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南京土壤所等在極端幹旱土壤微生物反硝化潛力研究方面取得進展

2021-06-08 分享到:

阿塔卡馬沙漠(Atacama Desert)是地球上最古老的沙漠,由于其極端幹旱的條件,也被認爲是陸地生物圈中對生命活動最不利的環境之一,是地球上最類似火星的地方。另一方面,阿塔卡馬沙漠深層土壤中含有世界上已知的最大的硝酸鹽存儲量,目前對這樣極端的土壤在遭遇極端降雨等變化時,是否能進行反硝化作用並釋放N2O等溫室氣體還不清楚。

爲了回答這個問題,中國和德國研究團隊共同努力,沿著阿塔卡馬沙漠的幹旱梯度對土壤進行取樣,並利用旱地反硝化過程全自動土壤培養系統(Robotized continuous Flow incubation system)在線監測了不同土壤的反硝化過程,研究了4個連續事件(添加水、硝酸鹽、可利用碳(葡萄糖)和氧耗竭)對土壤N2O和N2排放的影響。結果發現,添加水和硝酸鹽後可以檢測到極低的N2O通量;而添加葡萄糖後,所有土壤都存在明顯的N2O和N2排放;在氧耗竭條件下,N2的排放顯著增加,N2O的排放隨之減少,表明不同幹旱程度的土壤均具有完全反硝化的潛力。盡管極端幹旱顯著降低了土壤細菌的豐富度,但反硝化微生物潛力和相關基因豐度(napA、narG、nirS、nirK、cnor、qnorBnosZ)沒有顯著差異。利用15N-N2O同位素異位體的位嗜值技術(15N-N2O site-preference SP approach)進一步檢測N2O産生的來源,發現在幹旱程度較低的土壤中,真菌反硝化作用和細菌反硝化作用共同産生N2O,隨著幹旱程度的增加,細菌反硝化作用逐漸占據主導。因此,即使在極端幹旱的阿塔卡馬沙漠,微生物豐富度顯著降低,但由于存在巨大的微生物功能冗余,土壤反硝化功能可完整保存,反硝化潛力在條件適宜時可完全恢複。未來土地利用的變化或極端氣候事件有可能使該地區巨大的硝酸鹽儲量不穩定,並可能造成可觀的N2O排放。

該研究結果發表在Soil Biology and Biochemistry,研究得到德國DFG、英國自然環境研究委員會、中國國家自然科學基金項目的資助。

文章鏈接

阿塔卡馬沙漠超幹旱梯度5個地點的土壤平均日N2O (a)和N2 (b)排放量

反硝化過程中δ15Nsp和δ18ON2O的關系(a)和不同階段的細菌反硝化産生N2O的貢獻率

阿塔卡馬沙漠超幹旱梯度5個地點的土壤優勢細菌的相對豐度