基于天然源N2O穩定同位素的廣闊應用前景和對相關分析技術的極大需求，華東師范大學河口海岸國家重點實驗室碳氮循環與微生物生理生態研究團隊通過與國內外相關高校和科研機構合作，建立了基于Precon-GC-IRMS系統的天然源樣品中N2O同位素異位體（Isotopomer）分析系統。該分析系統N2O工作標準氣體校準由日本東京工業大學研究團隊合作完成，δ15Nbulk、δ18O和SP檢測精度小于0.1‰ 和0.5 ‰，并且實現了低濃度N2O（<50 ppb）氮氧穩定同位素的分析檢測。此外，配合自主研發的水體N2O提取前處理技術和自動進樣系統，極大的提高了分析檢測效率。目前，該項技術已成功應用于湖泊水體（Liang et al., 2022）、河口鹽沼（Wu et al., 2022; Gao et al., 2020）以及實驗室培養條件下的N2O溯源（Han et al., 2021）工作中。

圖1. N2O穩定同位素Precon-GC-IRMS分析檢測系統

圖

圖2. 基于N2O的δ15NSP、δ18O和δ15Nbulk的3D（a）和2D（b）模型圖以及計算得到的不同N2O產生途徑和N2O消耗量值（c）

    近日，國際環境領域頂級期刊Environmental Science & Technology在線刊登了研究團隊最新成果《Nitrification Regulates the Spatiotemporal Variability of N2O Emissions in a Eutrophic Lake》。本研究以太湖為典型區，將天然源N2O穩定同位素分析技術和分子生物學分析方法結合，剖析了N2O產生途徑和消耗過程對富營養化湖泊水體N2O排放時空分布格局的影響。結果發現，湖泊水體中超過50%的N2O源自微生物過程產生，其中約90%來自于反硝化作用，但約有27~83%的N2O同時被還原消耗。強烈的N2O消耗過程導致夏季湖泊呈現N2O吸收狀態。與此同時，硝化作用是促進湖泊水體N2O產生的關鍵過程，能夠使湖泊在秋冬季成為N2O排放源，而春季藻華暴發同時抑制反硝化N2O產生和N2O還原消耗。本研究量化了硝化、反硝化以及N2O還原消耗對湖泊水體N2O排放的貢獻和N2O排放時空格局的調控作用，提出硝化作用在富營養化湖泊水體N2O排放中具有不可忽視重要角色。研究成果可為全球湖泊水體N2O排放評估以及相關模型關鍵參數選擇提供重要的科學依據。

參考文獻：

1. Xia Liang, Baoli Wang, Dengzhou Gao, Ping Han, Yanling Zheng, Guoyu Yin, Hongpo Dong, Yali Tang, and Lijun Hou. 2022. Nitrification Regulates the Spatiotemporal Variability of N2O Emissions in a Eutrophic Lake. Environmental Science & Technology. DOI: 10.1021/acs.est.2c03992
2. Li Wu, Zhirui An, Jie Zhou, Feiyang Chen, Bolin Liu, Lin Qi, Guoyu Yin, Hongpo Dong, Min Liu, Lijun Hou, and Yanling Zheng. 2022. Effects of Aquatic Acidification on Microbially Mediated Nitrogen Removal in Estuarine and Coastal Environments. Environmental Science & Technology, 56 (9), 5939-5949.
3. Ping Han, Dianming Wu, Dongyao Sun, Mengyue Zhao, Mengdi Wang, Teng Wen, Jinbo Zhang, Lijun Hou, Min Liu, Uli Klümper, Yanling Zheng, Hong-Po Dong, Xia Liang, Guoyu Yin. 2021. N2O and NOy production by the comammox bacterium Nitrospira inopinata in comparison with canonical ammonia oxidizers. Water Research, 190, 116728.
4. Dengzhou Gao, Lijun Hou, Min Liu, Xiaofei Li, Yanling Zheng, Guoyu Yin, Dianming Wu, Yi Yang, Ping Han, Xia Liang, Hongpo Dong. 2020. Mechanisms responsible for N2O emissions from intertidal soils of the Yangtze Estuary. Science of The Total Environment, 716, 137073.

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