水体硅碳化学计量趋同的浮游植物驱动机制

李婉珠, 王宝利, 刘丛强

doi:10.13745/j.esf.sf.2025.3.22

地学前缘 ›› 2025, Vol. 32 ›› Issue (03) : 311 -319. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.3.22

水体硅碳化学计量趋同的浮游植物驱动机制

李婉珠, 王宝利, 刘丛强

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摘要

浮游植物元素化学计量比对其生境中营养元素可利用性变化的响应与反馈研究，是理解水生生态系统结构和功能相互关系的关键要素。水体中硅（Si）碳（C）化学计量比的动态变化一定程度上能够反映其中Si-C生物地球化学循环的耦合关系，但目前浮游植物Si∶C计量比与溶解硅（DSi）和CO₂浓度的相互作用模式和潜在机制尚不清楚。在此，我们发现湖泊浮游植物Si∶C摩尔比随年际变化趋向于与其生境中DSi∶CO₂摩尔比一致（即硅碳化学计量趋同）,且这种趋同是由浮游植物群落演替来驱动的。不同类型内陆水体（河流、湖泊、水库和湿地）大空间尺度调查结果显示浮游植物Si∶C摩尔比和DSi∶CO₂摩尔比空间差异显著，大都偏离Redfield比例。随机森林分析显示，硅藻门相对丰度、水温和溶解无机氮是浮游植物Si∶C比形成的重要预测因子。宏转录组学证据表明，伴随着浮游植物群落演替，其分子水平上蛋白质周转响应并反馈DSi∶CO₂比变化，进而导致水体硅碳化学计量趋同。这些发现为水体浮游植物化学计量学的认识提供了新的见解。硅碳化学计量趋同在一定程度上可以表征表层地球系统岩石圈、水圈和生物圈之间的相互作用，并为描述水生生态系统结构和功能对环境变化的响应提供了一种定量模式。