城市所环境氮素损失机制研究取得重要进展
发布时间:2015-03-03
氮素是生命活动不可或缺的元素,是决定粮食安全和环境质量的重要生源要素。中国是氮肥消费大国,研究氮素损失机制对于粮食和环境安全的双赢均具有重要意义。长期以来,反硝化被认为是农业土壤氮素损失最重要的途径,但是厌氧氨氧化过程(anammox)的发现挑战了这一传统观点。厌氧氨氧化过程是在厌氧条件下同时利用铵和亚硝酸根为氮源生成氮气和水。研究人员已经发现厌氧氨氧化菌(anammox bacteria)广泛分布于农业土壤中,然而,人们对湿地生态系统中植物根际(rhizosphere)厌氧氨氧过程的认识还是未知。
最近,中国科学院城市环境研究所朱永官课题组与生态环境研究中心祝贵兵课题组合作,在根际土壤厌氧氨氧化研究方面取得重要进展。研究结果2月17日在环境与生态科学领域著名期刊The ISME Journal在线发表。该研究通过温室模拟培养获取样本,采用原位荧光杂交(CARD-FISH)、稳定同位素标记及实时荧光定量PCR等方法,研究发现水稻土根际区厌氧氨氧化对氮气损失的贡献量为31%-41%,根际区厌氧氨氧化菌活性和丰度均显著性高于非根际区。该研究显示根际区可能为厌氧氨氧化菌提供了有利生境,成为湿地生态系统氮素损失的“热区”——而该过程之前一直被研究者忽略。
该研究指出,造成湿地植物根际区厌氧氨氧化“热区”的原因可能是湿地植物根系具有特殊的“泌氧”功能。硝酸盐是厌氧氨氧化发生的重要限制因素,湿地植物根际区硝化和反硝化均为厌氧氨氧化提供硝酸盐;而在厌氧的非根际区,硝化作用受到抑制,只有反硝化为其提供硝酸盐。此外,相比非根际区,由于“氧”的存在,根际区的反硝化活性也迅速降低了。朱永官课题组预测,湿地生态系统(如稻田)土壤厌氧氨氧化是根际驱动(rhizosphere-driven)的微生物学过程,并提出根际氮损失的概念模型。
该研究得到了国家基金委重大项目和中国科学院战略先导专项B等资助。
图1 激光共聚焦显微镜下的厌氧氨氧化菌成像(Nie et al., 2015)
图2 稻田土壤氮损失概念模型(Nie et al., 2015)
论文链接:http://www.nature.com/ismej/journal/vaop/ncurrent/full/ismej201525a.html
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