xiv
Marine Plant Communities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52
Deep Sea Benthos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
4.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5 Measurements of Organism Abundances and Activities . . . . . . . . . . . 63
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.2 Cultivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.3 The Acetylene Reduction Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.4 Isotopic Tracers:
15
N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.5 Hydrogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.6 Functional Gene Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.7 Stable Isotope Probing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.8 Biogeochemical Proxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.9 Remote Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.10 Experimental and Observational Formats and Scales . . . . . . . . . . 82
5.11 Mathematical Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.12 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
6 Factors Controlling N 2 Fixation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
6.1 Oxygen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
6.2 Light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.3 Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
6.4 Nutrients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
6.5 Dissolved Organic Matter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
6.6 Salinity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6.7 pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6.8 Turbulence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.9 Fate of Diazotrophs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.10 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
7 Biogeography of N 2 Fixation in the Surface Ocean . . . . . . . . . . . . . . . 117
7.1 Factors Controlling the Distribution of N 2 Fixation Biogeography 117
7.2 Nutrient Limitation Geography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
7.3 N 2 Fixation Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
7.4 Oligotrophic Oceans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
7.5 Coastal and Upwelling Regions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
7.6 Seasonality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
7.7 Low O 2 Waters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
7.8 Estuaries and Inland Seas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
7.9 High Latitudes Including the Arctic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
7.10 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Contents
Marine Plant Communities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52
Deep Sea Benthos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
4.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5 Measurements of Organism Abundances and Activities . . . . . . . . . . . 63
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.2 Cultivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.3 The Acetylene Reduction Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.4 Isotopic Tracers:
15
N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.5 Hydrogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.6 Functional Gene Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.7 Stable Isotope Probing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.8 Biogeochemical Proxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.9 Remote Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.10 Experimental and Observational Formats and Scales . . . . . . . . . . 82
5.11 Mathematical Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.12 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
6 Factors Controlling N 2 Fixation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
6.1 Oxygen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
6.2 Light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.3 Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
6.4 Nutrients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
6.5 Dissolved Organic Matter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
6.6 Salinity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6.7 pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6.8 Turbulence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.9 Fate of Diazotrophs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.10 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
7 Biogeography of N 2 Fixation in the Surface Ocean . . . . . . . . . . . . . . . 117
7.1 Factors Controlling the Distribution of N 2 Fixation Biogeography 117
7.2 Nutrient Limitation Geography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
7.3 N 2 Fixation Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
7.4 Oligotrophic Oceans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
7.5 Coastal and Upwelling Regions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
7.6 Seasonality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
7.7 Low O 2 Waters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
7.8 Estuaries and Inland Seas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
7.9 High Latitudes Including the Arctic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
7.10 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Contents