《科学通报》
开博时间：2019-09-06 16:50:00《科学通报》是主要报道自然科学各学科基础理论和应用研究方面具有创新性、高水平和重要意义的研究成果。报道及时快速，文章可读性强，力求在比较宽泛的学术领域产生深刻影响。
磷是限制生产力的“外部”因素吗？
2022-08-01 22:06:00一句话导读：
有机碳的生产与埋藏是驱动表生地球系统生物地球化学循环的核心因素。而磷作为限制初级生产力的核心“外部”因素，被认为与表生地球系统的重大演变事件密切相关。但是，在整个地球历史的时间尺度上，磷输入驱动的初级生产力变化真的不受到表生地球系统反馈过程的影响吗？
内容展开：
在研究地球历史上重大生物-环境演化事件过程中，“驱动因素”的分析往往是极为困难的。这是由于地球系统有着复杂的反馈机制，单一环境因素的变化会导致包括温度、二氧化碳浓度、初级生产力、海洋氧化还原状态等多种因素协同变化，进而难以分辨究竟是什么因素引发了重大生物-环境演化事件。表生地球系统具有强大的负反馈能力，即在系统中单一因素产生变化时维持系统趋于稳定的能力，表生地球系统内部因素变化驱动重大生物环境演化事件的假说难以解释为什么这些事件在特定时间发生，而非更早或是更晚。因此，在研究中我们主要关注表生地球系统外部因素，即不受到表生地球系统反馈限制的因素，如构造运动、火山活动、地外撞击的影响。
磷是生物活动必需的营养元素，是地质历史上初级生产力的核心限制因素。磷的输入主要由风化过程控制，而表生地球系统对于风化过程反馈的时间尺度远远长于构造、火山活动驱动的风化增强，因而磷被认为是限制生产力的“外部”因素，与地质历史上的重大氧化事件，包括大氧化事件、新元古代氧化事件密切相关。
但是，陆源磷的输入并非决定初级生产力与有机碳埋藏的唯一因素。岩石中的磷要经过活化才能被生物利用，否则只能以碎屑磷的形式埋藏，无法参与到海洋生物地球化学循环中。而活化的磷被以有机磷和无机磷两种形式埋藏，其中无机磷的埋藏与海洋中的铁循环模式密切相关，受到海洋氧化还原状态的影响。埋藏有机碳中碳磷比并非固定，而是会随着颗粒有机质沉降过程中分解比例的增大而增加，同样受到海洋氧化还原状态的影响。当然在固定生物泵结构的前提下，海洋氧化还原状态与初级生产力密切相关，因而有机磷与无机磷的埋藏比例变化与有机碳中碳磷比变化可以视作表生地球系统对于陆源磷输入变化作出的反馈，即陆源磷的输入仍然是影响有机碳埋藏的“外部”因素。
图1中元古代磷循环与现今磷循环的差异：海水氧化还原状态的影响
当我们把视角拉到更大的时间尺度上，即生物泵结构可能发生重大转变时，磷就不完全是限制生产力的外部因素。例如，新元古代氧化事件过程中由原核生产者主导的生物泵向真核生产者主导的生物泵转变，使得颗粒有机碳沉降速度更快，分解更少，导致了海水更加氧化。在新元古代氧化事件中，雪球地球事件及生物泵结构的演变在时间上比构造运动与氧气浓度的上升更加相关，表明磷循环的变化不仅仅有可能由陆源风化过程的变化引发，也有可能由环境因素驱动的生物泵演化过程引发。也就是说，生物的演化可能不仅仅是对于构造、火山活动等外部因素的反馈，而是驱动表生地球系统演化的核心“外部”因素。
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