集成稳定同位素追踪与酸化碘化钾还原（SIT-APIR）方法用于测定不同环境中的微生物硝化速率

《Analytical Chemistry》：Integrated Stable Isotope Tracing and Acidified Potassium Iodide Reduction (SIT-APIR) Method to Determine Microbial Nitrification Rates across Environments

准确测定氨氧化速率（Ra）和亚硝酸盐氧化速率（Rn）对解析生态系统硝化过程至关重要。本研究开发了一种结合稳定同位素示踪（15N-NH4+和15N-NO2-）与酸化碘化钾还原（APIR）的新方法，通过质谱仪（MIMS）定量检测还原产生的15N-NO，实现Ra和Rn同步测定。该方法检测限低至0.1 μmol/L，相对误差不超过4.45%，RSD为5.56%-8.97%，线性良好（R2≥0.994），并确定了最佳培养时间。适用于水、沉积物及土壤样本的硝化速率分析，显著提升小样本、低成本环境下的测定效率。

　　

准确测定氨（R_a）和亚硝酸盐氧化速率（R_n）对于理解各种生态系统中的硝化过程至关重要。然而，目前可用于量化R_a和R_n的方法数量有限。在这里，我们介绍了一种新的方法，该方法结合了稳定同位素追踪和酸化碘化钾还原（SIT-APIR）技术，能够同时测量R_a和R_n。在培养过程中加入¹⁵NH₄⁺作为示踪剂，通过计算生成的¹⁵NO₂^–和¹⁵NO₃^–来量化R_a；而¹⁵NO₂^–则被用作R_n的示踪剂，通过测定生成的¹⁵NO₃^–来进行测量。利用酸化碘化钾将¹⁵NO₂^–和¹⁵NO₃^–化学还原为¹⁵NO，随后使用膜入口质谱仪（MIMS）对生成的¹⁵NO进行检测。在优化的实验条件下，该方法的检测限为0.1 μmol L^–1。该方法具有较高的准确性（¹⁵NO₂^–的相对误差为4.45%，¹⁵NO₃^–的相对误差为0.65%）和稳定性（¹⁵NO₂^–的相对标准偏差为5.56%，¹⁵NO₃^–的相对标准偏差为8.97%），能够准确量化¹⁵NO₂^–（0.1–200 μmol L^–115NO₃^–（0.1–80 μmol L^{–1R^2 ≥ 0.994）。此外，通过使用Gompertz模型模拟培养过程中15NO₂–和15NO₃–的动力学行为，确定了测量硝化速率的最佳培养时间。除了适用于水和沉积物样本外，该方法还可扩展到土壤样本的检测。总体而言，这种新开发的方法显著提高了在低样品量和低成本条件下确定多种生态系统硝化速率的准确性和效率。}