城郊间歇性河流是N2O排放的重要来源：水文相变驱动下的微生物机制与全球温室气体收支启示

本研究发现城郊间歇性河流和短暂流（IRES）是全球N2O排放的重要但被忽视的来源。研究通过多个月份观测揭示：干涸河床因底物积累和高丰度氮转化基因（如、）成为最高N2O排放相（215±1060 μmol·m-2·d-1），水文连通性变化通过调控有机质（OM）分解和反硝化过程显著影响排放通量，对全球N2O预算和环境流量管理具有重要启示。

　　

研究亮点

不同水文相下IRES的生物物理化学特性

沉积物变量中，干涸河床表现出最低的湿度含量（平均值±标准差 = 22.9±21.8%；范围：0.110至71.9%）、最细的中值粒径（57.7±90.1 μm）以及五种水文相中最低的沙粒比例。干涸河床（7.91±7.88%）和孤立水池（6.60±2.33%）的有机质（OM）含量均高于静止开放水域（Dunn事后检验，p = 0.013 和 p = 0.033）。干涸河床的溶解有机碳（DOC）含量（30.8±35.1 mg·kg^-1）低于孤立水池（135±104 mg·kg^-1；p < 0.001）和静止开放水域（168±168 mg·kg^-1；p < 0.001），但高于裸露河床（9.66±11.5 mg·kg^-1；p = 0.033）。对于水体变量，流动水域的硝酸盐（NO₃^-）浓度最高（8.62±9.49 mg·L^-1），而孤立水池的铵盐（NH₄⁺）浓度最高（1.26±1.83 mg·L^-1）。孤立水池的溶解氧（DO）浓度最低（3.92±3.63 mg·L^-1），而流动水域的最高（9.94±2.19 mg·L^-1）。微生物基因方面，干涸河床的氨氧化细菌（AOB）基因（4.88±1.41 log₁₀(copies·g^-1)）和反硝化基因（5.95±1.28 log₁₀(copies·g^-1)）及（6.36±0.970 log₁₀(copies·g^-1)）丰度最高。

干涸河床中N₂O通量升高及其潜在机制

在本研究调查的5种不同水文相中，干涸河床被确定为最强的N₂O排放源。干涸河床的平均N₂O通量（215±1060 μmol·m^-2·d^-1）比先前报道的亚利桑那州短暂河流（1.29±2.40 μmol·m^-2·d^-1）、法国一个非永久性河流网络（0.710±1.42 μmol·m^-2·d^-1）和西班牙东南部五个永久干涸河床（未检测到）的值高两个数量级。这种显著差异可归因于我们研究系统中更高的底物可用性和更频繁的水文转变，这些因素共同促进了强烈的反硝化作用和N₂O产生。具体而言，高N₂O通量主要源于底物积累、有利的湿度条件以及高丰度的氮转化基因（尤其是和）所促进的反硝化过程。降雨引起的再湿润进一步刺激了微生物活动，导致干涸河床中短期N₂O排放激增。

结论和对全球N₂O预算及N₂O减排的启示

本研究增进了对IRES中N₂O排放模式的理解，并提供了关于环境和微生物因素对N₂O通量联合影响的关键见解，突出了这些影响在不同水文相及相变期间的变异性。城郊IRES是重要但被忽视的N₂O源，由动态的底物-水文相互作用驱动。干涸河床主要通过底物积累、高丰度氮转化基因和有利湿度条件促进的反硝化作用主导IRES的N₂O排放。水文从破碎相（干涸河床、裸露河床、孤立水池）向连通相（静止开放水域、流动水域）的转变，以及从干相向部分饱和相的转变，通过增强微生物OM分解和促进完全反硝化，显著降低了N₂O通量。与常年河流相比，城郊IRES在水文相变期间排放的N₂O显著更多。这些发现强调了IRES，特别是城郊地区的IRES，由于干涸阶段的高排放，可能是全球N₂O预算的重要贡献者，并呼吁通过环境流量管理进行N₂O减排。