2019年磁鐵礦濾料生產(chǎn)廠家“出淤泥而不染”全球地下含水層系統(tǒng)厭氧氨氧化氮流失方面取得新進(jìn)展

　　2019年磁鐵礦濾料廠家“出淤泥而不染”全球地下含水層系統(tǒng)厭氧氨氧化氮流失方面取得新進(jìn)展。“出淤泥而不染，濯清漣而不妖”，是北宋詩人周敦頤《愛蓮說》中的名句，意指蓮花身處污泥之中，卻纖塵不染。在全球地下水氮流失方面，厭氧氨氧化反應(yīng)就像“蓮花”一樣，身處地下土壤含水層，卻起著獨立而不可或缺的作用。

　　全球含氮化肥及其他化學(xué)物質(zhì)的廣泛使用，造成嚴(yán)重的地下水氮污染，人類健康和環(huán)境安全受到嚴(yán)重威脅。祝貴兵團(tuán)隊前期研究表明，我國陸地表層水生態(tài)系統(tǒng)，發(fā)生著長期被忽略卻又無處不在的厭氧氨氧化過程，而且水是喚醒厭氧氨氧化菌的關(guān)鍵因素《The ISME Journal, 2018》。但是，在土壤系統(tǒng)中厭氧氨氧化反應(yīng)是否也發(fā)揮重要作用，尚不明確。最近，祝貴兵團(tuán)隊的王衫允博士利用同位素示蹤技術(shù)和高通量測序分析發(fā)現(xiàn)，厭氧氨氧化主導(dǎo)濕地岸邊帶地下水位線以下飽和含水層中的氮流失(37.5-67.6%)，而反硝化主導(dǎo)地下水位線以上非飽和土壤中的氮流失。硝酸鹽異化還原成銨(DNRA)對該過程中底物氨氮和亞硝酸鹽的調(diào)控具有重要作用。隨著水位上升，厭氧氨氧化對氮流失的貢獻(xiàn)顯著增加，并伴隨溫室氣體N2O排放的顯著減少(~39.3±10.6%)。地下含水層中厭氧氨氧化的發(fā)現(xiàn)，為地下水硝酸鹽治理提供了新途徑。該成果發(fā)表于環(huán)境工程TOP雜志《Water Research, 2019》和《Scientific Reports, 2017》。

　　基于以上研究，我們猜測全球地下含水層系統(tǒng)也發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)。團(tuán)隊成員王衫允博士在全球范圍1000多個樣點取樣研究，發(fā)現(xiàn)厭氧氨氧化在全球地下含水層廣泛發(fā)生且具有“熱層”效應(yīng)，對氮流失的貢獻(xiàn)達(dá)36.8-79.5%。同位素示蹤技術(shù)和高通量測序技術(shù)分析表明飽和和非飽和土層交界面是厭氧氨氧化發(fā)生的關(guān)鍵分界點，在非飽和土層不發(fā)生，在飽和土層開始發(fā)生并以Candidatus Brocadia anammoxidans為主導(dǎo)菌屬。這項研究工作的重要意義在于，厭氧氨氧化在地下含水層氮循環(huán)及氮污染修復(fù)中可以起到顯著地作用。由此推測，在全球氣候變化的影響下，降水增加，地下水位線升高，將改變?nèi)�球地下含水層氮流失路徑，從而影響全球溫室氣體排放和氮循環(huán)通量。該成果發(fā)表于國際微生物生態(tài)學(xué)的權(quán)威雜志《The ISME Journal, 2019》。

　　圖1(I)全球地下含水層規(guī)模性厭氧氨氧化的發(fā)生及對氮損失的貢獻(xiàn)。餅形圖表示厭氧氨氧化和反硝化過程對土壤中氮損失的貢獻(xiàn)比率。(II)區(qū)域尺度旱地地下含水層厭氧氨氧化的發(fā)生、速率和貢獻(xiàn)(24km，中國河北省安新縣)。a-f分別代表距離為7.0、7.0、4.0、4.5和1.5km的不同土壤剖面。(III)全球地下土壤含水層厭氧氨氧化的發(fā)生，速率和貢獻(xiàn)。速率用通量單位mmol N m-2 d-1表示，淺藍(lán)色和灰色分別代表飽和和非飽和土壤層，速率和豐度數(shù)據(jù)均為平均值±s.e.(標(biāo)準(zhǔn)差，n=5)。

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