导读

海洋是地球上最大的碳库，基于海洋的CO₂增汇过程潜力巨大。橄榄石(Mg_{(2 − x)}FexSiO₄)作为海洋增汇的主要备选矿物之一，其在海水中溶解所释放的硅酸盐在促进海洋吸收大气CO₂的同时，也能被硅藻利用，从而有助于硅藻生长和生物固碳。本文通过室内硅藻和橄榄石的共培养实验，对比分析了单独橄榄石、单独硅藻、硅藻-橄榄石间接共培养（橄榄石置于透析袋中）、硅藻-橄榄石直接共培养等不同培养体系中总碳量的变化，表明硅藻和橄榄石之间互利的相互作用对CO₂的移除效率最高。同时本研究的结果有助于我们加深对橄榄石影响下的海洋碳酸盐泵和生物碳泵过程的理解。

研究结果

在空白对照体系中，总硅含量在整个培养过程中没有显著变化；在人工海水添加橄榄石组中，橄榄石溶解导致总硅浓度增加，其在培养结束时相较于对照组增加了~19 μmol/L；而在硅藻和橄榄石共培养的实验组中，总硅浓度相较于对照组分别增加了~31.23-39.20 μmol/L。这表明在硅藻生长消耗橄榄石释放的硅酸盐能促进橄榄石的溶解，并且硅藻与橄榄石直接接触效果更明显。不同体系中总碳量的变化结果表明，虽然橄榄石溶解和硅藻生长都能分别促进体系中总碳含量的增加，但橄榄石和硅藻共培养所固定的总碳量最高，同样在硅藻与橄榄石直接接触时效果更加明显。综上表明橄榄石溶解与硅藻生长的相互作用拥有更高效的协同储碳潜能。

图1 橄榄石-硅藻的协同CO₂去除效应。海水中的橄榄石溶解增加了海洋碱度并释放硅酸盐，同时伴随着大气CO₂向海水的溶解过程。硅藻利用释放的硅酸盐，促使橄榄石溶解平衡向右移动。橄榄石溶解释放的金属离子（例如Fe、Ni等）和硅酸盐则促进了硅藻的生长并通过光合作用固定更多的碳，从而进一步增强海洋的生物碳泵和微型生物碳泵过程。LDOC：活性溶解有机碳；RDOC：惰性溶解有机碳。

总结与展望

本研究重点揭示了橄榄石和硅藻在储碳方面的协同效应，增强橄榄石风化可以提高海洋吸收无机碳的能力，同时刺激硅藻的生长，进而有利于生物碳泵固碳。这种橄榄石-硅藻协同储碳系统为应对全球气候变暖和缓解海洋酸化提供了一种可能的解决方案。未来，有必要进一步评估橄榄石添加对生态系统的影响，如对微生物群落和微生物食物网的影响等方面可能产生的潜在反馈和生态风险，为开展原位的海洋负排放生态工程提供科学依据。

原文链接：https://spj.science.org/doi/10.34133/olar.0047

文章标题：Synergistic CO₂ removal via enhanced olivine weathering and diatom growth in the ocean

文章作者：Enquan Zhang, Yunxuan Li, Yiwen Wang, Dong Liu, Yu Cong, Jihua Liu, Kunxian Tang, Nianzhi Jiao, Qiang Zheng

文章摘要：

Enhancing the alkalinity of the ocean is a promising approach for CO₂ removal by promoting marine carbon sequestration. Olivine is a key candidate material for enhancing alkalinity owing to its release of silicates when dissolved in seawater. These released compounds serve as crucial nutrients for phytoplankton such as diatoms to foster their growth, which in turn accelerates olivine dissolution and further enhances carbon sequestration. In this study, we investigated the short-term synergistic CO₂ removal effects of an olivine–diatom coculture system. Over a 6-day incubation period, the olivine dissolution was 92% to 144% higher in the olivine–diatom groups compared with the olivine-only groups. The olivine-only groups achieved a CO₂ removal efficiency of 5.15% to 5.49%, while the olivine–diatom groups achieved a CO₂ removal efficiency of 8.84% to 14.44%. Adding olivine was found to increase the total alkalinity by 70 to 100 μM and the diatom abundance by 26.4% to 58.4%. Diatom growth and the fixed carbon content were greatly enhanced, particularly during the later silicate-depleted stage when the Si:C ratio significantly exceeded that of groups without olivine. This mutually beneficial olivine–diatom coculture system offers a highly efficient CO₂ removal strategy for addressing climate change. The results of this study contribute to our understanding of carbonate and biological carbon pump processes.

文章引用：

Enquan Zhang, Yunxuan Li, Yiwen Wang, Dong Liu, Yu Cong, Jihua Liu, Kunxian Tang, Nianzhi Jiao, Qiang Zheng. Synergistic CO₂ removal via enhanced olivine weathering and diatom growth in the ocean. Ocean-Land-Atmos Res. 0:DOI:10.34133/olar.0047

第一作者：

张恩权，厦门大学海洋与地球学院博士生。主要从事海洋微型生物生态学研究。

通讯作者：

郑强，厦门大学海洋与地球学院教授，国家优秀青年基金获得者，福建省级高层次人才，厦门大学南强青年拔尖人才。主要从事海洋微型生物生态学研究，关注海洋微型生物的互作关系以及它们介导的生物地球化学循环过程。近５年以第一／通信作者在海洋环境微生物领域的国际主流刊物发表SCI论文40余篇，主持国家级项目/课题6项。获2015年度国家自然科学二等奖（第五位）和福建省自然科学一等奖（第五位）。

焦念志，中科院院士、发展中国家科学院院士、美国微生物科学院院士、厦门大学长江学者特聘教授。联合国海洋十年行动计划 “Global-ONCE”大科学计划首席科学家、执行委员会主任。主攻海洋生态过程及其资源环境效应，在国际一流学术刊物发表学术论文200余篇，包括 Science、Nature 系列9 篇，被引用万余次，单篇高引千余次。从2014年起持续入选ESI中国高被引作者。他提出了海洋储碳新机制— “微型生物碳泵（MCP）”理论，Science评论MCP为“巨大碳库的幕后推手”，并为MCP出版了Science增刊。两次获得国家自然科学二等奖（第一位）。

OLAR 期刊简介

Ocean-Land-Atmosphere Research (OLAR) 由南方海洋实验室和美国科学促进会合作出版，入选2022年度中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目、2024年度广东省高起点英文期刊创办项目，海洋负排放国际大科学计划（Ocean Negative Carbon Emissions, ONCE）学术出版合作平台，已被Scopus, Directory of Open Access Journals (DOAJ) 等15个数据库收录。本刊以海洋相关学科为重点，刊稿主题包括但不限于：海陆气相互作用、海洋碳中和、物理海洋学、海洋生物与生态、海洋地质与地球物理、化学海洋学、海洋气象学、大气物理与大气环境、冰冻圈科学、河口海岸学、海洋工程与海洋技术、海洋资源开发与利用。分享卓见，探索前沿，OLAR 诚邀您一起荟萃科学发现，共享学术盛筵！

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