任南琪院士团队陈川课题组ES&T封面论文: 隐秘的微生物硫氧循环潜在减少了N2O驱动的温室效应—氮循环可能需重新审视

近日，哈尔滨工业大学任南琪院士团队陈川教授课题组在环境领域著名学术期刊Environmental Science & Technology上发表了题为“Cryptic Sulfur and Oxygen Cycling Potentially Reduces N₂O-Driven Greenhouse Warming: Underlying Revision Need of the Nitrogen Cycle”的封面论文 (doi: 10.1021/acs.est.1c08113)。论文第一作者为我院环境学科与工程专业博士生邵博，通讯作者为陈川教授，通讯单位为城市水资源与水环境国家重点实验室。

本项工作利用156组微观孵化实验分别模拟了不同元素循环参与的环境条件，阐述了线性增加的氧气分压对于微生物驱动N循环的转化规律和反硝化过程产生N₂O温室气体的生理生态影响。一般而言，含氧水体环境对于诱导和加剧N₂O温室效应具有强烈的生物抑制作用。不同于传统经典的低氧抑制理论，该研究首次证明，当沉积物中伴随有活跃的硫循环时，来自环境中较低的含氧阈值压力(初始传质氧气浓度IMTO介于0.021−0.062 mM)，不仅不会抑制，反而会促进完整的反硝化过程，并显著减少了该过程中N₂O温室气体的释放。研究通过功能基因表达、活死细胞荧光分析、弹性抑制恢复测试和注射动力学过程验证等分析手段，揭示了低氧环境下反硝化过程中由微生物硫氧循环驱动的三重脱毒机制。此外，文中还基于现有观测数据，重新客观地分析讨论了市政污水处理厂(人工生态系统)和海洋氧气最小功能区OMZ(自然生态系统)中硫氧循环的存在性和N₂O的动态汇，并评估了对于修订目前全球含氧水域N循环的可行性，为理解多元素物质循环交互耦合下的N₂O命运和生物地球化学过程提供了理论依据。

该研究首次揭示了环境中被忽视的微生物硫氧循环作用，其中双致毒性的H₂S 和低氧环境可以通过其生物化学循环来实现相互解毒，同时促进反硝化过程，并显著减少N₂O温室气体的产生释放。除人工生态系统外，这种由微生物介导的硫氧循环预计在自然生态系统中可能更为显著，然而，这种隐秘的驱动力可能一直以来在含氧水层的垂直空间上都未能得到正确评估，导致目前对N循环的潜在错误估算。基于现有生态数据的整理和回顾，这可能需要重新审视当前含氧水域中氮循环通量和温室气体的汇，更需要在生态宏观尺度的研究中进一步关注。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.1c08113