【重磅】极端干旱后的再湿润过程中土壤N2O排放量最大

导  读

科学家利用创新的分析方法-激光同位素光谱法，确定N₂O的同位素组成，从而获得N₂O的形成过程的指纹，这反过来又有助于我们了解其微生物的形成过程。

研究发现，干旱引起的土壤样品表面含氮有机物积累，并将其识别为反硝化作用的触发因素，这表明存在以前鲜为人知的化学反硝化和共硝化途径的强大作用，结果极端干旱后的再湿润过程中N₂O排放量最大。

来源：University ofInnsbruck(因斯布鲁克大学)

出处:https://phys.org/news/2021-02-fingerprint-formation-nitrous-oxide-emissions.html

日期：2021年2月5日

原题：Fingerprint for the formation of nitrous oxide emissions

译者：陈能场（中国土壤学会土壤科普工作委员会主任，广东省科学院生态环境与土壤研究所研究员，中国科协环境生态领域首席科学传播专家，广州科普基地发展研究会土壤健康工作委员会）

这16种草地土壤剖面来自蒂罗尔州斯图拜塔尔（TyroleanStubaital）的Kaserstattalm-一个进行长期生态系统研究的地点。图片来源：Eliza Harris

因斯布鲁克大学生态研究所的Eliza Harris和Michael Bahn领导的科学家在前所未有的细节上成功地研究了环境影响下的温室气体N₂O排放。该研究现已发表在《科学进展》(Science Advances)上，这也是创建模型的起点，模型可以预测全球气候变化下生态系统温室气体排放动态的未来趋势。

一氧化二氮（N₂O）是一种强效温室气体，在过去十年中，其大气层的增长速度有所加快。人为N₂O排放量的最大份额来自土壤中氮的施肥，氮通过各种非生物和生物过程转化为N2O。因斯布鲁克大学功能生态学研究小组的Eliza Harris和Michael Bahn领导的科学家团队现已能够详细追踪氮循环中发生的N₂O产生和消耗途径，并最终导致N₂O的排放。这种温室气体是FWF资助的项目NitroTrace的一部分。在因斯布鲁克大学的实验装置中，研究了蒂罗尔州斯图拜特地区亚高山高山长期生态系统研究（LTER）站点Kaserstattalm的16个完整的草地剖面。土壤暴露在极端干旱和随后的重新润湿中。这些天气状况反映了包括阿尔卑斯山在内的全球许多地区日益暴露的气候变化。

艾丽莎·哈里斯（Eliza Harris）说：“我们的目标是量化干旱和再湿润对一氧化二氮形成过程和排放的净影响，目前尚无定论。”与研究人员的期望相反，研究发现，在非常干燥的土壤中，反硝化过程也就是将硝酸盐分解为N₂O和分子氮（N₂）的过程是由专门微生物完成的，在非常干燥的土壤中主要产生N₂O。

根据以前的假设，此过程主要发生在潮湿、缺氧的土壤中，因此，在干旱期间，N₂O释放到大气中的数量比预期的多。研究人员曾期望硝化过程在干燥的土壤中占主导地位，从而产生硝酸盐，而硝酸盐是植物的重要化合物。“我们认为如果土壤干燥，就会有足够的氧气用于硝化作用。经过仔细研究，我们能够检测到干旱引起的土壤样品表面含氮有机物积累，并将其识别为反硝化作用的触发因素“这表明存在以前鲜为人知的化学反硝化和共硝化途径的强大作用，在这些途径中，其他非生物和生物过程导致N₂O的形成，” ElizaHarris解释了令人惊讶的结果。总体而言，极端干旱后的再湿润过程中N₂O排放量最大。

研究结果为研究人员提供了对氮循环以及响应环境参数而形成温室气体N₂O的过程的前所未有的见解。更好地了解产生和消费反应可以帮助找到减少温室气体排放的解决方案，数十年来，温室气体排放一直在增加。

创新分析方法

通过FFG资助的LTER-CWN项目使激光同位素光谱成为研究成功的关键。“通过这种新颖的分析技术，我们可以确定N₂O的同位素组成。因此，我们获得N₂O的形成过程的一种指纹，这反过来又有助于我们了解其微生物的形成过程，” Eliza Harris强调说。此程序的重要性。分子生态学分析还帮助他们确定了哪些基因和微生物参与了氮转化。此外，空间分析技术有助于确定土壤中的元素组成和分布。艾丽莎·哈里斯（Eliza Harris）表示：“我们希望通过在未来的类似研究项目中继续应用这些方法的组合，我们将对气候变化与不同生态系统和环境中的氮循环之间的反馈效应有进一步的了解。”研究人员的长期目标是使用模型来预测气候变化背景下的生态系统排放动态。

原文："Denitrifying pathways dominate nitrous oxide emissions from managed grassland during drought and rewetting" Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abb7118

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