量关系，并与珊瑚等生物控制型钙化进行对比。

CaCO₃ precipitation under different initial DIC concentrations
实验显示，在DIC 1837-2709 μmol·kg^-1范围内，S. costatum均可诱导钙化，但低DIC条件下启动延迟。钙化发生时pH>8.84，伴随DIC消耗和[CO₃^2-]升高，沉淀物经鉴定主要为文石。

Influence of environmental factors on extracellular calcification in S. costatum
氮源类型不影响钙化能力，但高细胞密度(10⁵ cells·mL^-1)显著促进沉淀。关键发现是当体相溶液的Ω_arag超过~8时即触发钙化，且速率与Ω_arag呈线性关系，符合"生物诱导"特征。

Conclusions
研究确立了硅藻诱导钙化的定量阈值（Ω_arag >8），揭示其与珊瑚等生物共享环境驱动因子，但机制上属于代谢副产物的被动过程。这一发现解释了硅藻繁盛海域可能存在的"隐性钙化"现象，其形成的CaCO₃-POC复合体可能通过两种途径增强碳汇：既作为"压舱物"加速有机碳沉降，又通过矿物基质的物理保护减缓降解。尽管高溶解度可能限制其长期保存，但在全球海岸带硅藻华频发的背景下，该过程对区域碳循环的贡献不容忽视。研究为构建更精确的海洋碳循环模型提供了关键参数，也为基于人工增强海洋钙化的碳封存技术提供了新思路。