SBB|氨氧化古菌和细菌的相对活性决定了硝化过程的N2O排放

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  Introduction  

氨氧化是硝化作用的第一步，由氨氧化细菌(AOB)或氨氧化古菌(AOA)产生N₂O。对于AOB而言，N₂O的形成包括通过亚硝酸盐还原酶(NIR)和一氧化氮还原酶(NOR)还原NO₂和NH₂OH不完全氧化为NO和N₂O。相比之下，AOA产生N2O的机理尚未完全解决。土壤pH被认为是AOA和AOB生态位分离的关键因素，酸性环境下AOA普遍占主导地位，中性和碱性环境下则AOB普遍占主导地位。

  Methods  

在美国俄勒冈州的3个酸性土壤森林 (CascadeHead、McDonald forest和H.J. Andrews)采集土壤样品，测试了土壤pH如何影响AOA和AOB对土壤硝化作用的相对贡献。利用泥浆测定了潜在的硝化作用和N2O的产生（用辛炔阻断AOB活性，添加乙炔来阻止氨氧化和解释乙炔不敏感异养硝化作用）。同时在培养过程中，O₂均未低于16%，避免了对AOA或AOB的影响，缺氧可能有利于AOB而非AOA活动。由AOB活性引起的硝化势通过从没有辛烷时估计的速率中减去NO₂^-和NO₃^-–N在辛烷值存在时的积累速率来计算。AOA的硝化势是通过从辛炔存在时积累的NO₂^-和NO₃^-–N减去乙炔存在时积累的NO₂^-和NO₃^-–N来计算的，以纠正异养硝化作用。

  Results  

不同地点和树种的潜在硝化速率约有10倍的变化。乙炔抑制了土壤浆液中硝化作用和N₂O的产生，表明N₂O的产生主要是由于自养硝化作用。在乙炔处理的泥浆中可以检测到微不足道的硝化速率。在Cascade Head花旗松土壤N₂O积累被辛炔持续减少，表明AOB活动贡献了N₂O生产40-62% (图2)。在McDonald森林土壤中，辛炔对红桤木(92%)和花旗松(81%)土壤中N₂O的产生均有强烈抑制作用。

土壤pH值与AOA N₂O产生速率有极显著的关系。相比之下，AOB N₂O产量随土壤pH值的增加呈显著正相关，但关系不显著。

在Cascade Head红桤木和H.J. Andrews花旗松土壤中，由于它们对辛炔敏感，无法准确测定AOB N₂O的产量。McDonald森林土壤中AOA N₂O的产量也难以确定，因为这些土壤主要受AOB活性支配。但是，在CascadeHead花旗松和McDonald红桤木中，AOB的N₂O产量显著大于AOA。

N₂O总产量与土壤pH值均呈正相关。

随着土壤pH的增加，AOB对硝化作用的贡献增加，总N₂O产量趋于增加。

综上所述，酸性森林土壤中依赖于硝化作用的N₂O产量取决于AOB和AOA对硝化作用的位点特异性贡献。AOB贡献量为0.15 ±0.01%，AOA贡献量为0.06±0.01%。土壤pH通过影响硝化微生物活性来调节硝化微生物特异的N₂O产生。在低pH (<4.5)条件下，AOA依赖的N₂O产量占主导地位，而AOB依赖的N₂O产量在弱酸性土壤中占主导地位。AOB硝化活性的相对贡献增加，且随土壤pH的增加而增加，N₂O总产量增加。

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