经典氨氧化菌与完全氨氧化菌的异步恢复驱动了对比土壤中干旱后的N2O排放

《World Journal of Microbiology and Biotechnology》：Asynchronous recovery of canonical ammonia oxidizers and comammox drives post-drought N2O emissions in contrasting soils

　　

摘要

全球气候变化加剧的干旱事件对土壤氮循环稳定性构成严重威胁。尽管微生物对胁迫的代谢反应已有相关记录，但将硝化菌群的不同恢复力与干旱后一氧化二氮（N₂O）脉冲排放联系起来的机制仍然不明。本研究在常见干旱和极端干旱处理后，研究了酸性土壤和碱性土壤中氨氧化古菌（AOA）、氨氧化细菌（AOB）及完全氨氧化Nitrospira的恢复动态及其时间尺度上的N₂O排放脉冲。采用置换多元方差分析（PERMANOVA）评估处理效应与群落结构分异。干旱后不同群落的响应模式存在差异：AOA和AOB表现出显著的种群波动，表明其以恢复力为基础的恢复策略；而完全氨氧化Nitrospira表现出更高的丰度稳定性，在两种土壤类型中60天培养期内均维持稳定丰度。群落重建主要受土壤pH值控制，pH值作为分异环境过滤器发挥作用；具体而言，酸性条件有利于AOA和完全氨氧化菌的优势地位，而碱性条件则选择性促进AOB的增殖。重要的是，N₂O排放与特定硝化群落的恢复模式密切相关。随机森林模型表明，完全氨氧化菌是再润湿阶段快速"早期恢复"期排放的主要驱动力，而AOA和AOB的延迟复苏则在后期阶段维持了N₂O的产生，揭示了这些群落的异步恢复调节了硝化过程产生的N₂O通量的时间持续时间。本研究揭示了硝化微生物的时间生态位分化如何调节极端干旱事件后氮损失的幅度和持续时间。

全球气候变化加剧的干旱事件对土壤氮循环稳定性构成严重威胁。尽管微生物对胁迫的代谢响应已有所记载，但将硝化菌群的不同恢复力与干旱后一氧化二氮（N₂O）脉冲排放联系起来的机制仍不明确。本研究在常见干旱和极端干旱处理后，分别研究了酸性土壤和碱性土壤中氨氧化古菌（AOA）、氨氧化细菌（AOB）和完全氨氧化Nitrospira的恢复动态及其时间尺度上的N₂O排放脉冲。采用置换多元方差分析（PERMANOVA）评估了处理效应和群落结构分异。干旱后各群落的响应模式存在差异：AOA和AOB表现出显著的种群波动，显示出基于恢复力的恢复特征；而完全氨氧化Nitrospira表现出更高的丰度稳定性，在两种土壤中60天的培养期内均维持稳定丰度。群落重建主要受土壤pH值控制，pH值充当了分异环境过滤器；具体而言，酸性条件有利于AOA和完全氨氧化菌占优势，而碱性条件则选择性促进AOB的增殖。关键的是，N₂O排放与特定硝化群落的恢复模式密切相关。随机森林模型表明，完全氨氧化菌是再润湿阶段快速"早期恢复"期排放的主要驱动力，而AOA和AOB的延迟复苏则在后期阶段维持了N₂O的产生，揭示了这些群落的异步恢复调节了硝化来源N₂O通量的时间持续时间。本研究揭示了硝化微生物时间生态位的分化如何调节极端干旱事件后氮损失的幅度和持续时间。