在大气中CO2增加和陆地营养物质大量输入的共同作用下，沿海水域酸化对沿海生态系统的生物地球化学循环产生了重大压力。然而，人类活动产生的氮 (N) 输入和水生酸化对河口和沿海生态系统中氮循环的关键过程硝化作用的综合影响仍不清楚。Zhou et al. (2024)在Water Research 上发表论文“ Nitrogen input modulates the effects of coastal acidification on nitrification and associated N2O emission ”，研究通过实验探究了活性氮输入与酸化作用对近海海域硝化作用及相关N2O生成的耦合效应。
本文表明，河口和沿海水域中铵 (NH4+) 负荷的增加减轻了酸化对硝化速率的抑制作用，但加剧了强效温室气体N2O的产生，从而加速了全球气候变化。宏转录组和天然N2O同位素特征进一步表明，N2O排放的增加可能主要来自羟胺 (NH2OH) 氧化，而不是硝化微生物的亚硝酸盐 还原途径。这项研究阐明了人为氮输入如何调节沿海酸化对硝化作用和相关的N2O排放的影响，从而增强了预测河口和沿海生态系统对气候变化和人类干扰的反馈的能力。
通过实验探索活性 N 输入和酸化对沿岸水域硝化及相关 N2O 生成的耦合效应。还探索了硝化细菌在酸化和氮负荷增加情况下的潜在生理和代谢反应。为评估和预测气候变化和人类干扰背景下沿岸生态系统生态功能的演变提供重要的科学依据。
图1 研究区域和采样位置。（a）站点以红色星号标记。（b）AOA、AOB 和氨氧化物的 AmoA 基因丰度。（c）基于 16S rRNA 基因测序的收集水样中存在的硝化菌的相对丰度。
图2 硝化速率对水体酸化和 NH4+ 添加的响应。（a-d）Yz1 至 Yz4 站点不同酸化和 NH4+ 添加处理下的硝化速率。不同颜色代表 NH4+ 浓度，不同字母表示显著差异（P < 0.05）。（e-h）与未酸化处理相比，在各自NH4+浓度下硝化速率的百分比变化。
图3 N2O 生成速率对水生酸化和 NH4+添加的响应。(a-d) Yz1 至 Yz4 站点不同酸化和 NH4+ 添加处理下的 N2O 生成速率。不同颜色代表 NH4+ 浓度，不同字母表示显著差异 (P < 0.05)。(e-h) 与未酸化处理相比，在相应NH4+浓度下 N2O 生成速率的百分比变化。
图4 硝化菌在三种操控处理下的反应：酸化（+A）、NH4+添加（+N）以及 NH4+添加和酸化相结合（+N + A）。（a）硝化细菌的示意图。(b) 氨氧化古菌的示意图。
图5 酸化 (+A)、NH4+ 添加 (+N) 和 NH4+ 添加与酸化 (+N + A) 联合对通过 (a) Calvin、(b) 还原三羧酸 (rTCA) 和 (c) 3-羟基丙酸/4-羟基丁酸 (3HP/4HB) 循环参与 CO2 固定的基因表达的影响。
研究结果表明增加沿海海域N输入可以减轻酸化对硝化速率的抑制作用，但同时也加剧了强效温室气体N2O的排放。因此，人为NH4+负荷增加和水体快速酸化对N2O排放的协同促进可能对全球气候变暖产生强烈的正反馈。虽然增加的NH4+输入可以在一定程度上缓解酸化对硝化速率的抑制，但更高的NH4+浓度可能会通过加剧富营养化而进一步加剧沿海酸化，因此酸化对N循环这一重要环节的破坏仍然可能是严重的。本研究首次深入探讨了沿海生态系统中硝化菌对N输入增加和水生酸化联合效应的响应机制，有助于预测气候变化和人类活动下全球重要的沿海生态系统的变化。
Zhou, J., Zheng, Y., Hou, L., Qi, L., Mao, T., Yin, G.,Liu, M., 2024. Nitrogen input modulates the effects of coastal acidification on nitrification and associated N2O emission. Water Research. 261, 122041.
编辑：杨凡艳
