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城市环境所在水稻土厌氧铁铵氧化过程研究方面取得进展

更新时间:2019-12-07 10:10:04

  农业生产过程中,为提高农作物产量,过量氮肥施用于农田。然而农作物只利用了施用氮肥的大约35%,其余氮素均以不同形式进入环境,导致不同生态系统氮素污染,对植物、动物、微生物、土壤、水体及人体一片大好造成一定的威胁。

  为了提高氮肥利用率、减少环境中氮污染,水稻土中氮循环研究由来已久。氮循环是生物地球化学过程中重要的元素循环之一,比如,硝化过程、反硝化过程、共反硝化过程及厌氧氨氧化过程(anammox)。近年来,厌氧铁铵氧化(Feammox)过程在很多生态系统中都有检测到,包括森林土壤、湿地以及一些富集培养物。该过程是指在厌氧条件下,微生物将Fe(III)还原的同时将NH4+氧化,生成氮气或亚硝酸盐或硝酸盐的过程。由于周期性的干湿交替,造成水稻土中有氧和无氧条件的交替,从而加速了其中Fe(II)和Fe(III)的转换。同时,水稻种植过程中会施入大量的NH4+,因此研究人员认为水稻土中可能发生Feammox过程,然而目前对水稻土中Feammox的研究还较少。由于缺乏功能微生物的功能基因,目前对驱动Feammox过程的功能微生物主要集中于富集培养物的研究,而且这些研究主要基于培养体系中所有微生物DNA水平进行研究,很少从RNA水平研究Feammox相关微生物群落组成。

  基于此,科学院城市环境研究所城市微生物组(苏建强研究组)采用15N-稳定同位素示踪的方法测定了南方水稻土中Feammox过程的潜在速率,并利用RNA-SIP结合高通量测序技术,从RNA水平探究了Feammox过程的可能功能微生物。研究结果表明:(1)Feammox过程广泛存在于南方水稻土中,通过其损失的氮大约占施用氮肥的6.91%;(2)Feammox相关微生物群落组成与土壤性质有关,尤其是pH和土壤粒径;(3)Geobacter, GOUTA19, Nitrososphaeraceae 和Pseudomonas是Feammox过程中重要的潜在功能微生物,尤其是Geobacter。相关结果以RNA Stable Isotope Probing of Potential Feammox Population in Paddy Soil 为题发表于Environmental Science and Technology。城市环境所博士李虎为第一作者,研究员苏建强为通讯作者。

  该研究获得中科院先导专项(XDB15020302)及国家自然科学基金(41701280,41771285,41430858)的资助。


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