海洋の化学バランスが変化、レッドフィールド比に挑戦(Global Ocean’s Chemical Balance Shifts, Challenging Decades-Old Redfield Ratio)

2025-07-17 中国科学院(CAS)

海洋の化学バランスが変化、レッドフィールド比に挑戦(Global Ocean’s Chemical Balance Shifts, Challenging Decades-Old Redfield Ratio)
Conceptual diagram of the spatiotemporal variation in marine carbon, nitrogen, and phosphorus stoichiometry. (Image by LIU Ji)

中国科学院地球環境研究所などの国際研究チームは、過去50年間のデータ約44万件を解析し、海洋の炭素(C)、窒素(N)、リン(P)の化学比率が、従来の「レッドフィールド比(106:16:1)」から大きく逸脱していることを明らかにした。特にC:PおよびN:P比の上昇は、海洋生態系におけるリン不足の進行を示す。2007年以降は人為的リン流入の増加により、一部地域で比率の変化傾向が逆転した。水深によっても比率は異なり、深海ではCとNは減少しP比が上昇する傾向がある。なお、プランクトンのC:N比は「恒常性」により安定を保っている。この研究は、海洋の栄養素循環や気候モデルにおける固定的な比率の前提を見直す必要性を提起している。

<関連情報>

過去50年間の海洋生態系化学量論における地球規模のシフト Global-scale shifts in marine ecological stoichiometry over the past 50 years

Ji Liu,Hai Wang,Juan Mou,Josep Penuelas,Manuel Delgado-Baquerizo,Adam C. Martiny,Guiyao Zhou,David A. Hutchins,Keisuke Inomura,Michael W. Lomas,Mojtaba Fakhraee,Adam Pellegrini,Tyler J. Kohler,Curtis A. Deutsch,Noah Planavsky,Brian Lapointe,Yong Zhang,Yanyan Li,Jiacong Zhou,Yixuan Zhang,Siyi Sun,Yong Li,Wei Zhang,Junji Cao & Ji Chen
Nature Geoscience  Published:03 July 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41561-025-01735-y

Abstract

The elemental stoichiometry of carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) regulates marine biogeochemical cycles and underpins the Redfield ratio paradigm. However, its global variability and response to environmental change remain poorly constrained. Here we compile a global dataset of 56,031 plankton (particulate) and 388,515 seawater (dissolved) samples from 1971 to 2020, spanning surface to 1,000 m depth, to assess spatial and temporal dynamics in marine C:N:P ratios. We show that planktonic C:P and N:P, and oceanic C:N and C:P ratios, consistently exceed Redfield ratio throughout the study period, indicating widespread deviation from canonical stoichiometry. Planktonic C:N and N:P ratios rose markedly in the late twentieth century, followed by a decline, suggesting a progressive alleviation of P limitation, probably driven by increased anthropogenic P inputs. Depth-resolved patterns show decreasing oceanic C:N and C:P, and increasing N:P ratios with depth, attributable to differential remineralization and microbial nutrient cycling. Our findings highlight dynamic, non-static stoichiometric patterns over decadal scales, offering critical observational constraints for refining the representation of elemental cycling in biogeochemical models and improving projections of marine ecosystem responses to global change.

1702地球物理及び地球化学
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